公路路基路面檢測回彈彎沉檢測法研究

摘要 該研究聚焦于公路路基與路面性能評估中的回彈彎沉檢測法，通過系統分析回彈彎沉檢測法的原理、操作流程及數據處理方法，驗證了其在反映路基路面承載能力、評價材料性能及預測潛在病害方面的有效性，進一步探討了檢測參數優化與標準化實施的策略。研究成果旨在為類似公路工程建設與維護提供科學依據。

關鍵詞 公路工程；路基路面；回彈彎沉檢測法

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）04-0067-03

0 引言

公路路基作為支撐路面結構的基礎，其穩定性與強度直接關系到整個道路的使用性能和壽命。而路面作為直接承受車輛荷載和自然環境作用的表面層，其性能狀況更是直接影響到行車安全和乘客的舒適度。在公路建設過程中，采用科學合理的檢測方法對路基路面進行定期檢測與評估，是確保公路工程質量、延長使用壽命、提高行車安全性的重要手段。文章旨在通過對回彈彎沉檢測法的深入研究，探討其在公路路基路面檢測中的具體應用及其影響因素，為公路工程的質量控制和安全評估提供一定參考價值。

1 回彈彎沉檢測方法分類

1.1 靜態彎沉測試法

（1）貝克曼梁法

貝克曼梁法，作為靜態彎沉檢測領域的經典手段，其核心機制根植于杠桿原理的運用。該方法通過施加于路面的載重汽車作為加載源，隨后利用精密儀器如百分表，精確捕捉并記錄路面在加載與卸載循環中展現的回彈性變形量。這一過程揭示了路面結構的動態響應特性，為評估其承載能力及耐久性提供了重要依據。

貝克曼梁法的特點是操作相對簡單，對技術人員的要求不高，適用范圍廣泛。其測試效率相對較低，難以滿足大規模或快速檢測的需求。同時，無論是加載設備的操作、測量儀器的校準，還是數據的記錄與分析，都可能因操作人員的不同而產生差異，這種差異在一定程度上限制了測試結果的客觀性和準確性，使得測試結果可能存在一定的誤差范圍。

（2）自動彎沉儀法

自動彎沉儀法作為現代道路檢測技術的一種進步，其工作原理與經典的貝克曼梁法有著異曲同工之妙，但在實際操作與性能上實現了顯著的飛躍。該方法同樣基于路面在加載與卸載過程中的回彈變形量進行測量，但將位移傳感器等高精度自動化設備融入了測試流程，徹底替代了傳統的人工操作，實現了測試過程的自動化與連續化。

自動彎沉儀法的核心優勢在于其測試速度的大幅提升。能夠迅速完成多個測試點的數據采集，顯著縮短了整體測試周期，滿足了現代道路檢測對于高效、快捷的需求。通過連續不斷的測試，該方法能夠更全面地捕捉路面在不同位置的變形特性，為道路狀況的綜合評估提供了更為豐富和細致的數據支持。

自動彎沉儀法的應用極大地減輕了操作人員的勞動強度。傳統方法中煩瑣的手動操作被高度集成的自動化設備所取代，使得測試過程更加簡便、快捷。由于減少了人為因素的干擾，如讀數誤差、操作不當等，測試結果也更為準確可靠。這種準確性的提升不僅有助于更精準地評估道路質量，也為后續的維護和改進工作提供了更加堅實的數據基礎。

1.2 動態彎沉測試法

落錘式彎沉儀法（FWD）通過集成化的計算機控制系統，液壓機制被激活以啟動落錘式彎沉儀的核心組件——落錘裝置。在此過程中，一個設定質量的落錘在無阻礙條件下從固定高度自由墜落，其強大的沖擊力被導向承載板，并迅速分散至路面結構中。這一沖擊效應導致路面表面瞬間發生形變，而這一系列形變過程被布置于多個距離測試點位置的傳感器所捕捉。傳感器收集的數據經高效記錄系統即時轉送至計算機進行分析，從而精確地描繪出路面在動態荷載作用下的彎沉響應及其在空間上的擴展形態，即彎沉盆的形成與分布。

該方法屬于動態測試，能夠模擬實際行車荷載對路面的作用，測試結果更加接近實際情況。同時，測試速度快、精度高，且能夠反算路面的回彈模量等參數，為路面結構承載能力的評估提供了更為全面的數據支持。在國際上被廣泛應用，是高等級公路彎沉檢測的主要手段之一。

2 靜態彎沉檢測過程

2.1 貝克曼梁法

（1）試驗前準備工作

對測試用標準車輛進行全面檢查，確保其制動性能優越且輪胎充氣壓力準確無誤（標準設定值為0.7 MPa）。

隨后，通過精確計量，向后車廂加載指定質量的重物（如鐵質配重或集料），并利用地中衡校準后軸總質量至規定范圍，確保測試期間軸重恒定不變。接著，在潔凈、堅硬的測試路面上，運用千斤頂技術輕輕抬起車輛后軸，隨后在輪胎正下方鋪設新復寫紙。通過緩慢釋放千斤頂壓力，使輪胎輕壓復寫紙，在方格紙上形成清晰可辨的印跡。利用專業的求積工具或方格計數技巧，精確測量并記錄下輪胎與路面接觸的面積，精度達到0.1 cm2。同時，對貝克曼梁彎沉儀進行全面檢查，特別是其百分表的測量靈敏度，以保證測量結果的可靠性。此外，還需準備一系列輔助工具，如路面溫度計（接觸式）、皮尺、通訊口哨、標記工具（白油漆或粉筆），以及指揮旗等，并詳細記錄路面施工時的材料詳情、結構設計、厚度參數、施工工藝流程及后期維護狀況。貝克曼梁法所用標準車主要技術參數如下表1所示。

（2）測試步驟

根據測試的具體需求，在測試路段布置一系列測點，測點位置應精確落在路面行車車道的典型輪胎軌跡帶上，并使用醒目的白色油漆或粉筆進行標記。隨后，調整試驗車的后輪輪隙，使其對準每個測點前方約3～5 cm的區域。緊接著，將彎沉儀順著汽車后輪間的縫隙平穩插入，確保其延伸方向與汽車行駛方向一致，同時確保彎沉儀的梁臂與輪胎保持足夠的安全距離，防止相互接觸。將彎沉儀的測頭精準放置于測點上，即位于后輪輪隙中心前方約3～5 cm的位置，并在彎沉儀的測定桿上安裝百分表，進行細致的調零操作。

測試啟動后，測定員以哨聲為信號，指揮汽車以約5 km/h的速度平穩向前行駛。隨著路面變形的逐漸顯現，百分表的指針會隨之連續轉動。當指針達到其最大值時，測定員需立即記錄此時的初讀數L1。隨后，汽車繼續前行，百分表指針開始反向轉動。當汽車完全駛離彎沉影響區域（至少3 m距離）后，測定員再次發出停車信號（可通過哨聲或揮動紅旗實現）。待百分表指針穩定后，讀取并記錄終讀數L2。整個測試過程中，嚴格控制汽車的前進速度。

（3）彎沉儀的支點變形修正

支點變形檢驗：使用另一臺專門用于檢驗的彎沉儀，在相同的測試條件下進行支點變形檢驗。將檢驗用彎沉儀的支座放置在待測路面上，確保與主測彎沉儀的支座位置相近或相同。觀察并記錄檢驗用彎沉儀百分表的讀數。如果百分表有讀數，說明存在支點變形。

記錄與修正：如果檢驗用彎沉儀的百分表顯示有讀數，則記錄該讀數作為支點變形的量度。根據記錄的讀數，對主測彎沉儀的測量結果進行支點變形修正。修正值應從主測彎沉儀的讀數中減去檢驗用彎沉儀的讀數。

重復測定與平均值：當在同一結構層上進行多次測定時（例如，在同一路段的不同位置測定5次），每次測定都應進行上述的支點變形檢驗和修正。計算所有修正后讀數的平均值，作為該結構層在該測試條件下的彎沉代表值。在后續的測定中，可以以此平均值作為基準，對新的測定結果進行修正，以提高測量的一致性和準確性。

（4）結果計算及溫度修正

回彈彎沉值計算公式如下：

式中，Lr——當路面溫度為r時對應的回彈彎沉計算結果（0.01 mm）；L1——當車輪中心與測頭臨近時百分表最大讀數（0.01 mm）；L2——標準車從彎沉影響半徑駛出后百分表對應的讀數（0.01 mm）[1]。不同等級的公路和路面類型有不同的保證率系數。

瀝青面層厚度大于5 cm且路面溫度超過（20±2）℃范圍時，回彈彎沉值應進行溫度修正。其計算需按照以下步驟實施：

中面層平均溫度計算得出：

式中，r——測定過程中面層平均溫度（℃）；r25——路表面以下25 mm深度處實際溫度（℃）；rm——面層中間深度處實際溫度（℃）；re——面層底部實際溫度（℃）。

回彈彎沉采用以下公式計算得出：

式中，L20——將溫度換算成20℃后的面層回彈彎沉；Lr——當路面溫度為r時對應的回彈彎沉計算結果；K——溫度修正系數[2]。

2.2 自動彎沉儀法

自動彎沉儀法與貝克曼梁法類似，只是將百分表更換為位移傳感器。該方法通過測量地面上標志物的水平位移和垂直位移，來推斷地殼或路面的變形情況。

自動彎沉儀由基準平臺和測量桿組成。基準平臺上有一根垂直放置的測量桿，該測量桿上有一系列的測量標志，用于記錄地面的垂直和水平位移。基準平臺一端連接在固定的大地上，另一端連接著水平軸，使其能夠在水平面上旋轉。當地殼或路面發生變形時，地面上的標志物會隨之發生相應的水平和垂直位移。自動彎沉儀通過對比測量桿上的標志物在原始位置和變形后位置的差異，就可以確定地殼或路面的沉降和彎曲情況。

以Lacroix型自動彎沉儀為例，其主要由承載車、測量機架及控制系統、位移傳感器、溫度和距離傳感器、數據采集與處理系統等基本部分組成。承載車為單后軸、單側雙輪組的載重車，其軸載、輪胎氣壓等參數需符合特定要求。位移傳感器具有高精度和高分辨率，能夠準確記錄地面標志物的位移變化。

3 動態彎沉檢測

3.1 落錘式彎沉儀法

落錘式彎沉儀法（Falling Weight Deflectometer，簡稱FWD）是一種先進的路面檢測技術，廣泛應用于公路路基路面的回彈彎沉檢測中。落錘式彎沉儀主要由以下幾部分組成：落錘裝置：包括落錘、導向裝置、高度調整機構等，用于產生沖擊荷載。

承載板：用于將落錘的沖擊力均勻傳遞到路面上。

傳感器系統：包括位移傳感器、荷載傳感器等，用于測量路面的變形和沖擊荷載。

記錄與處理系統：包括數據采集器、計算機等，用于記錄和處理測量數據。

測試流程：檢查設備狀態，確保各部件正常工作。設置落錘的質量、落高及測試參數。將承載板放置在測點上，安裝傳感器系統，并進行校準。啟動落錘裝置，使落錘自由落下沖擊路面。同時，傳感器系統記錄路面的變形數據。將測量數據輸入計算機，進行數據處理和分析，得到路面的彎沉值和彎沉盆數據。

落錘式彎沉儀采用非接觸式測量方式，不會對路面造成破損。測量速度快，能在短時間內完成大量測點的測量；且測量精度高，能準確反映路面的變形情況。通過模擬車輛行駛時的動態沖擊作用，能更真實地反映路面在行車荷載下的性能。配備先進的計算機控制系統和數據采集系統，能實現自動化測量和數據處理。適用于不同類型、不同等級的路面檢測。

3.2 激光式彎沉測試儀法

激光式彎沉測試儀法是一種先進的路面檢測技術，專門用于測定路面微小彎沉，這種微小彎沉通常在微米數量級。以下是對激光式彎沉測試儀法的詳細介紹：

（1）基本原理

激光式彎沉測試儀利用激光技術和光電轉換原理，通過測量路面在荷載作用下的微小變形來評估路面的承載能力和質量狀況。具體而言，當測試儀固定在路面上并受到車輛駛離等荷載作用時，路面會產生回彈變形，這一變形會帶動測試儀中的硅光電池測頭上升或下降，從而改變激光束照射到硅光電池上的位置，進而產生光電流的變化。通過測量光電流的大小，可以計算出路面回彈變形的數值，即路面回彈彎沉值。

（2）設備組成

激光式彎沉測試儀主要由激光器、光電轉化測頭、放大器、電橋、顯示表頭以及必要的控制系統和數據處理系統等組成。其中，激光器發出激光束，光電轉化測頭將激光能量轉化為電能，放大器用于放大光電流信號，電橋用于補償調零以消除干擾，顯示表頭則用于顯示測量結果。

（3）測試流程

檢查測試儀各部件是否正常工作，確保激光器、光電轉化測頭、放大器、電橋和顯示表頭等設備處于良好狀態。同時，準備好必要的電源和連接線等輔助設備。將測試儀固定在路面上汽車的后輪隙中或其他合適位置，確保測試儀與路面緊密接觸且穩定可靠。然后進行儀器校準工作，以得到實用的“標定線”。啟動測試儀并設置測試參數。當車輛駛離被測點時，路面回彈帶動硅光電池測頭上升或下降，激光束照射到硅光電池上的位置發生變化，從而產生光電流。測試儀通過測量光電流的大小來計算路面回彈變形的數值。將測量數據輸入計算機或其他數據處理系統進行處理和分析。根據需要可以輸出路段彎沉檢測統計結果或繪制彎沉盆曲線圖等圖表，以便更直觀地了解路面質量狀況。

4 結論

公路路基路面的質量是保障道路安全和舒適性的重要因素，而回彈彎沉檢測作為評價路面質量的關鍵指標之一，其研究具有重要的實踐意義。回彈彎沉檢測通過測量路面的彈性變形情況，能夠準確評估路面的結構性能和穩定性，為道路維護和改善提供重要參考依據。回彈彎沉檢測方法在公路路基路面檢測中具有廣泛的應用前景，可以用于路面結構設計、施工控制和驗收、舊路補強設計等多個環節。通過深入研究和實踐應用，可以不斷提高公路路面質量和使用壽命，為公路建設和維護工作提供科學依據。

參考文獻

[1]張東琴.回彈彎沉檢測技術在公路承載力評估中的應用研究[J].交通科技與管理， 2024（6）：107-109.

[2]許旭卯，張禹筍，余苗苗，等.基于雙后軸的貝克曼梁法測試路基回彈彎沉的可行性研究[J].浙江建筑， 2023（3）：88-91.

收稿日期：2024-08-22

作者簡介：李燕（1988—），女，本科，工程師，研究方向：試驗與檢測。