于淵卓　張起森

摘要：路基是路面結(jié)構(gòu)的支撐體，而路基回彈模量是其主要的控制參數(shù)，因此對回彈模量的檢測極其重要。目前主要的檢測方法有現(xiàn)場承載板法、貝克曼梁法、現(xiàn)場CBR法、FWD法等4種方法。本文在綜述國內(nèi)外路基回彈模量檢測技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，闡述了各種檢測方法特點、各種檢測方法的優(yōu)缺點、相應(yīng)的改進方法及路基回彈模量現(xiàn)場檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：路基回彈模量；動態(tài)模量；靜態(tài)模量；現(xiàn)場檢測；PFWD；路面設(shè)計

1引言

在我國瀝青路面和水泥混凝土路面的設(shè)計施工質(zhì)量以及使用性能的評價中，路基回彈模量是反映路基抗變形能力的主要力學(xué)參數(shù)，它的取值直接影響到路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計厚度。我國現(xiàn)有規(guī)范已經(jīng)給出不同的自然區(qū)劃和土質(zhì)的回彈模量推薦值，具體參見《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D50-2006）中附錄F“二級自然區(qū)劃各土組土基回彈模量參考值”表。但由于路基回彈模量的改變將會影響路面設(shè)計的厚度，所以建議有條件時最好直接測定，而且隨著施工質(zhì)量的提高，回彈模量值的檢驗將作為控制施工質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。

2主要檢測方法綜述

目前測定路基回彈模量的方法主要有現(xiàn)場承載板法、貝克曼梁彎沉法、現(xiàn)場CBR試驗、FWD法（包括PFWD法）及瑞麗波法。一般認(rèn)為承載板法、貝克曼梁彎沉法及現(xiàn)場CBR試驗為靜態(tài)試驗，而認(rèn)為FWD法、和瑞麗波法為動態(tài)試驗。它們雖然試驗性質(zhì)不同，但是模量值之間還是存在一定的內(nèi)在聯(lián)系。下面將就四個主要檢測方法進行介紹。

2.1 現(xiàn)場承載板

現(xiàn)場承載板法[2~5，9，10]是路基回彈模量測試的標(biāo)準(zhǔn)方法，《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D50-2006）和《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG E60-2008）中規(guī)定現(xiàn)場承載板試驗測得的路基回彈模量值可作為路面設(shè)計參數(shù)使用。

現(xiàn)場承載板法是在現(xiàn)場路基表面用承載板逐級加載、卸載的方法，測定出每級荷載相應(yīng)的回彈變形值，通過計算求得路基的回彈模量值。

試驗過程中汽車后軸對回彈變形有影響，因此，需要計算各級荷載下的影響量。各級荷載下的回彈變形加上相應(yīng)的影響量，就是該級荷載下的實際回彈變形。在現(xiàn)行規(guī)范中對具體車型已給出了不同荷載下的影響量修正系數(shù)。但實際試驗時，試驗條件與規(guī)范并不能完全一致，需根據(jù)實際加載環(huán)境進行修正系數(shù)計算。

承載板是最常用的模量檢測手段，適用范圍廣。它不需要太復(fù)雜的設(shè)備，操作也比較簡便，這在對于工地現(xiàn)場較為方便。但是它比較費時，一般做一個測點需要30分鐘左右，且需要較多的工作人員（6~7個），并且對操作人員有一定的安全隱患。在數(shù)據(jù)分析上還存在不合理的地方。另外人為因素、測點整平程度及儀表對試驗精度都有較大影響。

2.2 貝克曼梁彎沉法(BB法)

貝克曼梁彎沉法[2~5，9，10]是通過對路面結(jié)構(gòu)分層測定所得的回彈彎沉值，根據(jù)彈性體系垂直位移理論解，由相應(yīng)公式反算得到回彈模量值。

貝克曼梁是較早應(yīng)用的彎沉測定設(shè)備，利用標(biāo)準(zhǔn)載重（10t）加載，用百分表觀測彎沉。其優(yōu)點在于價格低廉，加載方式直觀，測點位置可方便改變。缺點是輪胎壓力和接地面積較難控制，標(biāo)準(zhǔn)黃河車較難尋找，這樣就要進行不通測試車型之間的結(jié)果轉(zhuǎn)換，若彎沉點太少將給反算帶來困難。另外人為因素影響也較大，如貝克曼梁測頭放置對于輪隙中心位置的誤差，以及測試人員讀取百分表的誤差均會影響測試結(jié)果。

另外需指出的是，目前我國部分地區(qū)也采用自動彎沉車測試路基路面的表面彎沉，由于自動彎沉車測試的彎沉是總彎沉值，因此，若采用自動彎沉車的總彎沉來分析路基回彈模量，需要建立總彎沉與貝克曼梁彎沉的對比關(guān)系，或建立總彎沉與現(xiàn)場承載板等方法測定的路基回彈模量值之間的經(jīng)驗關(guān)系。

2.3 CBR經(jīng)驗公式法

我國現(xiàn)行路基路面設(shè)計參數(shù)均采用回彈模量指標(biāo)，而在境外修建的公路工程多采用CBR指標(biāo)。因為野外CBR更能正確反映路基的實際情況，尤其是舊路加固，并可解決未擾動原狀土樣難以切取的困難，其應(yīng)用范圍日益擴大。CBR法是采用加州承載比法測定CBR值，通過大量的實測數(shù)據(jù)建立CBR與承載板測得的路基回彈模量值的經(jīng)驗回歸公式，根據(jù)經(jīng)驗公式由CBR值計算路基回彈模量這種方法比較簡單，但存在不同的土質(zhì)條件經(jīng)驗公式不相同的缺點。

現(xiàn)場CBR試驗是在現(xiàn)場路基頂面進行測定的，與室內(nèi)CBR試驗的有所不同。室內(nèi)CBR試驗一般以飽水狀態(tài)檢測，而現(xiàn)場CBR試驗則是以土基實際含水量來檢測，因此二者在檢測條件上有較大差異，所測得的結(jié)果也有較大差異。

CBR法路基承載力以路基土抵抗局部荷載壓入變形能力來表征。一般路面厚度在50cm以上，當(dāng)荷載傳到路基上時，由于應(yīng)力擴散作用達(dá)到相當(dāng)大的范圍，而不是很小面積上的應(yīng)力分布，因此，用很小面積壓入路基土中的承載力來表征實際的路基受力狀態(tài)是不盡合理的。

2.4 FWD法與PFWD法

FWD（Falling Weight Deflectometer）即是落錘彎沉儀[2~10]。用它進行動態(tài)彎沉量測，對測得的彎沉盆數(shù)據(jù)進行反算得出回彈模量。FWD是國外公路領(lǐng)域檢驗評定路基路面模量和剛度的主要試驗設(shè)備，在LTPP數(shù)據(jù)庫中積累了大量的FWD彎沉檢測資料。由于FWD在模擬行車荷載、測速和精度方面的優(yōu)越性，不少國家己經(jīng)制定了相應(yīng)的FWD規(guī)范，我國的《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG E60-2008）中也將FWD列為彎沉檢測設(shè)備。

FWD與傳統(tǒng)的貝克曼梁測量彎沉相比，具有使用方便、快速、安全、節(jié)省人力、模擬實際情況施加動態(tài)荷載，適于長距離、連續(xù)測定的特點。但是其造價昂貴，測試荷載偏大、塑性變形對測試結(jié)果有影響，另外它的反算是個非常復(fù)雜且困難的問題。

針對FWD的這些問題，便衍生出了PFWD 即便攜式落錘彎沉儀，它是在FWD的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的的，它的原理同F(xiàn)WD基本相似，由加載系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)組成。

傳統(tǒng)的承載板法、BB法、FWD法，在現(xiàn)場檢測時需要較大的荷載且需要較多的人力物力，雖然檢測過程簡單，但是在異地檢測時運輸過程是很不方便的。PFWD則解決了上述的問題，且具有操作安全可靠、數(shù)據(jù)精確，客觀、操作簡單不需專門培訓(xùn)等優(yōu)勢。因此PFWD是個值得推廣的檢測方法。

3傳統(tǒng)檢測方法的改進

由于傳統(tǒng)的方法或多或少都存在一些問題，因此這些方法都需要一定的改進[2~4，10]。文獻[10]對現(xiàn)場承載板法進行的一些改進：為了減小貝克曼梁支點變形和百分表支架變形對實測回彈彎沉值的影響，建議現(xiàn)場測試時貝克曼梁的擺放角根據(jù)貝克曼梁長度、測試車的前后軸距T1和后軸至后梁距離T2根據(jù)修正回歸公司確定。另外建議現(xiàn)場測試采用的2臺貝克曼梁彎沉儀，一臺的測頭置于承載板中心用于測試承載板的回彈變形，而另一臺的測頭置于第一臺支點位置用于測試貝克曼梁支點變形，從而得到承載板回彈變形讀數(shù)W1和支點回彈變形讀數(shù)W2，計算出一個總影響量a。由于車輪荷載傳遞到路基表面的荷載作用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)場測試采用的直徑30cm承載板，以及路基應(yīng)力應(yīng)變的非線性特性，建議對直徑30cm承載板實測的路基回彈模量值進行修正等。

用貝克曼梁彎沉儀測定彎沉，當(dāng)路面較弱或輪荷較大時，有時碰到儀器支座處于彎沉盆內(nèi)的情況。由于支點的下沉，百分表讀數(shù)便不能反映路面的實際彎沉值。顯然試驗時還要測出貝克曼梁前支座的彎沉值。長沙理工大學(xué)的查旭東的研究表明，由于支點和支架變形對彎沉測試結(jié)果有一定的影響，建議對后軸重為10t的測試車，當(dāng)采用5.4m彎沉儀測試時，實測彎沉值易乘以1.05的修正系數(shù)，當(dāng)采用3.6m彎沉儀測試時，易乘以1.10的修正系數(shù)。若不考慮兩次支點和支架變形對彎沉測試結(jié)果的影響，應(yīng)盡量采用5.4m貝克曼梁進行測試。

4檢測技術(shù)的最新動態(tài)

國內(nèi)外對于粘性土路基，采用動態(tài)圓錐貫入儀（DCP）確定路基回彈模量[11]。DCP簡稱貫入儀，屬小型輕便地基土原位測試的觸探儀。試驗以每貫入300 mm的錘擊數(shù)來反映路基的承載力，錘擊數(shù)越大則表明承載力越高。DCP需建立貫入值與相應(yīng)土性能指標(biāo)的關(guān)系。

丹麥國家公路試驗室研制的Danish移動式彎沉記錄儀。用卡車牽引，總長1.5m。移動速度為1.5km/h?？蚣艿乃妮喠⒂诼访嫔?。輪荷載40KN。量測時彎沉儀的測針置于測點上，牽引車不動，掛車上的測量車可借傳動機構(gòu)帶動向前滾動至測針位置，磁帶自動記錄彎沉影響線，并計算出彎沉和曲率半徑。測點間距11mm，每天可測約2000個點。

繼FWD之后，新一代的彎沉儀RWD（Rolling Wheel Deflectometer滾輪式彎沉儀）采用高頻激光掃描，連續(xù)地記錄行駛中的測試車在路表產(chǎn)生的彎沉，測試速度約55mile/h。它的最大優(yōu)點是：所記錄的是真實受力狀態(tài)而不是模擬荷載狀態(tài)下的彎沉，并且測速遠(yuǎn)大于FWD，對交通影響較小，是較為理想的彎沉檢測設(shè)備，是此類設(shè)備一個重要的發(fā)展方向。

5結(jié)語

目前常規(guī)的路基回彈模量的現(xiàn)場測試方法大都存在測試復(fù)雜、測試耗時費力、具有一定的危險性、測試條件與路基實際工作條件存在差別、數(shù)據(jù)整理困難等問題，同時，現(xiàn)場測試的設(shè)備一般較大，偏僻和地形復(fù)雜的的地方不易到達(dá)，通常只在已成型的路基上進行測試，測試結(jié)果主要供路基竣工驗收和設(shè)計參考，較難用于分析路基的壓實質(zhì)量，所以難以用于路基施工過程的質(zhì)量控制。

在常規(guī)方法存在諸多問題的情況下，目前國內(nèi)很多單位都在進行路基回彈模量快速檢測技術(shù)的研究，例如PFWD，瑞麗波、DCP等。其中PFWD國內(nèi)已經(jīng)對其進行過許多的研究，試驗表明PFWD可以合理、快速地檢測路基回彈模量。但是如何把它應(yīng)用到工程實際中去，是個需要進一步研究的課題。

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