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        各級(jí)公路FWD 與貝克曼梁彎沉檢測相關(guān)性分析

        2021-04-06 04:50:28梁志成
        山東交通科技 2021年1期
        關(guān)鍵詞:貝克曼落錘試驗(yàn)段

        梁志成

        (山西省交通新技術(shù)發(fā)展有限公司,山西 太原 030032)

        引言

        路基路面彎沉作為承載能力的檢測指標(biāo),一般采用傳統(tǒng)的貝克曼梁進(jìn)行檢測,但所需檢測輔助人員多、檢測速度慢,實(shí)際檢測時(shí)需要耗費(fèi)大量人力物力。落錘式彎沉儀(FWD)作為較成熟的彎沉檢測技術(shù),逐漸成為各級(jí)公路尤其是高等級(jí)公路交、竣工驗(yàn)收的主要檢測手段[1-4]。但目前落錘式彎沉儀主要應(yīng)用于高等級(jí)公路瀝青路面上面層檢測,對其它等級(jí)公路的應(yīng)用研究相對較少,為了解落錘式彎沉儀在各等級(jí)公路上的適用性,對不同等級(jí)公路落錘式彎沉儀與貝克曼梁兩種測試方法進(jìn)行對比分析[5-9]。擬選取三種不同結(jié)構(gòu)層組成公路試驗(yàn)段,分別進(jìn)行貝克曼梁彎沉儀與落錘式彎沉儀兩種方式的彎沉檢測,并對不同檢測方式下彎沉數(shù)據(jù)特點(diǎn)及數(shù)據(jù)相關(guān)性進(jìn)行分析。

        1 試驗(yàn)設(shè)備及方案設(shè)計(jì)

        1.1 試驗(yàn)設(shè)備

        1.1.1 貝克曼梁彎沉儀

        目前路基路面彎沉檢測大部分仍采用傳統(tǒng)貝克曼梁法進(jìn)行檢測,常用5.4 m 貝克曼梁彎沉儀,并輔以精度不小于0.01 mm 百分表進(jìn)行變形值測量。該方法為目前路基彎沉檢測標(biāo)準(zhǔn)方法,檢測彎沉為靜態(tài)彎沉,檢測需配備后軸載重100 kN(10 t,部分地區(qū)為提高施工質(zhì)量保證率,將標(biāo)準(zhǔn)軸載提高至15 t)、單側(cè)雙輪組荷載50 kN、胎壓0.7 MPa 的檢測車。新修規(guī)范鼓勵(lì)有條件的情況下優(yōu)先采用自動(dòng)化檢測設(shè)備換算后進(jìn)行彎沉評(píng)價(jià),但鑒于各地路基路面原材料、結(jié)構(gòu)層工況等存在較大差異,規(guī)范并無統(tǒng)一推薦的換算公式。

        1.1.2 落錘式彎沉儀

        落錘式彎沉儀(FWD)原理是采用一定質(zhì)量落錘從設(shè)定高度落下,通過直徑30 cm 承載板對檢測路基路面產(chǎn)生沖擊,形成在設(shè)定壓力(一般設(shè)定為0.7 MPa)下的瞬時(shí)變形,以模擬行車荷載對路基路面作用。通過采集測定路基路面垂直變形,必要時(shí)可采集距離落錘中心不同距離的路基路面表層變形值得到彎沉數(shù)據(jù)。該方法方便快捷、測值精準(zhǔn),且所需檢測人員較少,為新規(guī)范推薦的自動(dòng)化測試方法。

        1.2 方案設(shè)計(jì)

        選取三種不同結(jié)構(gòu)層組成的公路試驗(yàn)段,分別進(jìn)行貝克曼梁彎沉儀與落錘式彎沉儀兩種方式的彎沉檢測,見表1。首先分析不同結(jié)構(gòu)層、不同檢測方式下彎沉數(shù)據(jù)特點(diǎn),然后選取三種回歸擬合方式對各公路下兩種彎沉檢測數(shù)據(jù)的相關(guān)性進(jìn)行分析,最終對落錘式彎沉儀彎沉檢測有效性進(jìn)行綜合分析。

        表1 三種不同公路試驗(yàn)段結(jié)構(gòu)層組成

        2 檢測數(shù)據(jù)特點(diǎn)分析

        根據(jù)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì),分別對三段試驗(yàn)段進(jìn)行兩種方式彎沉檢測。為保證檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,確保兩種檢測方式檢測位置統(tǒng)一:(1)進(jìn)行貝克曼梁法彎沉檢測,并標(biāo)記彎沉儀觸頭位置(即百分表放置端貝克曼梁對應(yīng)位置),左、右輪分別進(jìn)行標(biāo)記。(2)貝克曼梁法彎沉檢測后盡量在同一時(shí)間進(jìn)行落錘式彎沉儀法彎沉檢測,落錘承載板中心盡量與上述標(biāo)記點(diǎn)重合。(3)落錘式彎沉儀每點(diǎn)錘擊4 次,剔除第1 次數(shù)據(jù)后取后3 次測試均值作為該點(diǎn)檢測數(shù)值。

        為保證檢測數(shù)據(jù)有效性,對特異數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除,然后每試驗(yàn)段選取各30 組數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等相關(guān)統(tǒng)計(jì)參數(shù)計(jì)算,結(jié)果見表2。

        表2 三種不同公路試驗(yàn)段彎沉檢測數(shù)據(jù)

        分析可知:(1)兩種檢測方式下,三種路面結(jié)構(gòu)彎沉大小分別為3# 試驗(yàn)段>2# 試驗(yàn)段>1#試驗(yàn)段。彎沉大小在一定程度上表明各路面結(jié)構(gòu)承載力順序,與各路面道路等級(jí)設(shè)計(jì)要求承載性能一致。(2)不管采用何種檢測方式,三種路面結(jié)構(gòu)變異系數(shù)大小順序?yàn)?# 試驗(yàn)段>2# 試驗(yàn)段>1# 試驗(yàn)段。由于變異系數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)差與平均值之比,是相對變化指標(biāo),表明三種路面的彎沉數(shù)據(jù)離散程度也呈現(xiàn)一定規(guī)律。①公路等級(jí)越高,原材料控制均勻性越好,施工質(zhì)量控制更佳,彎沉變異性越小。②公路等級(jí)越高,運(yùn)營養(yǎng)護(hù)措施越多,對道路損壞修復(fù)越及時(shí),彎沉衰減變化程度及范圍越小。③公路等級(jí)越低,上面層材料表層均勻性越差,如3# 試驗(yàn)段為級(jí)配礫石,表層松散集料會(huì)對數(shù)據(jù)采集造成一定影響,進(jìn)而導(dǎo)致彎沉檢測變異性較大。(3)比較兩種檢測方法下彎沉檢測值變異系數(shù),除1# 試驗(yàn)段落錘式彎沉儀測試值與貝克曼梁測試值變異系數(shù)基本相當(dāng)外,貝克曼梁測值變異系數(shù)普遍比落錘式彎沉儀高。這是由于公路等級(jí)越高、路面狀況越好,彎沉測試數(shù)據(jù)越穩(wěn)定,受測試現(xiàn)場條件影響越小。當(dāng)路面狀況不佳時(shí),兩種檢測方式的數(shù)據(jù)均受到一定影響,相較而言貝克曼梁法影響更大,落錘式彎沉儀法則相對穩(wěn)定。表明落錘式彎沉儀較貝克曼梁法具有更高的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確度,進(jìn)行高等級(jí)公路彎沉測試時(shí)穩(wěn)定性更佳。

        3 相關(guān)性分析

        3.1 1#試驗(yàn)段

        3.1.1 回歸分析結(jié)果

        對1#試驗(yàn)段采用三種擬合方式進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果見表3。

        表3 1#試驗(yàn)段彎沉數(shù)據(jù)回歸分析結(jié)果

        結(jié)果分析顯示,三種回歸方程相關(guān)系數(shù)R均大于0.95,符合《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》(JTG E60—2008)有關(guān)擬合精度要求,表明三種回歸形式下兩種檢測方式均具有較好的相關(guān)性,說明落錘式彎沉儀在高等級(jí)公路彎沉檢測具有較好的準(zhǔn)確性。

        3.1.2 擬合結(jié)果

        分析圖3 表明,三種擬合結(jié)果線性擬合、二次多項(xiàng)式擬合比指數(shù)擬合具有更好的相關(guān)性,因此在相似路面結(jié)構(gòu)組成路段,可采用線性、二次多項(xiàng)式兩種擬合方式進(jìn)行彎沉數(shù)據(jù)處理。同時(shí),考慮線性擬合較二次多項(xiàng)式擬合更簡潔方便,優(yōu)先推薦采用線性擬合進(jìn)行相關(guān)性分析。

        圖1 1#試驗(yàn)段線性擬合結(jié)果

        圖2 1#試驗(yàn)段二次多項(xiàng)式擬合結(jié)果

        圖3 1#試驗(yàn)段指數(shù)擬合結(jié)果

        3.2 2#、3#試驗(yàn)段

        對2#、3#試驗(yàn)段采用三種擬合方式進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果見表4、表5。

        表4 2#試驗(yàn)段彎沉數(shù)據(jù)回歸分析結(jié)果

        表5 3#試驗(yàn)段彎沉數(shù)據(jù)回歸分析結(jié)果

        分析可知:(1)由表4 可得,三種回歸方程相關(guān)系數(shù)R均大于0.95,符合《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》(JTG E60—2008)有關(guān)擬合精度要求,表明三種回歸形式下兩種檢測方式均具有較好的相關(guān)性,說明落錘式彎沉儀在相應(yīng)等級(jí)公路彎沉檢測時(shí)具有較好的準(zhǔn)確性。但二次多項(xiàng)式擬合、指數(shù)擬合較線性擬合相關(guān)性更好,綜合考慮擬合的簡潔性及準(zhǔn)確性,優(yōu)先采用二次多項(xiàng)式擬合進(jìn)行相關(guān)性分析。(2)由表5 可得,三種回歸方程相關(guān)系數(shù)R均小于0.95,均不符合《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》(JTG E60—2008)有關(guān)擬合精度要求,表明三種回歸形式下兩種檢測方式不具備較好的相關(guān)性,但擬合相關(guān)性較差并非表明落錘式彎沉儀檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性較差。表明落錘式彎沉儀具有更高的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性,只是鑒于目前評(píng)價(jià)指標(biāo)是以貝克曼梁法測試的靜態(tài)彎沉為基準(zhǔn),落錘式彎沉儀測試的動(dòng)態(tài)彎沉測值需進(jìn)行其它更為可靠的換算后才能進(jìn)行直接評(píng)價(jià)。

        綜合對比三種路面結(jié)構(gòu)在兩種不同方法下的檢測結(jié)果,隨著公路等級(jí)的降低,落錘式彎沉儀與貝克曼梁彎沉檢測的相關(guān)性逐漸降低,特別是當(dāng)面層為非瀝青面層時(shí),落錘式彎沉儀與貝克曼梁不具備較好的相關(guān)性,采用落錘式彎沉儀進(jìn)行低等級(jí)公路彎沉測試時(shí)應(yīng)進(jìn)行更為廣泛地?cái)?shù)據(jù)采集及對比分析。

        4 結(jié)語

        選取三種不同結(jié)構(gòu)層組成公路試驗(yàn)段,分別進(jìn)行貝克曼梁彎沉儀與落錘式彎沉儀兩種方式彎沉檢測,對三種路面在不同檢測方式下彎沉數(shù)據(jù)特點(diǎn)及兩種彎沉檢測數(shù)據(jù)相關(guān)性進(jìn)行分析:(1)兩種彎沉檢測方式均顯示,三種路面結(jié)構(gòu)變異系數(shù)大小順序?yàn)?#試驗(yàn)段>2#試驗(yàn)段>1#試驗(yàn)段。表明公路等級(jí)越高,原材料控制均勻性越好,施工質(zhì)量控制更佳,彎沉變異性越小。(2)貝克曼梁測值變異系數(shù)普遍比落錘式彎沉儀高,表明落錘式彎沉儀較貝克曼梁法具有更高的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確度,也表明落錘式彎沉儀進(jìn)行高等級(jí)公路彎沉測試時(shí)穩(wěn)定性更佳。(3)不同等級(jí)公路路面在兩種彎沉檢測方式下回歸分析的相關(guān)性差別較大,瀝青層較厚的高等級(jí)公路優(yōu)先推薦采用線性擬合進(jìn)行相關(guān)性分析,必要時(shí)可采用二次多項(xiàng)式擬合方式。(4)非瀝青面層的低等級(jí)路面結(jié)構(gòu)在兩種彎沉檢測方式下回歸分析的相關(guān)性較差,采用落錘式彎沉儀進(jìn)行彎沉測試時(shí)應(yīng)進(jìn)行更為廣泛地?cái)?shù)據(jù)采集及對比分析,以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

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