張東琴

摘要 為研究回彈彎沉檢測技術(shù)在公路承載力評估中的應(yīng)用，提高公路承載力評估的準(zhǔn)確性，文章針對回彈彎沉檢測技術(shù)的基本情況，分析其應(yīng)用現(xiàn)狀，對比靜態(tài)彎沉檢測方法與動態(tài)彎沉檢測方法，尤其是對其中的貝克曼梁裝置與落錘式彎沉儀展開了性能分析，分析回彈彎沉檢測技術(shù)在施工控制與驗收、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計以及舊路補強設(shè)計方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 回彈彎沉檢測；公路；承載力評估；貝克曼梁裝置；落錘式彎沉儀；施工控制

中圖分類號 U41文獻標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）06-0107-03

0 引言

各種車輛行駛產(chǎn)生的荷載以及公路路基的自身重量所產(chǎn)生的荷載均施加在公路路基上，所以公路路基必須具有較大的承載力，才能滿足公路建設(shè)要求[1]。通過計算回彈彎沉值可以評估公路路基承載力，計算回彈彎沉值有靜態(tài)與動態(tài)兩種檢測方法，靜態(tài)彎沉檢測方法包括自動彎沉儀、貝克曼梁裝置等；動態(tài)彎沉檢測方法包括穩(wěn)態(tài)動態(tài)彎沉儀、落錘式彎沉儀等[2]。工程上廣泛應(yīng)用靜態(tài)彎沉檢測方法中的貝克曼梁裝置，但是其存在速度慢、檢測結(jié)果不準(zhǔn)確等問題[3]。因此研究回彈彎沉檢測技術(shù)在公路承載力評估中的應(yīng)用研究，對落錘式彎沉儀進行深入研究，以提高公路承載力評估的速度與準(zhǔn)確性。

1 回彈彎沉檢測技術(shù)在公路承載力評估中的應(yīng)用研究

1.1 回彈彎沉檢測技術(shù)概述

車輛在運行過程中受車輪荷載作用而使公路路面出現(xiàn)垂直位移的現(xiàn)象，被稱作彎沉?；貜棌澇翙z測值能夠檢測公路路面抗壓強度，也可以評估公路承載力[4]。

車輛對公路施加的荷載會使公路產(chǎn)生沉降變形，當(dāng)車輛離開公路路面時，公路不再承受車輛的荷載，因此路面會向上回彈，整個過程中公路產(chǎn)生的變形值即為回彈彎沉值[5]。

1.2 回彈彎沉檢測技術(shù)在公路路基承載力評估的應(yīng)用現(xiàn)狀

公路施工人員能夠通過回彈彎沉值對路基的剛度、強度以及承載力進行評估，以此為基礎(chǔ)推斷此時公路質(zhì)量以及后續(xù)使用壽命?；貜棌澇林翟酱?，說明此時公路路面變形程度較大，公路路基承載力降低，公路的運輸能力也降低。影響公路路基的回彈彎沉值的因素如下：

1.2.1 彎沉標(biāo)準(zhǔn)

為滿足新型運輸形式的要求，對于車輛實行新的彎沉標(biāo)準(zhǔn)測試，檢測車輛的單輪傳壓面與軸重等。在符合規(guī)定的基礎(chǔ)上提高車輛的自身性能，提高最終回彈彎沉檢測值的準(zhǔn)確性。

1.2.2 溫度影響系數(shù)

在計算回彈彎沉值時，要依據(jù)溫度的變化時刻調(diào)整公式中的溫度系數(shù)，以此提高回彈彎沉檢測值的真實性。

1.2.3 人員因素

建設(shè)人員在公路路基路面施工過程中所采用的操作方法、步驟以及自身專業(yè)素質(zhì)均會對回彈彎沉檢測結(jié)果產(chǎn)生影響。若出現(xiàn)誤差較大的情況，公路的路基質(zhì)量將存在隱患，致使公路在運行過程中的安全性較低。

為確保公路路基承載力評估的準(zhǔn)確性，要避免回彈彎沉值受彎沉標(biāo)準(zhǔn)、溫度影響系數(shù)以及人員因素的影響，因此要明確回彈彎沉值的檢測主要方法、作用原理以及實際應(yīng)用控制等方法。

1.3 回彈彎沉主要檢測方法

1.3.1 靜態(tài)彎沉檢測

（1）貝克曼梁裝置。公路路基進行靜態(tài)彎沉檢測常采用的裝置是貝克曼梁，該裝置的具體檢測方法為通過不同載重的車輛對公路路基進行分級加載，通過百分表來獲得公路路面回彈彎沉值。該方法具有效率高、操作簡單等優(yōu)勢。通常測定公路路面的總彎沉可以采用前進卸載法與后退加載法。車輛在公路上勻速行駛，當(dāng)車輛經(jīng)過貝克曼梁的端頭時，記錄此時百分表的最大值。當(dāng)車輛駛出公路路面時，再次記錄百分表的數(shù)值，將此時百分表的數(shù)值與最大值進行對比，兩者的差值二倍即為公路路基的回彈彎沉值。

（2）自動彎沉儀。自動彎沉儀是在貝克曼梁的基礎(chǔ)上研發(fā)而來，車輛在公路上緩慢前行，當(dāng)后軸雙輪經(jīng)過自動彎沉儀的檢測頭時，位移傳感器會實時記錄公路路基的彎沉變化，將車速提到原來的二倍繼續(xù)向下一個檢測點前進，然后記錄檢測數(shù)據(jù)，對于其他靜態(tài)彎沉檢測設(shè)備來說，自動彎沉儀能夠持續(xù)測定彎沉值，并能完成檢測結(jié)果的自動記錄。通常情況下，可將檢測車輛的行駛速度控制在3～5 km/h。

1.3.2 動態(tài)彎沉檢測

動態(tài)彎沉檢測是一種無損檢測技術(shù)，目前常見的動態(tài)彎沉檢測裝置為脈沖動力彎沉儀，脈沖動力彎沉儀也被稱作落錘式彎沉儀。動態(tài)彎沉檢測通過壓力傳感器可以檢測到準(zhǔn)確的荷載時程與大小，若改變重錘的高度與重量能夠調(diào)節(jié)荷載的大小。公路路面或路基受到?jīng)_擊荷載時會瞬間變形，而時間與路程的變化、動態(tài)彎沉盆的變換均可通過所對應(yīng)的彎沉傳感器檢測到。

可通過落錘式彎沉儀檢測到的回彈彎沉對公路路面的回彈模量進行反算，評估公路承載力可以將回彈模量作為標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)階段落錘式彎沉儀的主要構(gòu)成部分包括拖車體與牽引車，拖車體由承載板、彎沉盆測梁、液壓升降架、傳感器以及落錘等裝置組成，用于對公路路面的回彈彎沉進行檢測。在牽引車上安裝電源控制系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)，能夠遠程操控牽引車。拖車體中的彎沉盆測梁上共安裝9個速度型傳感器，總梁長大約3.5 m，其與承載板的距離分別為0 cm、15 cm、30 cm、50 cm、75 cm、100 cm、130 cm、175 cm、210 cm，因此每次落錘式彎沉儀檢測均可獲得9個彎沉值。落錘重為50±2.5 kN，承載板是由兩塊對稱的橡膠板與鋼板組成的復(fù)合板。

當(dāng)公路路面溫度為t時，落錘式彎沉儀檢測到的回彈彎沉值lt的計算公式為：

lt=2（L1?L2） （1）

式中，L1——車輛經(jīng)過貝克曼梁的端頭時百分表的最大讀數(shù)；L2——車輛駛出公路路面時百分表的最終讀數(shù)。公路檢測路段的計算彎沉值l0為：

l0=lt+ZaS （2）

式中，Za——保證率系數(shù)；S——公路檢測路段內(nèi)實測彎沉的標(biāo)準(zhǔn)差。

落錘式彎沉儀檢測到的公路路面的回彈模量E0的計算公式為：

式中，a——彎沉系數(shù)；P——車輛車輪對公路路面施加的平均垂直荷載（MPa）；δ——車輛雙圓荷載單輪傳壓面當(dāng)量圓的半徑（cm）；μ——路基的泊松比。不同傳感器下路基的回彈模量E1的計算公式為：

式中，b——落錘式彎沉儀荷載盤半徑（mm）；σ0——荷載板下落錘式彎沉儀沖擊荷載的壓力最大值（kPa）；dr——與落錘式彎沉儀荷載盤中心相距r的傳感器最大彎沉值（μm）。

通過式（1）～（4）能夠計算出公路路面的彎沉值與回彈模量，通過最終回彈模量結(jié)果評估公路承載力。

1.4 回彈彎沉檢測的應(yīng)用

1.4.1 施工控制與驗收的應(yīng)用

回彈彎沉檢測技術(shù)在施工控制的應(yīng)用主要體現(xiàn)在，公路建設(shè)者為定期檢測公路工程的質(zhì)量，在公路施工過程中采用回彈彎沉檢測技術(shù)對公路承載力進行評估，最終通過評估結(jié)果對公路的整體狀態(tài)有一個完整的了解。對于滿足合同要求剛度、強度的公路準(zhǔn)予通過；未滿足道路建設(shè)要求的公路，則進行返工修復(fù)，以此提高公路整體質(zhì)量?；貜棌澇翙z測技術(shù)在施工驗收的應(yīng)用主要體現(xiàn)在，公路項目完成后，還需采用回彈彎沉檢測技術(shù)進行進一步檢測。通過在施工控制與驗收過程中的兩次檢測，能夠完全把控公路的整體質(zhì)量，為后期公路是否開放使用以及后期管理提供依據(jù)。經(jīng)過多次嚴謹?shù)臋z驗與測試，能夠建設(shè)出滿足國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求的公路，其具有較高的安全性與較長的使用壽命。

1.4.2 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

公路質(zhì)量檢測包括許多方面，其中對公路進行回彈值測量與垂直變形檢測是極為重要的?；趯嶋H案例進行分析：該公路為四車道，且該公路的交通量在使用期內(nèi)迅速上升，年平均增長率已達到10%，因此需要基于該公路行駛車輛的車型與交通量計算公路路基的回彈彎沉，來評估該公路的承載力是否能夠滿足交通量與車型的要求，公路路基的回彈彎沉即為公路的強度與剛度，若所計算的回彈彎沉值正好符合公路的塑性要求，那么說明設(shè)計的公路具有較大的可承受性與抗疲勞性。因此將回彈彎沉測量技術(shù)應(yīng)用于路面設(shè)計中是極為重要的，能夠更加準(zhǔn)確地反映該公路的使用情況，并為建設(shè)人員設(shè)計更高水平公路提供參考。

1.4.3 舊路補強設(shè)計的應(yīng)用

經(jīng)過長年累月的使用后，舊公路的剛度和強度有所降低，路面會遭受一定程度的損壞，且其在車輛外力作用下，承受力也大幅下降，很有可能不再符合人們對于公路的使用要求，因此需要對舊公路進行修補改進。通過回彈彎沉檢測方法能夠判定舊公路的損害情況，若最終計算獲得的回彈彎沉檢測值極大，說明該公路的受損程度較大，需要進行大面積的修補；若最終計算獲得的回彈彎沉檢測值較小，說明該公路的受損程度較小，僅需要進行小范圍的修補。通過回彈彎沉檢測技術(shù)能夠準(zhǔn)確檢測公路受損情況，為后續(xù)補救措施提供參考，避免浪費人力與物力。

2 實驗結(jié)果

對比貝克曼梁裝置與落錘式彎沉儀之間的性能發(fā)現(xiàn)，在技術(shù)方面，落錘式彎沉儀的優(yōu)越性更多且應(yīng)用范圍更廣，但長期以來我國公路回彈彎沉檢測經(jīng)常采用貝克曼梁裝置，而該文采用無損的落錘式彎沉儀，因此采用實際案例對上述兩種方法進行對比分析。

以我國東部沿海地區(qū)某高速公路為例，這條公路全長約150 km，連接A市和B市，是雙向六車道，設(shè)計時速高達120 km/h。路面材料選用的是高質(zhì)量的瀝青混凝土，確保了良好的防滑性和耐久性。自2018年通車以來，這條公路一直承載著大量的車流，包括頻繁的重型貨車。由于車流量大且運營多年，部分路段出現(xiàn)了一定的損壞，需要進行全面的承載力評估?？紤]其在我國東部沿海地區(qū)的戰(zhàn)略地位和重要性，對該高速公路進行承載力評估是至關(guān)重要的。通過對路段的實地考察和檢測，可以更準(zhǔn)確地評估其實際承載能力，為未來的維護和改造提供科學(xué)依據(jù)。同時，這也將有助于保障車輛行駛的安全和順暢，提升該地區(qū)的交通運營效率。

實驗方法：采用貝克曼梁裝置對公路的回彈彎沉值進行檢測，然后對公路進行落錘式彎沉儀測試，測試要求必須以公路檢測點為圓心畫出一個半徑為150 mm的圓，并使落錘式彎沉儀的加載盤與圓相對齊，并對每個測點施加50 kN的力，進行三次落錘測定，實時記錄落錘數(shù)據(jù)。

在水泥穩(wěn)定層進行對比試驗，該文共選擇公路中的六段進行對比分析，即K0+220～K0+620段、K1+340～K1+740段、K2+100～K2+500段、K3+240～K3+640段、K4+240～K4+640段以及K5+200～K5+600段。最終對比結(jié)果相關(guān)性分析如表1所示。

根據(jù)表1可知，在這六個路段中，貝克曼梁裝置與落錘式彎沉儀之間具有較高的相關(guān)性，且相關(guān)性均高于0.902 5，符合相關(guān)要求，因此可以采用落錘式彎沉儀代替貝克曼梁裝置，模擬車輛在公路路面上的行駛狀態(tài)，不會對公路路面與路基造成損壞。

3 結(jié)論

彎沉是公路建設(shè)中極為重要的指標(biāo)，目前大多數(shù)研究均通過回彈彎沉值評估公路承載力，回彈彎沉值與公路承載力成反比例關(guān)系，因此回彈彎沉值越大，說明該公路承載力越?。环粗貜棌澇林翟叫?，說明該公路承載力越大?；貜棌澇翙z測技術(shù)在公路建設(shè)中有廣泛的應(yīng)用，多用于施工控制與驗收、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計以及舊路補強設(shè)計等方面，因此需要合理選擇回彈彎沉檢測方法。貝克曼梁裝置與落錘式彎沉儀的相關(guān)度極高，說明落錘式彎沉儀能達到貝克曼梁裝置的檢測效果，但是落錘式彎沉儀的速度更快，所以該文選擇落錘式彎沉儀作為回彈彎沉檢測的方法。隨著科技的進步，回彈彎沉檢測技術(shù)有望進一步智能化，減少人為操作的誤差。例如，可以利用機器視覺和人工智能技術(shù)對路面進行實時、自動的檢測和分析，提高檢測的準(zhǔn)確性和效率。同時，由于單純依賴回彈彎沉值來評估公路承載力可能不夠全面，未來可能會結(jié)合其他相關(guān)參數(shù)，如路面的材料性質(zhì)、車流量、載荷分布等，進行多參數(shù)綜合評估，以更準(zhǔn)確地反映公路的實際承載能力。通過持續(xù)的研究和創(chuàng)新，可以期待這一技術(shù)在保障道路安全、提高交通效率以及促進環(huán)境保護方面發(fā)揮更大的作用。

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