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(tǒng)分析回彈彎沉檢測法的原理、操作流程及數(shù)據(jù)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(yù)測潛在病害方面的有效性，進一步探討了檢測參數(shù)優(yōu)化與標(biāo)準(zhǔn)化實施的策略。研究成果旨在為類似公路工程建設(shè)與維護提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)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(biāo)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(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，其穩(wěn)定性與強度直接關(guān)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(huán)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(shè)過程中，采用科學(xué)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(zhì)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(yīng)用及其影響因素，為公路工程的質(zhì)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(tài)彎沉測試法

（1）貝克曼梁法

貝克曼梁法，作為靜態(tài)彎沉檢測領(lǐng)域的經(jīng)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(huán)中展現(xiàn)的回彈性變形量。這一過程揭示了路面結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)特性，為評估其承載能力及耐久性提供了重要依據(jù)。

貝克曼梁法的特點是操作相對簡單，對技術(shù)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(guī)?；蚩焖贆z測的需求。同時，無論是加載設(shè)備的操作、測量儀器的校準(zhǔn)，還是數(shù)據(jù)的記錄與分析，都可能因操作人員的不同而產(chǎn)生差異，這種差異在一定程度上限制了測試結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性，使得測試結(jié)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(xiàn)代道路檢測技術(shù)的一種進步，其工作原理與經(jīng)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(xiàn)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(shè)備融入了測試流程，徹底替代了傳統(tǒng)的人工操作，實現(xiàn)了測試過程的自動化與連續(xù)化。

自動彎沉儀法的核心優(yōu)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(shù)據(jù)采集，顯著縮短了整體測試周期，滿足了現(xiàn)代道路檢測對于高效、快捷的需求。通過連續(xù)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(shù)據(jù)支持。

自動彎沉儀法的應(yīng)用極大地減輕了操作人員的勞動強度。傳統(tǒng)方法中煩瑣的手動操作被高度集成的自動化設(shè)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(shù)誤差、操作不當(dāng)?shù)?，測試結(jié)果也更為準(zhǔn)確可靠。這種準(zhǔn)確性的提升不僅有助于更精準(zhǔn)地評估道路質(zhì)量，也為后續(xù)的維護和改進工作提供了更加堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1.2 動態(tài)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(tǒng)，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(shè)定質(zhì)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(dǎo)向承載板，并迅速分散至路面結(jié)構(gòu)中。這一沖擊效應(yīng)導(dǎo)致路面表面瞬間發(fā)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(shù)據(jù)經(jīng)高效記錄系統(tǒng)即時轉(zhuǎn)送至計算機進行分析，從而精確地描繪出路面在動態(tài)荷載作用下的彎沉響應(yīng)及其在空間上的擴展形態(tài)，即彎沉盆的形成與分布。

該方法屬于動態(tài)測試，能夠模擬實際行車荷載對路面的作用，測試結(jié)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(shù)，為路面結(jié)構(gòu)承載能力的評估提供了更為全面的數(shù)據(jù)支持。在國際上被廣泛應(yīng)用，是高等級公路彎沉檢測的主要手段之一。

2 靜態(tài)彎沉檢測過程

2.1 貝克曼梁法

（1）試驗前準(zhǔn)備工作

對測試用標(biāo)準(zhǔn)車輛進行全面檢查，確保其制動性能優(yōu)越且輪胎充氣壓力準(zhǔn)確無誤（標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值為0.7 MPa）。

隨后，通過精確計量，向后車廂加載指定質(zhì)量的重物（如鐵質(zhì)配重或集料），并利用地中衡校準(zhǔn)后軸總質(zhì)量至規(guī)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(shù)輕輕抬起車輛后軸，隨后在輪胎正下方鋪設(shè)新復(fù)寫紙。通過緩慢釋放千斤頂壓力，使輪胎輕壓復(fù)寫紙，在方格紙上形成清晰可辨的印跡。利用專業(yè)的求積工具或方格計數(shù)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(jié)果的可靠性。此外，還需準(zhǔn)備一系列輔助工具，如路面溫度計（接觸式）、皮尺、通訊口哨、標(biāo)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(jié)構(gòu)設(shè)計、厚度參數(shù)、施工工藝流程及后期維護狀況。貝克曼梁法所用標(biāo)準(zhǔn)車主要技術(shù)參數(shù)如下表1所示。

（2）測試步驟

根據(jù)測試的具體需求，在測試路段布置一系列測點，測點位置應(yīng)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(biāo)記。隨后，調(diào)整試驗車的后輪輪隙，使其對準(zhǔn)每個測點前方約3～5 cm的區(qū)域。緊接著，將彎沉儀順著汽車后輪間的縫隙平穩(wěn)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(zhǔn)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(diào)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(wěn)向前行駛。隨著路面變形的逐漸顯現(xiàn)，百分表的指針會隨之連續(xù)轉(zhuǎn)動。當(dāng)指針達到其最大值時，測定員需立即記錄此時的初讀數(shù)L1。隨后，汽車?yán)^續(xù)前行，百分表指針開始反向轉(zhuǎn)動。當(dāng)汽車完全駛離彎沉影響區(qū)域（至少3 m距離）后，測定員再次發(fā)出停車信號（可通過哨聲或揮動紅旗實現(xiàn)）。待百分表指針穩(wěn)定后，讀取并記錄終讀數(shù)L2。整個測試過程中，嚴(yán)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(shù)。如果百分表有讀數(shù)，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(shù)，則記錄該讀數(shù)作為支點變形的量度。根據(jù)記錄的讀數(shù)，對主測彎沉儀的測量結(jié)果進行支點變形修正。修正值應(yīng)從主測彎沉儀的讀數(shù)中減去檢驗用彎沉儀的讀數(shù)。

重復(fù)測定與平均值：當(dāng)在同一結(jié)構(gòu)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(yīng)進行上述的支點變形檢驗和修正。計算所有修正后讀數(shù)的平均值，作為該結(jié)構(gòu)層在該測試條件下的彎沉代表值。在后續(xù)的測定中，可以以此平均值作為基準(zhǔn)，對新的測定結(jié)果進行修正，以提高測量的一致性和準(zhǔn)確性。

（4）結(jié)果計算及溫度修正

回彈彎沉值計算公式如下：

式中，Lr——當(dāng)路面溫度為r時對應(yīng)的回彈彎沉計算結(jié)果（0.01 mm）；L1——當(dāng)車輪中心與測頭臨近時百分表最大讀數(shù)（0.01 mm）；L2——標(biāo)準(zhǔn)車從彎沉影響半徑駛出后百分表對應(yīng)的讀數(shù)（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(shù)。

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(yīng)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(dāng)路面溫度為r時對應(yīng)的回彈彎沉計算結(jié)果；K——溫度修正系數(shù)[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(biāo)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(zhǔn)平臺和測量桿組成?；鶞?zhǔn)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(biāo)志，用于記錄地面的垂直和水平位移。基準(zhǔn)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(zhuǎn)。當(dāng)?shù)貧せ蚵访姘l(fā)生變形時，地面上的標(biāo)志物會隨之發(fā)生相應(yīng)的水平和垂直位移。自動彎沉儀通過對比測量桿上的標(biāo)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(tǒng)、位移傳感器、溫度和距離傳感器、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)等基本部分組成。承載車為單后軸、單側(cè)雙輪組的載重車，其軸載、輪胎氣壓等參數(shù)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(zhǔn)確記錄地面標(biāo)志物的位移變化。

3 動態(tài)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(shù)，廣泛應(yīng)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(dǎo)向裝置、高度調(diào)整機構(gòu)等，用于產(chǎn)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(tǒng)：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(tǒng)：包括數(shù)據(jù)采集器、計算機等，用于記錄和處理測量數(shù)據(jù)。

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

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(nèi)完成大量測點的測量；且測量精度高，能準(zhǔn)確反映路面的變形情況。通過模擬車輛行駛時的動態(tài)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(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能實現(xiàn)自動化測量和數(shù)據(jù)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(shù)，專門用于測定路面微小彎沉，這種微小彎沉通常在微米數(shù)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(shù)和光電轉(zhuǎn)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(zhì)量狀況。具體而言，當(dāng)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(chǎn)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(chǎn)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(shù)值，即路面回彈彎沉值。

（2）設(shè)備組成

激光式彎沉測試儀主要由激光器、光電轉(zhuǎn)化測頭、放大器、電橋、顯示表頭以及必要的控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成。其中，激光器發(fā)出激光束，光電轉(zhuǎn)化測頭將激光能量轉(zhuǎn)化為電能，放大器用于放大光電流信號，電橋用于補償調(diào)零以消除干擾，顯示表頭則用于顯示測量結(jié)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(zhuǎn)化測頭、放大器、電橋和顯示表頭等設(shè)備處于良好狀態(tài)。同時，準(zhǔn)備好必要的電源和連接線等輔助設(shè)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(wěn)定可靠。然后進行儀器校準(zhǔn)工作，以得到實用的“標(biāo)定線”。啟動測試儀并設(shè)置測試參數(shù)。當(dāng)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(fā)生變化，從而產(chǎn)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(shù)值。將測量數(shù)據(jù)輸入計算機或其他數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行處理和分析。根據(jù)需要可以輸出路段彎沉檢測統(tǒng)計結(jié)果或繪制彎沉盆曲線圖等圖表，以便更直觀地了解路面質(zhì)量狀況。

4 結(jié)論

公路路基路面的質(zhì)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(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)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(zhǔn)確評估路面的結(jié)構(gòu)性能和穩(wěn)定性，為道路維護和改善提供重要參考依據(jù)?；貜棌澇翙z測方法在公路路基路面檢測中具有廣泛的應(yīng)用前景，可以用于路面結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工控制和驗收、舊路補強設(shè)計等多個環(huán)節(jié)。通過深入研究和實踐應(yīng)用，可以不斷提高公路路面質(zhì)量和使用壽命，為公路建設(shè)和維護工作提供科學(xué)依據(jù)。

參考文獻

[1]張東琴.回彈彎沉檢測技術(shù)在公路承載力評估中的應(yīng)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。