路基回彈模量現場檢測技術研究綜述

于淵卓　張起森

摘要：路基是路面結構的支撐體，而路基回彈模量是其主要的控制參數，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場承載板法、貝克曼梁法、現場CBR法、FWD法等4種方法。本文在綜述國內外路基回彈模量檢測技術研究的基礎上，闡述了各種檢測方法特點、各種檢測方法的優缺點、相應的改進方法及路基回彈模量現場檢測技術的發展趨勢。

關鍵詞：路基回彈模量；動態模量；靜態模量；現場檢測；PFWD；路面設計

1引言

在我國瀝青路面和水泥混凝土路面的設計施工質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參數，它的取值直接影響到路面結構的設計厚度。我國現有規范已經給出不同的自然區劃和土質的回彈模量推薦值，具體參見《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50-2006）中附錄F“二級自然區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，而且隨著施工質量的提高，回彈模量值的檢驗將作為控制施工質量的一個重要指標。

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場承載板法、貝克曼梁彎沉法、現場CBR試驗、FWD法（包括PFWD法）及瑞麗波法。一般認為承載板法、貝克曼梁彎沉法及現場CBR試驗為靜態試驗，而認為FWD法、和瑞麗波法為動態試驗。它們雖然試驗性質不同，但是模量值之間還是存在一定的內在聯系。下面將就四個主要檢測方法進行介紹。

2.1 現場承載板

現場承載板法[2~5，9，10]是路基回彈模量測試的標準方法，《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50-2006）和《公路路基路面現場測試規程》（JTG E60-2008）中規定現場承載板試驗測得的路基回彈模量值可作為路面設計參數使用。

現場承載板法是在現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的影響量，就是該級荷載下的實際回彈變形。在現行規范中對具體車型已給出了不同荷載下的影響量修正系數。但實際試驗時，試驗條件與規范并不能完全一致，需根據實際加載環境進行修正系數計算。

承載板是最常用的模量檢測手段，適用范圍廣。它不需要太復雜的設備，操作也比較簡便，這在對于工地現場較為方便。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。在數據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]是通過對路面結構分層測定所得的回彈彎沉值，根據彈性體系垂直位移理論解，由相應公式反算得到回彈模量值。

貝克曼梁是較早應用的彎沉測定設備，利用標準載重（10t）加載，用百分表觀測彎沉。其優點在于價格低廉，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，標準黃河車較難尋找，這樣就要進行不通測試車型之間的結果轉換，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果。

另外需指出的是，目前我國部分地區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系，或建立總彎沉與現場承載板等方法測定的路基回彈模量值之間的經驗關系。

2.3 CBR經驗公式法

我國現行路基路面設計參數均采用回彈模量指標，而在境外修建的公路工程多采用CBR指標。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，通過大量的實測數據建立CBR與承載板測得的路基回彈模量值的經驗回歸公式，根據經驗公式由CBR值計算路基回彈模量這種方法比較簡單，但存在不同的土質條件經驗公式不相同的缺點。

現場CBR試驗是在現場路基頂面進行測定的，與室內CBR試驗的有所不同。室內CBR試驗一般以飽水狀態檢測，而現場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，當荷載傳到路基上時，由于應力擴散作用達到相當大的范圍，而不是很小面積上的應力分布，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]。用它進行動態彎沉量測，對測得的彎沉盆數據進行反算得出回彈模量。FWD是國外公路領域檢驗評定路基路面模量和剛度的主要試驗設備，在LTPP數據庫中積累了大量的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越性，不少國家己經制定了相應的FWD規范，我國的《公路路基路面現場測試規程》（JTG E60-2008）中也將FWD列為彎沉檢測設備。

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

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的基礎上發展而來的的，它的原理同FWD基本相似，由加載系統、數據采集系統與數據傳輸系統組成。

傳統的承載板法、BB法、FWD法，在現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、數據精確，客觀、操作簡單不需專門培訓等優勢。因此PFWD是個值得推廣的檢測方法。

3傳統檢測方法的改進

由于傳統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，建議現場測試時貝克曼梁的擺放角根據貝克曼梁長度、測試車的前后軸距T1和后軸至后梁距離T2根據修正回歸公司確定。另外建議現場測試采用的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W1和支點回彈變形讀數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遠大于現場測試采用的直徑30cm承載板，以及路基應力應變的非線性特性，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，當路面較弱或輪荷較大時，有時碰到儀器支座處于彎沉盆內的情況。由于支點的下沉，百分表讀數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。長沙理工大學的查旭東的研究表明，由于支點和支架變形對彎沉測試結果有一定的影響，建議對后軸重為10t的測試車，當采用5.4m彎沉儀測試時，實測彎沉值易乘以1.05的修正系數，當采用3.6m彎沉儀測試時，易乘以1.10的修正系數。若不考慮兩次支點和支架變形對彎沉測試結果的影響，應盡量采用5.4m貝克曼梁進行測試。

4檢測技術的最新動態

國內外對于粘性土路基，采用動態圓錐貫入儀（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的錘擊數來反映路基的承載力，錘擊數越大則表明承載力越高。DCP需建立貫入值與相應土性能指標的關系。

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。框架的四輪立于路面上。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，連續地記錄行駛中的測試車在路表產生的彎沉，測試速度約55mile/h。它的最大優點是：所記錄的是真實受力狀態而不是模擬荷載狀態下的彎沉，并且測速遠大于FWD，對交通影響較小，是較為理想的彎沉檢測設備，是此類設備一個重要的發展方向。

5結語

目前常規的路基回彈模量的現場測試方法大都存在測試復雜、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、數據整理困難等問題，同時，現場測試的設備一般較大，偏僻和地形復雜的的地方不易到達，通常只在已成型的路基上進行測試，測試結果主要供路基竣工驗收和設計參考，較難用于分析路基的壓實質量，所以難以用于路基施工過程的質量控制。

在常規方法存在諸多問題的情況下，目前國內很多單位都在進行路基回彈模量快速檢測技術的研究，例如PFWD，瑞麗波、DCP等。其中PFWD國內已經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。但是如何把它應用到工程實際中去，是個需要進一步研究的課題。

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