高速公路特殊土路基回彈模量現場快速檢測研究

馬超

摘 要：作為公路路面設計的重要參數，路基回彈模量受多種因素制約，如土質、含水量等，確定其數值難度較大，進而給設計、施工帶來了諸多不確定因素。對于公路總體質量而言，路基施工質量不佳將加重公路病害情況，因此準確評價及測試路基質量極為關鍵。本文以某工程實例為研究對象，選取其中碎石土、紅砂巖等特殊土路基進行便攜式落錘彎沉儀（PFWD）現場檢測，以此分析路基回彈模量，為工程施工提供可靠依據。

關鍵詞：高速公路；特殊土路基；回彈模量

中圖分類號：U416 文獻標志碼：A

隨著我國國民經濟的快速發展，高等級公路發展速度越來越快，此類公路路基普遍選用重型擊實標準，這種情況下，高等級公路實際情況根本無法通過現行路面設計規范內選用的路基回彈模量參數充分反映出來。相比現行設計規范路基回彈模量推薦值，實際工程回彈模量實測值往往較大，進而產生一定浪費。根據施工現場條件及經濟，路基施工必須選取周邊特殊土作為路基填料，如本工程紅砂巖、碎石土等。當前針對特殊土研究較少，規范中并沒有明確指出特殊土路基回彈模量的推薦值，因此路基填料選用特殊土時，將大大增加設計及施工難度。為此，必須對比分析現行路基回彈模量測試方法，對其優缺點充分考慮，合理選用檢測技術，這對研究路基回彈模量快速檢測方法意義重大。

1 PFWD的基本原理

回彈模量是指在荷載作用下，路基等產生的應力和其相應的回彈應變比值。路基回彈模量能夠在彈性變形環節充分反映土基在垂直荷載作用下，對豎向變形的抵抗能力。當垂直荷載為定值時，路基回彈模量值增加，出現的垂直位移則會降低。當豎向位移為定值時，回彈模量值增加，路基承受外荷載的能力就會隨之增大。為此，在道路設計時，往往選用回彈模量作為路基抗壓強度指標。在路基回彈模量檢測中，往往選用PFWD進行檢測。

PFWD是便攜式落錘彎沉儀的簡稱，作為一種動力承載能力試驗檢測設備，PFWD是在落錘彎沉儀（FWD）基礎上發展而來，是一種新的動力模量快速檢測無損檢測設備，該設備不僅能進行路基承載力的確定，還能取得路基動彈性模量。其基本原理為向一定高度提升10kg落錘，隨后自由下落，落錘對路基表面安放的承載板進行沖擊，進而產生一定沖擊荷載，此時承載板和路基之間將出現豎向位移現象。荷載及位移情況可通過壓力傳感器、位移傳感器分別記錄，以此按照壓力、位移峰值進行路基回彈模量的確定。

2 路基回彈模量的影響

近年來，隨著社會經濟的快速發展，我國公路工程行業也得到了極大的發展。路基回彈模量作為公路壓實度檢測的重要方法之一，因其精確度高、操作方便等特點得到了廣泛應用。相比其他檢測技術，路基回彈模量對路表彎沉、路基壓應變及瀝青路面厚度等影響較大，具體影響情況如下：

2.1 路基回彈模量對路表彎沉的影響

經試驗證明，路基回彈模量對路表彎沉影響較大。在不斷增加路基回彈模量時，路表彎沉值卻在逐步降低。當路基回彈模量取值較小的情況下，路表彎沉值在路基回彈模量值改變時，才會具有較大的變化，但在路基回彈模量達到一定程度后，即便增加路基回彈模量，路表彎沉卻基本不會發生變化。假設：路基回彈模量由30MPa增至70MPa，則路表彎沉值降低幅度基本為52%左右，但路基回彈模量在70MPa以上時，路表彎沉值變化則不在顯著。

2.2 路基回彈模量對路基壓應變的影響

對于路基壓應變來說，路基回彈模量增大影響較大，尤其是路基回彈模量值取值較小時，在不斷增加路基回彈模量時，路基壓應變具有較大變化。如1200MPa為瀝青面層模量，1500MPa為基層模量，550MPa為底基層模量。如路基回彈模量為30MPa，則路基壓應變為0.899×10-3，；如路基回彈模量為90MPa，則路基壓應變為0.422×10-3，在不斷增加路基回彈模量的同時，路基壓應變將下降53.1%左右。此外，于路基壓應變而言，影響最大的為底基層模量。當路基回彈模量值相同時，不斷增加底基層模量、基層模量及面層模量，路基壓應變都會大幅下降，但底基層模量增加時路基壓應變降低幅度最大。

2.3 路基回彈模量對瀝青路面厚度的影響

伴隨路基回彈模量的持續增加，水泥穩定碎石層結構設計厚度卻呈現出降低的趨勢。當模量較小的情況下，不斷增加模量值，結構層設計厚度降低幅度較為顯著，當模量值增加到相應值后，降低幅度會隨之變小。也就是說，增大路基強度可實現結構層厚度的降低，根據相關研究表明，一般在40MPa以上控制路基回彈模量。

3 紅砂巖路基回彈模量快速檢測分析

自改革開放以后，我國公路工程建設規模越來越大。特在殊路基施工中，為保證工程質量，必須合理地選擇路基材料，如沿線開挖存在大量紅砂巖，而選用其他材料用于路基填筑，不僅會增加成本，還會因棄土、借土場難覓，造成環境污染等現象。為此，不得不選用紅砂巖用于路基施工。紅砂巖的典型結構形式分為兩類：粒狀碎屑結構、泥狀膠結結構，由于膠結物質及風化程度不同，其強度也具有較大變化。為此，其物理力學性能也會隨之改變，基于此，必須結合具體案例，對紅砂巖路基回彈模量進行檢測，以此保證工程質量。

3.1 路基概況

針對某高速公路工程選取典型路段巖樣進行探討，以3組為例，具體結果見表1。由試驗可得，28.2%為其液限，20.9%為其塑限。經擊實試驗可得，2.14g/cm?為其最大干密度，8.84%為其最佳含水量。

由表1可見，紅砂巖遇水膨脹、變軟、風化的重要因素是因為其內存有黏土礦物，即膨潤土。針對紅砂3種狀態下分別實施單軸抗壓強度試驗，其中飽水狀態下9.5MPa為其單軸抗壓強度平均值；自然狀態下16.3MPa為其單軸抗壓強度平均值；干燥狀態下38.0MPa為其單軸抗壓強度平均值。隨著含水率的不斷增多，紅砂巖強度持續下降，且具有較大的下降幅度。相對于自然狀態下的紅砂巖單軸抗壓強度，干燥狀態下為其2.5倍左右，飽水狀態下為其60%左右，由此可見，紅砂巖作為路基填料并不理想，因此必須做好壓實度控制工作。

3.2 紅砂巖回彈模量PFWD現場快速檢測

本文選取高速公路段K54+670～K54+760通過PFWD檢測該路段路基回彈模量。因施工場地內路基壓實度較差，存在不均勻性，同時因檢測條件制約，導致本路段存在5個檢測數據的異常點，分別為左幅K54+690、K54+750及右幅K54+690、K54+720、K54+740，要求去除這5個異常檢測數據，隨后可獲取路基回彈模量相關指標，最小值、最大值、平均值及均方差分別為21.7、71.3、40.1、13.76。當填土路基選用紅砂巖時，受含水量等因素影響，土質自身穩定性較差，為此，必須考慮一定安全富余，按照現場檢測可選用32MPa～543MPa作為紅砂巖回彈模量取值范圍。

4 碎石土路基回彈模量快速檢測

4.1 路基概況

作為一種通過粗細顆粒構成的材料，碎石土通常是利用開挖、爆破山體得來的，目前在山區公路修筑中應用較多。本文以K55+010～K55+100段土樣進行篩分試驗，結果見表2。其中石類碎石土較多，土石比為3∶7。

在路基工程施工中碎石土填料能夠得以廣泛應用，主要原因在于其優點較為顯著，包括高強度、低沉降、施工便捷及經濟性好等。但因土石混合料不具備連續性級配，地質條件對其強度影響過大，常常出現壓實控制難度大等問題，甚至損害路基。為此，必須重視碎石土路基壓實問題。

4.2 碎石土回彈模量PFWD現場快速檢測

本文碎石土檢測試驗點選為K55+010～K55+100段，利用PFWD檢測碎石土路基回彈模量。根據試驗可得，因施工場地內土質及檢測條件等因素影響，在左幅K55+090段存有異常檢測數據，應及時去除該數據，由此獲取碎石土模量相關指標，其最小值、最大值、平均值及均方差分別為107.1、175.4、138.7、19.3。在考慮一定安全富余的情況下，要求碎石土路基回彈模量取值范圍為126MPa～172MPa。

結語

綜上所述，當前我國針對特殊土路基回彈模量研究較少，筆者結合自身工作經驗，僅通過PFWD對紅砂巖、碎石土兩種特殊土路基回彈模量進行簡單的分析，由此可見，于瀝青路面結構來說，路基回彈模量影響較大，在不斷提升路基回彈模量的同時，路面結構性能也會隨之增強。為更好地提升工程質量，還需更深入地研究。

參考文獻

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