落錘式彎沉儀彎沉檢測(cè)有效性分析

李穎

摘要：為了研究落錘式彎沉儀在各級(jí)公路上彎沉檢測(cè)的有效性，文章選取三種不同結(jié)構(gòu)層組成公路試驗(yàn)段進(jìn)行落錘式彎沉儀與貝克曼梁兩種彎沉測(cè)試方法的對(duì)比，并對(duì)三種路面在不同檢測(cè)方式下的彎沉數(shù)據(jù)特點(diǎn)及兩種彎沉檢測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)性進(jìn)行分析。結(jié)果顯示：對(duì)于不同等級(jí)公路路面，兩種彎沉檢測(cè)方式下的回歸分析相關(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;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，且落錘式彎沉儀進(jìn)行高等級(jí)公路彎沉測(cè)試時(shí)穩(wěn)定性更佳;而對(duì)于非瀝青面層的低等級(jí)路面結(jié)構(gòu)，兩種彎沉檢測(cè)方式下的回歸分析相關(guān)性較差。

關(guān)鍵詞：道路工程;落錘式彎沉儀;貝克曼梁;彎沉;有效性

0 引言

隨著我國(guó)公路建設(shè)里程的不斷增長(zhǎng)，傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)正在面臨較大挑戰(zhàn)。路基路面彎沉作為重要的承載能力檢測(cè)指標(biāo)，一般采用貝克曼梁進(jìn)行檢測(cè)。但該法由于需要檢測(cè)的輔助人員多、檢測(cè)速度慢，實(shí)際檢測(cè)時(shí)需要耗費(fèi)大量人力物力。而落錘式彎沉儀作為較為成熟的彎沉檢測(cè)技術(shù)，也逐漸成為各級(jí)公路尤其是高等級(jí)公路在交、竣工驗(yàn)收時(shí)的主要檢測(cè)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(cè)，對(duì)于其他等級(jí)公路運(yùn)用研究相對(duì)較少。為了解落錘式彎沉儀在各等級(jí)公路上的適用性，有必要對(duì)不同等級(jí)公路進(jìn)行落錘式彎沉儀與貝克曼梁兩種測(cè)試方法的對(duì)比分析[5-9]。

1 試驗(yàn)設(shè)備及方案設(shè)計(jì)

本文選取三種不同結(jié)構(gòu)層組成公路試驗(yàn)段（如下頁(yè)表1所示），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(cè)。首先分析不同結(jié)構(gòu)層組成公路、不同檢測(cè)方式下彎沉數(shù)據(jù)特點(diǎn)，然后選取三種回歸擬合方式分別對(duì)各公路下兩種彎沉檢測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)性進(jìn)行分析，最終對(duì)落錘式彎沉儀彎沉檢測(cè)有效性進(jìn)行綜合分析。

2 檢測(cè)數(shù)據(jù)特點(diǎn)分析

根據(jù)上述試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，分別對(duì)3段試驗(yàn)段進(jìn)行兩種方式的彎沉檢測(cè)。為保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，確保兩種檢測(cè)方式檢測(cè)位置統(tǒng)一，首先進(jìn)行貝克曼[JP+1]梁法彎沉檢測(cè)，并標(biāo)記彎沉儀觸頭位置（即百分表放置端在貝克曼梁對(duì)應(yīng)位置），對(duì)左、右輪分別進(jìn)行標(biāo)記。在進(jìn)行貝克曼梁法彎沉測(cè)試后盡量在同一時(shí)間進(jìn)行落錘式彎沉儀法彎沉測(cè)試，落錘承載板中心盡量與上述標(biāo)記點(diǎn)重合。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(cè)試均值作為該點(diǎn)測(cè)試數(shù)值。

為保證檢測(cè)分析數(shù)據(jù)的有效性，對(duì)各特異數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，然后每段試驗(yàn)路選取各20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)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如表2所示。

由以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析可知：

（1）兩種檢測(cè)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，這與各路面道路等級(jí)設(shè)計(jì)要求承載性能一致。

（2）不管采用何種檢測(cè)方式，三種路面結(jié)構(gòu)變異系數(shù)大小順序?yàn)椋?#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(duì)變化指標(biāo)，這表明三種路面的彎沉數(shù)據(jù)離散程度也呈現(xiàn)上述規(guī)律。這主要是由于存在以下幾方面因素：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，因此彎沉變異性越小;②公路等級(jí)越高，運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)措施越多，對(duì)道路損壞修復(fù)越及時(shí)，因此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(duì)數(shù)據(jù)采集造成一定影響，進(jìn)而導(dǎo)致彎沉檢測(cè)變異性較大。

（3）比較兩種測(cè)量方法彎沉測(cè)試值變異系數(shù)，除1#試驗(yàn)段落錘式彎沉儀測(cè)試值較貝克曼梁測(cè)試值變異系數(shù)基本相當(dāng)外，貝克曼梁測(cè)值變異系數(shù)普遍較落錘式彎沉儀高。這是由于公路等級(jí)越高、路面狀況越好，彎沉測(cè)試數(shù)據(jù)越穩(wěn)定，受測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)條件影響越小。而當(dāng)路面狀況不佳時(shí)，兩種檢測(cè)方式數(shù)據(jù)均受到一定影響，相較而言貝克曼梁法影響更大、落錘式彎沉儀測(cè)試則相對(duì)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，另一方面也表明落錘式彎沉儀進(jìn)行高等級(jí)公路彎沉測(cè)試時(shí)穩(wěn)定性更佳。

3 相關(guān)性分析

為了更好地分析落錘式彎沉儀與貝克曼梁二者彎沉測(cè)試數(shù)據(jù)的相關(guān)性，采用最小二乘法，選用線性、二次多項(xiàng)式、指數(shù)關(guān)系等三種擬合方式進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)分析結(jié)果如下。

3.1 1#試驗(yàn)段

對(duì)1#試驗(yàn)段采用上述三種擬合方式進(jìn)行相關(guān)性分析，分析結(jié)果如表3所示。

由表3分析可知：

（1）回歸分析結(jié)果顯示，三種回歸方程相關(guān)系數(shù)R均>0.95，符合《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》（JTGE60-2008）有關(guān)擬合精度要求，表明三種回歸形式下兩種檢測(cè)方式均具有較好的相關(guān)性，說(shuō)明落錘式彎沉儀在高等級(jí)公路彎沉檢測(cè)具有較好的準(zhǔn)確性。

（2）對(duì)比三種擬合結(jié)果，線性擬合、二次多項(xiàng)式擬合較指數(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(jiǎn)潔方便，優(yōu)先推薦采用線性擬合進(jìn)行相關(guān)性分析。

3.2 2#、3#試驗(yàn)段

對(duì)2#、3#試驗(yàn)段采用上述三種擬合方式進(jìn)行相關(guān)性分析，分析結(jié)果如表4、表5所示。

由以上各表分析可知：

（1）分析2#試驗(yàn)段回歸分析結(jié)果，三種回歸方程相關(guān)系數(shù)R均>0.95，符合《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》（JTGE60-2008）有關(guān)擬合精度要求，表明三種回歸形式下兩種檢測(cè)方式均具有較好的相關(guān)性，說(shuō)明落錘式彎沉儀在相應(yīng)等級(jí)公路彎沉檢測(cè)具有較好的準(zhǔn)確性。但二次多項(xiàng)式擬合、指數(shù)擬合較線性擬合具有更好的相關(guān)性，綜合考慮擬合的簡(jiǎn)潔性及準(zhǔn)確性，優(yōu)先推薦采用二次多項(xiàng)式擬合進(jìn)行相關(guān)性分析。

（2）分析3#試驗(yàn)段回歸分析結(jié)果，三種回歸方程相關(guān)系數(shù)R均<0.95，均不符合《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》（JTGE60-2008）有關(guān)擬合精度要求，表明三種回歸形式下兩種檢測(cè)方式不具備較好的相關(guān)性。但擬合相關(guān)性較差并不是表明落錘式彎沉儀檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性較差。前述分析表明，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(cè)試的靜態(tài)彎沉為基準(zhǔn)，落錘式彎沉儀測(cè)試的動(dòng)態(tài)彎沉測(cè)值需進(jìn)行其他更為可靠的換算后才能進(jìn)行直接評(píng)價(jià)。

4 結(jié)語(yǔ)

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(cè)，對(duì)三種路面在不同檢測(cè)方式下彎沉數(shù)據(jù)特點(diǎn)及兩種彎沉檢測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)性進(jìn)行分析，形成結(jié)論如下：

（1）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，且落錘式彎沉儀在進(jìn)行高等級(jí)公路彎沉測(cè)試時(shí)穩(wěn)定性更佳。

（2）不同等級(jí)公路路面兩種彎沉檢測(cè)方式下回歸分析相關(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。

（3）非瀝青面層的低等級(jí)路面結(jié)構(gòu)兩種彎沉檢測(cè)方式下回歸分析相關(guān)性較差，采用落錘式彎沉儀進(jìn)行彎沉測(cè)試時(shí)應(yīng)進(jìn)行更為廣泛的數(shù)據(jù)采集及對(duì)比分析，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

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