公路路基路面檢測中回彈彎沉檢測方法的應用

王 雪

(河南省交通公路質監有限公司，河南 南陽 473000 )

0 引言

路基路面是公路的重要組成部分，在建設過程中路基路面質量的好壞將直接影響到工程建設的整體質量，甚至會影響到工程的使用壽命。彎沉是路基路面質量評定的重要檢測指標，常見的檢測方法包括貝克曼梁法、落錘式彎沉儀法等。合理選擇檢測方法，才能保證檢測結果的精確度，為公路維修養護提供可靠的數據支持。

1 回彈彎沉值概述

回彈彎沉值是指標準后軸載雙輪組輪縫中心位置的最大回彈彎沉值，換言之，車輪荷載作用下，汽車運行過程中路面所產生的垂直位移便被稱為彎沉，路基路面綜合承載能力的大小均可由路表測試的回彈彎沉值表示，是衡量路面整體抗壓強度的一個相當重要的指標，同時，可評定路面使用性能。

在車輪作用下，路面產生的沉降總變形值與總彎沉值一致，當車輪從路面駛出之后，載荷也會消除，路面將再次向上回彈，此時回彈變形值即為回彈彎沉值。殘余彎沉是總彎沉和回彈彎沉的差值。通常情況下，總彎沉和回彈彎沉之間存在3種關系：①回彈彎沉小于總彎沉，說明路面不僅會出現彈性變形，同時還會出現塑性變形。②總彎沉和回彈彎沉相同，說明路面處于完全彈性體狀態。③回彈彎沉大于總彎沉，說明路面存在隆起的塑性變形。路面彎沉示意圖如圖1所示。

圖1 路面彎沉示意圖

2 回彈彎沉主要檢測方法

根據路面彎沉檢測技術發展的歷程，可將其分為2個階段，即靜力彎沉檢測和動態彎沉檢測。

2.1 靜力彎沉檢測

2.1.1 貝克曼梁(BB)

貝克曼梁是最常見的一種靜力彎沉檢測設備，是通過載重汽車分級加載路面，由百分表獲取路面回彈彎沉的一種檢測方法。其特點為操作簡單、效率高等。前進卸載法測試過程中，貝克曼梁的端頭將從標準車后軸雙輪之間的輪隙處穿過，同時將百分表設置于梁的另一端，以此進行端頭升降量的測定。車輛向前勻速、緩慢前行，當車由端頭處經過時，觀測百分表，讀取最大值。當車輛從路面處駛出后，再次觀測百分表，讀取讀數，兩者差值的2倍便是路表面的回彈彎沉值。此外，也可采用后退加載方法進行路面總彎沉的測定。

2.1.2 自動彎沉儀

基于杠桿原理，自動彎沉儀是在貝克曼梁的基礎上發展而來。在測定車前后軸之間的底盤上連接彎沉測定梁，測定過程中，梁須支撐在地面。當車輛勻速、緩慢向前行駛時，后軸雙輪隙從測頭經過后，可通過位移傳感器等自動將彎沉變化情況記錄下來，同時，測定梁被拖動，按照2倍車速向下一測點移動，并被放下及測量數據。相比其他設備，自動彎沉儀可連續測定彎沉值，還可實現測定結果自動記錄。一般情況下，可在3～5 km/h控制車輛行駛速度。

2.2 動態彎沉檢測

作為一種無損檢測技術，動態檢測能夠模擬車輛在路面運行的狀態，不會損壞路面結構。目前，常見的動態彎沉檢測設備主要分為2種：穩態動力彎沉儀、脈沖動力彎沉儀。

2.2.1 穩態動力彎沉儀

穩態動力彎沉儀是指通過動荷發生器施加給路面一種周期性的荷載，沿荷載軸線按一定間距在路面布設一組速度傳感器了，以此進行路表面動彎沉盆曲線的測定。其優點為測試精度高、速度快。

2.2.2 脈沖動力彎沉儀

脈沖動力彎沉儀就是常見的落錘式彎沉儀(FWD)，作為一種新型的檢測設備，落錘式彎沉儀應用效果良好。其工作原理為通過計算機控制液壓系統，將一個重錘提升到一定高度并自由下落，承載板將承受這一巨大沖擊力，并向路面傳遞，從而產生路面彎沉。在距測定不同距離的傳感器便可進行結構層表面變形情況的準確記錄，并將信息自動傳遞給計算機，經計算可獲取路面測點彎沉與彎沉盆。可通過錘重和高度變化來調整荷載大小。

3 對比分析

在技術和使用方面，FWD具有更多優越性，且應用范圍更廣。但長期以來，我國公路路基路面彎沉檢測中多采用貝克曼梁。為了驗證FWD的應用效果，本文決定通過具體案例，對貝克曼梁法和FWD進行對比分析。

試驗方法為：先采用貝克曼梁彎沉儀進行檢測，隨后采用FWD測試，要求以測點為圓心畫出半徑為150 mm的圓，保證FWD加載盤對準圓，在允許范圍內合理控制偏差，并按50 kN對所有測點進行3次落錘測定，記錄有效落錘數據。基于FWD精確度可達到0.001 mm，而貝克曼梁彎沉儀精確度僅為0.01 m，為保證結果的可比性，決定均按0.01 mm進行分析。

3.1 水泥穩定層的彎沉對比試驗分析

作為最接近路面面層的半剛性過渡層，水泥穩定層通常都選用商品灰土。在機械攤鋪施工后，可以很好控制原料的均勻性和攤鋪后的平整度。本次選取3段路進行對比分析，即K0+220～K0+620段、K0+340～K0+740段、K0+100～K0+500段。以20 m為間距設置測點，每一種方法每段路都選取20個測點，共120個測點。所得比對結果相關性分析如表1所示。

由此可見，FWD和BB在3路段的比對結果具有良好的相關性，且相關系數R均可滿足相關規定要求(R2≥0.902 5)。在工程水穩層彎沉質量評定中，可采用FWD替換BB進行檢測。

3.2 瀝青面層的彎沉對比試驗分析

同樣選擇3路段進行比對分析，路段分別為K3+240～K3+640段、K4+240～K4+640段、K5+200～K5+600段。以20 m為間距設置測點，每種方法每一個路段均取樣20點，共設120個測點。比對結果和相關關系如表2所示。

表1 FWD和BB水穩層比對結果相關性分析

表2 FWD和BB瀝青面層比對結果相關性分析

由此可見，在3個不同路段，FWD和BB的比對結果具有極強相關性，相關系數R符合相關規定要求(R2≥0.902 5)。在工程瀝青面層彎沉質量評定中，可采用FWD替換BB進行檢測。

4 結語

彎沉是公路建設質量控制過程中十分重要的指標，當前多采用回彈彎沉值來反映路基路面的承載力情況，回彈彎沉值越小，則承載力越大，兩者呈反比關系。在我國公路建設中，回彈彎沉值應用較廣，不僅是衡量路面結構設計的關鍵性指標，還是控制施工質量的重要數據支持。為此，必須根據工程建設實際情況，合理選擇回彈彎沉檢測方法，無論是貝克曼梁彎沉檢測法，還是FWD檢測法，均可達到良好的應用效果。相比之下，FWD檢測精度更高、速度更快，更能滿足公路工程檢測需求。