公路回彈彎沉測試方法及影響因素研究

曾俐豪 廣西交科集團有限公司技術員

路基作為路面結構的基礎，其整體強度和剛度將影響整個路面結構的使用壽命和路用性能[1]，做好公路工程中的路基檢測工作十分重要。回彈彎沉作為反映路基整體承載能力的評估指標，可用于衡量路面的整體抗壓強度，評定路面結構質量和使用性能[2]。目前，常見的公路彎沉檢測方法有很多，但也存在一些缺點。因此，針對路基彎沉的影響因素進行研究，并根據實際情況選擇合適的檢測方法，獲取更有價值的數據。

1 工程概況

某高速公路工程位于南方山區，地形復雜，降雨豐富。該高速公路的全線長25.435km，設計速度為80 km/h，路基寬度為24.5 m。

2 彎沉檢測方法

路面彎沉檢測可分為靜態彎沉檢測和動態彎沉檢測。靜態彎沉檢測包括貝克曼梁法和自動彎沉儀，動態彎沉檢測包括落錘彎沉儀（FWD）和激光多普勒彎沉儀。

2.1 靜態彎沉檢測

2.1.1 貝克曼梁法

貝克曼梁法是一種常見的靜態彎沉檢測方法，在世界各國都得到了廣泛應用。其由貝克曼梁、百分表和表架組成，測試過程中貝克曼梁端頭穿過后軸雙輪輪隙，將百分表置于貝克曼梁的另一端，利用標準軸載汽車對路面進行加載，車輛經過端頭時，讀取百分表的最大值，車輛駛過后再次讀取百分表數值，兩次讀取數值之差的兩倍即為測得的回彈彎沉值[2]。貝克曼梁法操作簡單，但多應用于低等級公路或舊路評價檢測，因為其在檢測過程中必須封閉交通，受人為因素影響較大。

2.1.2 自動彎沉儀

自動彎沉儀的測試原理與貝克曼梁法相同，包括測試車、測量機構和數據采集處理系統，彎沉測定梁連接在測試車前后軸之間的底盤上，檢測時彎沉測定梁必須支撐在地面上。測試車從測量機構經過時，可通過位移傳感器記錄彎沉值，然后彎沉測定梁以兩倍車速移向下一檢測位置，調整到彎沉測定梁支撐地面狀態后測量下一測試位置彎沉[2]。自動彎沉儀可實現連續測量，并通過數據采集處理系統自動記錄測定結果。但目前情況下，受外界環境因素的影響較大，仍有待改進。

2.2 動態彎沉檢測

2.2.1 落錘彎沉儀 （FWD）

動態彎沉檢測設備的最典型檢測方法為落錘彎沉儀（FWD），落錘式彎沉儀通過計算機操縱液壓裝置將荷載塊提升至一定高度后釋放，利用傳感器測量路面產生的瞬時變形，轉變成電信號后通過采集系統傳輸給PC 機，即可獲得動態彎沉及彎沉盆的相關數據。落錘彎沉儀可分為兩種類型：一種是牽引式落錘彎沉儀，主要由牽引車、荷載系統、彎沉檢測系統組成；另一種是內置式落錘彎沉儀，整個測試裝置都安裝在測試車內，全部測試工作都在車內完成。

2.2.2 激光多普勒彎沉儀

激光多普勒彎沉儀由檢測車、激光多普勒彎沉傳感器和數據分析系統組成，用于檢測車行駛過程中激光多普勒彎沉傳感器檢測出地面在荷載作用下的垂直方向下沉的速度，傳輸至數據分析系統后計算最大彎沉和彎沉盆數據[3]。檢測車速度在80 km/h 左右時仍能精準測量出彎沉值，且不影響正常交通，但因其價格昂貴等原因尚未得到推廣。

2.3 動靜態彎沉對比分析

本文在不同公路結構層對貝克曼梁法和落錘彎沉儀法進行對比分析。由于落錘彎沉儀的精度為0.001 mm，貝克曼彎沉法的測試精度為0.01 mm，為保證對比的有效性，統一精度為0.01 mm 進行分析。由表1、表2 可知，無論在路基頂層還是水泥穩定層，貝克曼梁法和落錘彎沉儀法的彎沉檢測結果具有良好的相關性（R2≥0.902 5），表明在路基和水穩層彎沉檢測中，貝克曼梁法和落錘彎沉儀法的檢測結果無明顯差別，可替換使用。

表1 路基頂層的檢測結果

表2 水泥穩定層的的檢測結果

3 路基彎沉的影響因素

3.1 壓實度對路基彎沉的影響

壓實度是影響路基彎沉指標的因素之一，壓實度是否滿足要求，反映了路基彎沉能否達到工程要求。采用灌砂法檢測壓實度，采用貝克曼梁法檢測彎沉，壓實度和彎沉值的檢測結果如表3 所示。

表3 壓實度和彎沉值的檢測結果

從表3 可以看出，隨著壓實度增加，路基彎沉值總體呈減小趨勢。路基土充分壓實后達到密實狀態，強度相對提高，則彎沉相應降低，因此為保證路基承載力滿足工程要求，應盡可能提高壓實度。

3.2 含水率對路基彎沉的影響

由上文結論可知，壓實度對路基彎沉值的影響較大，而含水率會直接影響壓實效果，因此研究含水量對路基彎沉的影響具有重要的意義[4]。本文對合同段內路基土機械能進行液塑限試驗和彎沉檢測，檢測結果如表4 所示。

表4 含水量和彎沉檢測結果

從表4 看出，隨著含水率增加，彎沉值呈先減小后增大的趨勢，在最佳含水率附近路基彎沉達到最小值。相關研究表明，在最佳含水率下進行壓實效果最佳，此時路基的強度滿足要求且路基彎沉最小[5]。因此在路基路面施工過程中，合理控制含水率有利于降低路基彎沉。

3.3 CBR對路基彎沉的影響

CBR 值可用于評價路基填料強度，與彎沉值存在一定的對應關系，不同CBR 值對應的彎沉值如表5 所示。

表5 壓實度、CBR值和彎沉

由以上數據可知，在壓實度相同的情況下，CBR 值越大彎沉值越小。路基填料不同會導致路基彎沉發生變化，因此CBR值對路基彎沉具有一定的影響[6]。

4 結語

檢測結果表明，壓實度、含水率、CBR值對路基彎沉的影響較大，在施工過程中應充分考慮3 種因素的影響。貝克曼梁法和落錘彎沉儀法的檢測結果無明顯差別，可替換使用，但落錘彎沉儀法的檢測精度更高且檢測速度較快，應根據工程實際選擇檢測方法。