城市道路路基快速無損檢測方法

唐永生 閆彬彬

（邯鄲市市政工程公司，河北 邯鄲 056002）

在整個道路結構中，路基具有十分重要的地位。道路使用壽命長短和運行狀況在很大程度上都與路基有關[1]。因此，城市道路路基必須要進行定期檢測、維護和保養。道路路基狀態與很多因素有關，因此對道路路基進行檢測的方法和設備也有所差異[2]。從現有的技術情況來看，對路基進行檢測的方法普遍表現出的不足包括操作不方便、檢測效率低、檢測速度慢以及對路面或路基本身有一定程度的損害[3]。可見，大多數檢測方法都存在一定的局限性，在路基檢測效率日益提高的今天已經無法適用。基于上述分析，城市道路路基檢測方法的設計要注意2個問題，一是檢測效率問題，二是對路面和路基的有效保護，所以行業內需要的是快速的、無損害的檢測方法。據此，該文從表證路基質量的關鍵參數出發，提出了一種快速無損的路基檢測方法。

1 基于回彈模量的快速無損檢測方法

城市道路路基質量的表征參數很多，如應力、變形和沉降等。其中沉降是最常見的表征參數。在相當多的場合下，如果能準確測得路基的沉降值，就可以判斷出路基質量。因此，該文從路基沉降的角度出發，進一步推演出通過回彈模量完成路基質量檢測的快速無損方法。

城市道路路基的受力和沉降情況如圖1所示。

從圖1可以推導出城市道路路基的受力和沉降之間的關系，如公式（1）所示。

圖1 城市道路路基的受力和沉降情況

式中：Ep為城市道路路基的回彈模量；p為路面以下承載導致的應力；δ為承載范圍的半徑大小；μ為泊松系數；l為路基產生的沉降。

由此可見，如果能測得回彈模量Ep，就可以得到道路路基的沉降數值，進而實現對道路路基的質量檢測。

回彈模量Ep可以通過其與道路路基材質的正常彈性模量之間的數學關系映射得到，這里可以選擇的映射一共有4種，分別是回彈模量-彈性模量之間關系的線性模型、回彈模量-彈性模量之間關系的指數模型、回彈模量-彈性模量之間關系的對數模型以及回彈模量-彈性模量之間關系的冪模型。其中，回彈模量-彈性模量之間關系的線性模型的數學形式如公式（2）所示。

式中：Ep為直接反映路基沉降的回彈模量；Ed為路基材質的正常彈性模量；R2為關聯程度。

從公式（2）可以看出，回彈模量和彈性模量表現為線性關系，線性系數為1.071。

回彈模量-彈性模量之間關系的指數模型的數學形式如公式（3）所示。

式中：Ep為直接反映路基沉降的回彈模量；Ed為路基材質的正常彈性模量；R2為關聯程度。

從公式（3）可以看出，回彈模量和彈性模量表現為自然底數的指數關系。

回彈模量-彈性模量之間關系的對數模型的數學形式如公式（4）所示。

式中：Ep為直接反映路基沉降的回彈模量；Ed為路基材質的正常彈性模量；R2為關聯程度。

從公式（4）可以看出，回彈模量和彈性模量表現為自然底數的對數關系。

回彈模量-彈性模量之間關系的冪模型的數學形式如公式（5）所示。

式中：Ep為直接反映路基沉降的回彈模量；Ed為路基材質的正常彈性模量；R2為關聯程度。

從公式（5）可以看出，回彈模量和彈性模量表現為冪關系。

從4組模型的對比可以看出，冪模型的關聯程度達到了0.784，高于其他3組模型。因此，該文選擇冪模型作為城市道路路基快速無損檢測的測量和計算模型。

2 粉砂土質的城市道路路基檢測試驗

為了驗證該文提出的基于回彈模量和彈性模量冪模型的道路路基質量快速檢測方法的有效性，先對粉砂土質的道路路基進行檢測試驗。粉砂土質是城市環境中常見的土質結構，主要通過干密度和土中含水量來判斷其土質特性。在路基施工的過程中要分層均勻碾壓，才能提升路基壓實度和路基質量。此處的試驗過程是每壓實一層，就按照該文的方法進行路基回彈模量的快速檢測，進而對路基施工質量進行評判。

試驗過程中，對每層土質選擇4個測量點，每層土質均勻鋪蓋后，分別執行5次壓實，每壓實一次測定一次土質的彈性模量。

2.1 第一層土質進行壓實處理和彈性模量測量

據此，可以繪制出道路路基第一層土質壓實過程中壓實次數和回彈模量之間的關系曲線，如圖2所示。

量之間的關系

從圖2可以看出，在第一層土質的第一次壓實之后，4個測量點的彈性模量在22 MPa～28 MPa變化；經過第二次壓實以后，4個測量點的彈性模量在54 MPa～60 MPa變化；經過第三次壓實以后，4個測量點的彈性模量在72 MPa～78 MPa變化；經過第四次壓實以后，4個測量點的彈性模量在78 MPa～85 MPa變化；經過第四次壓實以后，4個測量點的彈性模量在78 MPa～85 MPa變化。從圖2中的曲線可以看出，隨著壓實次數的增加，粉砂土質的路基第一層回彈模量不斷增加，前3次壓實處理的增加幅度十分明顯，到第4次和第5次壓實，路基第一層回彈模量則趨于穩定，表明路基已經得到充分壓實。

圖2 第一層粉砂土質壓實過程中壓實次數和回彈模量之間的關系

2.2 第五層土質進行壓實處理和彈性模量測量

第五層土質是粉砂路基的最后一層土質鋪設，仍然按照第一層土質的操作和測量方法得到第五層粉砂土質壓實過程中壓實次數和回彈模量之間的關系，如圖3所示。

圖3 第五層粉砂土質壓實過程中壓實次數和回彈模量之間的關系

從圖3中的曲線可以看出，隨著壓實次數的增加，粉砂土質的路基第一層回彈模量不斷增加，前3次壓實處理的增加幅度十分明顯，到第4次和第5次壓實，路基第一層回彈模量則趨于穩定。和第一層的壓實操作相比，粉砂土質路基的回彈模量已經達到了比較高的水平，表明路基得到了充分壓實。

3 水泥土質的城市道路路基檢測試驗

在某些降雨量多的城市，水泥土質也是非常常見的情況。因此接下來對水泥土質的道路路基進檢測試驗。在路基施工的過程中要分層均勻碾壓，才能提升路基壓實度和路基質量。此處的試驗過程是每壓實一層，就按照該文的方法進行路基回彈模量的快速檢測，進而對路基施工質量進行評判。

試驗過程中，對每層土質選擇4個測量點，每層土質均勻鋪蓋后，分別執行5次壓實，每壓實一次測定一次土質的彈性模量。和粉砂土質相比，水泥土質路基的層數要多寫，該文選擇了七層。

3.1 第一層土質進行壓實處理和彈性模量測量

根據試驗結果可以繪制出道路路基第一層土質壓實過程中壓實次數和回彈模量之間的關系曲線，如圖4所示。

圖4 第一層水泥土質壓實過程中壓實次數和回彈模量之間的關系

從圖4可以看出，在第一層土質的第一次壓實之后，4個測量點的彈性模量在58 MPa～63 MPa變化；經過第二次壓實以后，4個測量點的彈性模量在88 MPa～100 MPa變化；經過第三次壓實以后，4個測量點的彈性模量在104 MPa～118 MPa變化；經過第四次壓實以后，4個測量點的彈性模量在113 MPa～120 MPa變化；經過第四次壓實以后，4個測量點的彈性模量在113 MPa～123 MPa變化。從圖4中的曲線可以看出，隨著壓實次數的增加，水泥土質的路基第一層回彈模量不斷增加，前3次壓實處理的增加幅度十分明顯，到第4次和第5次壓實，路基第一層回彈模量已經相當穩定，表明路基已經得到充分壓實。

3.2 第七層土質進行壓實處理和彈性模量測量

第七層土質是水泥路基的最后一層土質鋪設，仍然按照第一層土質的操作和測量方法得到第七層水泥土質壓實過程中壓實次數和回彈模量之間的關系，如圖5所示。

圖5 第七層水泥土質壓實過程中壓實次數和回彈模量之間的關系

從圖5中的曲線可以看出，隨著壓實次數的增加，水泥土質的路基第一層回彈模量不斷增加，前3次壓實處理的增加幅度十分明顯，到第4次和第5次壓實，路基第一層回彈模量則趨于穩定。和第一層的壓實操作相比，水泥土質路基的回彈模量的數值范圍基本相當，這一點是與粉砂土質路基的不同之處。

4 結論

城市道路路基是城市交通系統的重要支撐和有力保障。為了確保城市道路路基的安全運營和施工質量，該文提出了一種快速無損檢測方法。這種方法首先在路基沉降和路基材質回彈模量之間建立了關系，其次分別對比了線性關系模型、指數關系模型、對數關系模型和冪關系模型，最終確定了以冪模型通過正常彈性模量快速計算回彈模量的方法。試驗過程中，分別以粉砂材質的路基和水泥材質的路基為試驗對象，進行了壓實次數和回彈模量之間關系的測量。試驗結果表明，該文方法可以快速有效地完成道路路基質量的檢測。