路基工程回彈模量檢測方法的對比分析

汪一波

（貴州省交通科學(xué)研究院股份有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

路基是路面的支撐結(jié)構(gòu)。為保證路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，路基結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工需滿足整體穩(wěn)定性要求。在我國道路設(shè)計、施工和路用性能評價中廣泛采用回彈模量來反映路基抗變形的能力。因此，研究路基回彈模量檢測技術(shù)對確保道路施工質(zhì)量意義重大[1]。工程實踐中常用的檢測方法包括現(xiàn)場承載板法、動態(tài)圓錐貫入儀法、貝克曼梁法（BB）、落錘式彎沉儀法（FWD）等，不同方法的適用范圍、檢測效率不同[1-3]。以落錘式彎沉儀法（FWD）法為例，其檢測結(jié)果更符合實際路面情況，但與傳統(tǒng)檢測方法之間銜接不緊密，使得檢測結(jié)果明顯偏離[4]。該研究以碎石土路基、黃土路基為研究對象，研究上述檢測方法之間的相關(guān)性，以更好地控制路基施工質(zhì)量。

1 路基回彈模量影響因素分析

壓實度、含水量、地質(zhì)條件是影響路基回彈模量的主要因素，其中地質(zhì)條件重點考慮土體組份、液塑限[5]。

（1）地質(zhì)條件：土體的主要成分是粒徑非常不均勻的土壤顆粒。不同粒徑的土壤顆粒的相對含量是評價地質(zhì)條件的關(guān)鍵指標。土壤顆粒按粒徑大小分為巨粒顆粒、粗粒顆粒、細粒顆粒，粒徑劃分為60 mm、0.074 mm。天然土體是大小不同的土壤顆粒的混合物，土體中不同粒徑的顆粒的相對含量決定其地質(zhì)特性。級配合理的土體更容易獲得理想的壓實度，具有更高的彈性模量。

（2）壓實度：路基土體壓實是路基工程施工中的重要工序，也是提高路基結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性的有效手段。地質(zhì)條件、含水量不變的前提下，路基回彈模量與土體壓實度成正比，壓實度越低，路基土體的承載力越低，路基結(jié)構(gòu)強度越低，彈性模量也越低。

（3）含水量：地質(zhì)條件、壓實度不變的前提下，路基回彈模量與含水量直接相關(guān)。如水分含量很低，路基回彈模量與含水量成正比。如含水量超過一定數(shù)值，路基回彈模量與含水量成反比。不同類型土體的最佳含水量數(shù)值不同，相應(yīng)的路基回彈模量與含水量的關(guān)系也有差異。

2 路基回彈模量檢測方法

路基施工階段，需要對路基的回彈模量進行檢測，借此了解路基的強度、變形能力，通過這一控制指標的檢測，能充分掌控路基填筑的質(zhì)量水平。

（1）貝克曼梁法：該方法是相關(guān)技術(shù)規(guī)范中規(guī)定的一種靜態(tài)檢測方法，因為該檢測方法用途廣泛，操作方便，能更好地表征各種路基的整體結(jié)構(gòu)強度，通過百分表的讀數(shù)差衡量豎向變形量，即回彈彎沉值，再按照相關(guān)計算公式求得回彈模量。但由于車速和輪胎壓力等因素的影響，貝克曼梁法的檢測結(jié)果可能出現(xiàn)較大誤差[6]。

（2）現(xiàn)場承載板法：該檢測方法類似于貝克曼梁法。卸除荷載后通過貝克曼梁法測得回彈變形量。在現(xiàn)場測量路基回彈模量時可用剛性承載板，對其施加0.04 MPa的遞增載荷，然后卸除荷載，1 min 后讀取測量值。當回彈變形量超過1 mm 時停止加載。該方法原理簡單，但操作煩瑣，效率低，容易受人為因素影響。

（3）落錘式彎沉儀法（FWD）：該方法的基本原理是通過壓力傳感器、位移傳感器記錄相關(guān)數(shù)據(jù)并計算動態(tài)回彈模量，檢測效率高，可做到無損檢測。檢測時需及時修正偏差，并考慮路基壓實度和環(huán)境溫度等因素的影響[7]。

（4）動態(tài)圓錐貫入儀法：通過確定軸承系數(shù)、回彈模量和加州承載比CBR 沖擊時間之間的關(guān)系檢驗路基壓實質(zhì)量，檢測效率高。貫入單位深度需要的錘擊數(shù)越多，壓實效果越好。工程實踐中廣泛使用錐角為60°的動態(tài)圓錐貫入儀，需測量的參數(shù)主要包括貫入度、加州承載比和回彈模量。

3 路基回彈模量試驗方案

3.1 試驗用原材料

（1）碎石土。對比細粒土，碎石土的應(yīng)用范圍更加廣泛，且強度更高、變形量更小。該試驗科學(xué)選取土樣，土體中碎石占比70%，表1 所示為其級配組成情況，試驗證實該路基填筑材料具有良好的級配，是路基填筑中較為適宜的土質(zhì)。

表1 碎石土篩分試驗結(jié)果

（2）黃土。該試驗所需的黃土源自相關(guān)高速項目施工現(xiàn)場獲取，表2 所示為其技術(shù)指標。

表2 黃土的技術(shù)指標

3.2 試驗方法

（1）碎石土路基。科學(xué)選擇測點，借助3 種檢測方法，在施工現(xiàn)場檢測碎石路基的回彈模量，隨后分析檢測結(jié)果，對每種檢測方法構(gòu)建回歸模型，計算統(tǒng)計各數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性[8]。

（2）黃土路基。科學(xué)選擇測點，借助3 種檢測方法現(xiàn)場檢測黃土路基的回彈模量，隨后現(xiàn)場分析檢測結(jié)果，最終分別構(gòu)建回歸模型，計算統(tǒng)計各數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性。

4 試驗結(jié)果分析

4.1 碎石土路基回彈模量

現(xiàn)場檢測結(jié)果：使用3 種檢測方法，對碎石土路基回彈模量進行現(xiàn)場檢測，表3 和圖1 所示為具體的檢測結(jié)果。

表3 碎石土路基回彈模量檢測結(jié)果

圖1 采用不同檢測方法時碎石土路基回彈模量

經(jīng)過分析圖1 和表3 中的數(shù)據(jù)，得出如下結(jié)論：

（1）三種測定回彈模量的方法中，承載板法測得的結(jié)果最大。

（2）分析三種檢測方法的檢測結(jié)果，其具有相似的變化趨勢，表示其相關(guān)性較好。

4.2 碎石土路基回彈模量相關(guān)性分析

通過使用對數(shù)、線性、指數(shù)回歸模型分析檢測點E1、EP的相關(guān)性，表4 所示為具體分析結(jié)果。通過分析表4 所載明的數(shù)據(jù)可知：

表4 碎石土路基E1 和EP 的相關(guān)性

（1）通過對數(shù)回歸模型，可以更好地反映碎石土路E1和EP之間的關(guān)系，同時這種分析方式獲得關(guān)系最好，最佳相關(guān)系數(shù)是0.796，次之為線性回歸模型。

（2）從整體上看，3 種方式相關(guān)系數(shù)大于0.682，表示上述3 種檢測方法的轉(zhuǎn)換關(guān)系較為良好。

分析貝克曼梁法獲取的彎沉L 與E0和EP使用對數(shù)、線性、指數(shù)回歸模型，得到對應(yīng)的結(jié)果，見表5。

表5 碎石土路基彎沉L 與回彈模量E 的相關(guān)性

通過表5 數(shù)據(jù)可知：

（1）碎石土路基彎沉L 與E0和EP相關(guān)性良好，其相關(guān)系數(shù)均超過0.853；線性回歸模型獲得最好的相關(guān)性，指數(shù)模型次之。

（2）從整體上看，L 與EP相關(guān)性最大，表示承載板法獲取的精確度不及FWD 法。

4.3 黃土路基回彈模量

該文研究表面利用落錘式彎沉儀法（FWD），測得的回彈模量與落錘下落高度成反比[9]。結(jié)合路基工程施工現(xiàn)場情況，采用70 cm 的落錘下落高度。利用FWD 法、現(xiàn)場承載板法分別測量黃土路基的回彈模量[10]，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 采用不同檢測方法時黃土路基回彈模量

從圖2 可以得出以下幾點結(jié)論：

（1）兩種方法測定的黃土路基回彈模量變化情況類似，表明二者相關(guān)性強，能相互轉(zhuǎn)換，采用不同檢測方法時，黃土路基回彈模量變化如圖3 所示，F(xiàn)WD 法測定的回彈模量更大。

圖3 采用不同檢測方法時黃土路基回彈模量變化

（2）根據(jù)圖3 可以看出兩種檢測方法測定的黃土路基回彈模量線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.837 2。

（3）FWD 法、動態(tài)圓錐貫入儀法的相關(guān)性研究：選取貫入深度0.4 m。FWD 法測得的路基彎沉值、動態(tài)圓錐貫入儀法測定的貫入度之間的相關(guān)性分析結(jié)果見表6。

表6 黃土路基彎沉值與貫入度的相關(guān)性

（4）根據(jù)表6 可以看出：黃土路基彎沉值、貫入度具有強相關(guān)性，線性、拋物線回歸模型相關(guān)系數(shù)接近，可用線性、拋物線回歸方程表征二者的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

5 結(jié)論

綜上所述，該次研究采用三種檢測方法對碎石土、黃土路基回彈模量分別進行檢測，主要結(jié)論如下：

（1）FWD 法檢測碎石土路基回彈模量與貝克曼梁法、現(xiàn)場承載板法測得的回彈模量變化類似，相關(guān)性顯著，其中FWD 法、貝克曼梁法測得的回彈模量之間的相關(guān)性最好，相關(guān)系數(shù)0.797 7。

（2）對于黃土路基，現(xiàn)場承載板法、FWD 法測定的回彈模量可快速轉(zhuǎn)換；FWD 法得到的彎沉值、動態(tài)圓錐貫入儀法得到的貫入度，可用線性或拋物線回歸模型表征關(guān)系。

（3）FWD 法能全面客觀地衡量路基施工質(zhì)量。