高速公路特殊土路基回弹模量现场快速检测研究

马超

摘 要：作为公路路面设计的重要参数，路基回弹模量受多种因素制约，如土质、含水量等，确定其数值难度较大，进而给设计、施工带来了诸多不确定因素。对于公路总体质量而言，路基施工质量不佳将加重公路病害情况，因此准确评价及测试路基质量极为关键。本文以某工程实例为研究对象，选取其中碎石土、红砂岩等特殊土路基进行便携式落锤弯沉仪（PFWD）现场检测，以此分析路基回弹模量，为工程施工提供可靠依据。

关键词：高速公路；特殊土路基；回弹模量

中图分类号：U416 文献标志码：A

随着我国国民经济的快速发展，高等级公路发展速度越来越快，此类公路路基普遍选用重型击实标准，这种情况下，高等级公路实际情况根本无法通过现行路面设计规范内选用的路基回弹模量参数充分反映出来。相比现行设计规范路基回弹模量推荐值，实际工程回弹模量实测值往往较大，进而产生一定浪费。根据施工现场条件及经济，路基施工必须选取周边特殊土作为路基填料，如本工程红砂岩、碎石土等。当前针对特殊土研究较少，规范中并没有明确指出特殊土路基回弹模量的推荐值，因此路基填料选用特殊土时，将大大增加设计及施工难度。为此，必须对比分析现行路基回弹模量测试方法，对其优缺点充分考虑，合理选用检测技术，这对研究路基回弹模量快速检测方法意义重大。

1 PFWD的基本原理

回弹模量是指在荷载作用下，路基等产生的应力和其相应的回弹应变比值。路基回弹模量能够在弹性变形环节充分反映土基在垂直荷载作用下，对竖向变形的抵抗能力。当垂直荷载为定值时，路基回弹模量值增加，出现的垂直位移则会降低。当竖向位移为定值时，回弹模量值增加，路基承受外荷载的能力就会随之增大。为此，在道路设计时，往往选用回弹模量作为路基抗压强度指标。在路基回弹模量检测中，往往选用PFWD进行检测。

PFWD是便携式落锤弯沉仪的简称，作为一种动力承载能力试验检测设备，PFWD是在落锤弯沉仪（FWD）基础上发展而来，是一种新的动力模量快速检测无损检测设备，该设备不仅能进行路基承载力的确定，还能取得路基动弹性模量。其基本原理为向一定高度提升10kg落锤，随后自由下落，落锤对路基表面安放的承载板进行冲击，进而产生一定冲击荷载，此时承载板和路基之间将出现竖向位移现象。荷载及位移情况可通过压力传感器、位移传感器分别记录，以此按照压力、位移峰值进行路基回弹模量的确定。

2 路基回弹模量的影响

近年来，随着社会经济的快速发展，我国公路工程行业也得到了极大的发展。路基回弹模量作为公路压实度检测的重要方法之一，因其精确度高、操作方便等特点得到了广泛应用。相比其他检测技术，路基回弹模量对路表弯沉、路基压应变及沥青路面厚度等影响较大，具体影响情况如下：

2.1 路基回弹模量对路表弯沉的影响

经试验证明，路基回弹模量对路表弯沉影响较大。在不断增加路基回弹模量时，路表弯沉值却在逐步降低。当路基回弹模量取值较小的情况下，路表弯沉值在路基回弹模量值改变时，才会具有较大的变化，但在路基回弹模量达到一定程度后，即便增加路基回弹模量，路表弯沉却基本不会发生变化。假设：路基回弹模量由30MPa增至70MPa，则路表弯沉值降低幅度基本为52%左右，但路基回弹模量在70MPa以上时，路表弯沉值变化则不在显著。

2.2 路基回弹模量对路基压应变的影响

对于路基压应变来说，路基回弹模量增大影响较大，尤其是路基回弹模量值取值较小时，在不断增加路基回弹模量时，路基压应变具有较大变化。如1200MPa为沥青面层模量，1500MPa为基层模量，550MPa为底基层模量。如路基回弹模量为30MPa，则路基压应变为0.899×10-3，；如路基回弹模量为90MPa，则路基压应变为0.422×10-3，在不断增加路基回弹模量的同时，路基压应变将下降53.1%左右。此外，于路基压应变而言，影响最大的为底基层模量。当路基回弹模量值相同时，不断增加底基层模量、基层模量及面层模量，路基压应变都会大幅下降，但底基层模量增加时路基压应变降低幅度最大。

2.3 路基回弹模量对沥青路面厚度的影响

伴随路基回弹模量的持续增加，水泥稳定碎石层结构设计厚度却呈现出降低的趋势。当模量较小的情况下，不断增加模量值，结构层设计厚度降低幅度较为显著，当模量值增加到相应值后，降低幅度会随之变小。也就是说，增大路基强度可实现结构层厚度的降低，根据相关研究表明，一般在40MPa以上控制路基回弹模量。

3 红砂岩路基回弹模量快速检测分析

自改革开放以后，我国公路工程建设规模越来越大。特在殊路基施工中，为保证工程质量，必须合理地选择路基材料，如沿线开挖存在大量红砂岩，而选用其他材料用于路基填筑，不仅会增加成本，还会因弃土、借土场难觅，造成环境污染等现象。为此，不得不选用红砂岩用于路基施工。红砂岩的典型结构形式分为两类：粒狀碎屑结构、泥状胶结结构，由于胶结物质及风化程度不同，其强度也具有较大变化。为此，其物理力学性能也会随之改变，基于此，必须结合具体案例，对红砂岩路基回弹模量进行检测，以此保证工程质量。

3.1 路基概况

针对某高速公路工程选取典型路段岩样进行探讨，以3组为例，具体结果见表1。由试验可得，28.2%为其液限，20.9%为其塑限。经击实试验可得，2.14g/cm?为其最大干密度，8.84%为其最佳含水量。

由表1可见，红砂岩遇水膨胀、变软、风化的重要因素是因为其内存有黏土矿物，即膨润土。针对红砂3种状态下分别实施单轴抗压强度试验，其中饱水状态下9.5MPa为其单轴抗压强度平均值；自然状态下16.3MPa为其单轴抗压强度平均值；干燥状态下38.0MPa为其单轴抗压强度平均值。随着含水率的不断增多，红砂岩强度持续下降，且具有较大的下降幅度。相对于自然状态下的红砂岩单轴抗压强度，干燥状态下为其2.5倍左右，饱水状态下为其60%左右，由此可见，红砂岩作为路基填料并不理想，因此必须做好压实度控制工作。

3.2 红砂岩回弹模量PFWD现场快速检测

本文选取高速公路段K54+670～K54+760通过PFWD检测该路段路基回弹模量。因施工场地内路基压实度较差，存在不均匀性，同时因检测条件制约，导致本路段存在5个检测数据的异常点，分别为左幅K54+690、K54+750及右幅K54+690、K54+720、K54+740，要求去除这5个异常检测数据，随后可获取路基回弹模量相关指标，最小值、最大值、平均值及均方差分别为21.7、71.3、40.1、13.76。當填土路基选用红砂岩时，受含水量等因素影响，土质自身稳定性较差，为此，必须考虑一定安全富余，按照现场检测可选用32MPa～543MPa作为红砂岩回弹模量取值范围。

4 碎石土路基回弹模量快速检测

4.1 路基概况

作为一种通过粗细颗粒构成的材料，碎石土通常是利用开挖、爆破山体得来的，目前在山区公路修筑中应用较多。本文以K55+010～K55+100段土样进行筛分试验，结果见表2。其中石类碎石土较多，土石比为3∶7。

在路基工程施工中碎石土填料能够得以广泛应用，主要原因在于其优点较为显著，包括高强度、低沉降、施工便捷及经济性好等。但因土石混合料不具备连续性级配，地质条件对其强度影响过大，常常出现压实控制难度大等问题，甚至损害路基。为此，必须重视碎石土路基压实问题。

4.2 碎石土回弹模量PFWD现场快速检测

本文碎石土检测试验点选为K55+010～K55+100段，利用PFWD检测碎石土路基回弹模量。根据试验可得，因施工场地内土质及检测条件等因素影响，在左幅K55+090段存有异常检测数据，应及时去除该数据，由此获取碎石土模量相关指标，其最小值、最大值、平均值及均方差分别为107.1、175.4、138.7、19.3。在考虑一定安全富余的情况下，要求碎石土路基回弹模量取值范围为126MPa～172MPa。

结语

综上所述，当前我国针对特殊土路基回弹模量研究较少，笔者结合自身工作经验，仅通过PFWD对红砂岩、碎石土两种特殊土路基回弹模量进行简单的分析，由此可见，于沥青路面结构来说，路基回弹模量影响较大，在不断提升路基回弹模量的同时，路面结构性能也会随之增强。为更好地提升工程质量，还需更深入地研究。

参考文献

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