公路回弹弯沉测试方法及影响因素研究
2021-07-23曾俐豪广西交科集团有限公司技术员
曾俐豪 广西交科集团有限公司技术员
路基作为路面结构的基础，其整体强度和刚度将影响整个路面结构的使用寿命和路用性能[1]，做好公路工程中的路基检测工作十分重要。回弹弯沉作为反映路基整体承载能力的评估指标，可用于衡量路面的整体抗压强度，评定路面结构质量和使用性能[2]。目前，常见的公路弯沉检测方法有很多，但也存在一些缺点。因此，针对路基弯沉的影响因素进行研究，并根据实际情况选择合适的检测方法，获取更有价值的数据。
1 工程概况
某高速公路工程位于南方山区，地形复杂，降雨丰富。该高速公路的全线长25.435km，设计速度为80 km/h，路基宽度为24.5 m。
2 弯沉检测方法
路面弯沉检测可分为静态弯沉检测和动态弯沉检测。静态弯沉检测包括贝克曼梁法和自动弯沉仪，动态弯沉检测包括落锤弯沉仪（FWD）和激光多普勒弯沉仪。
2.1 静态弯沉检测
2.1.1 贝克曼梁法
贝克曼梁法是一种常见的静态弯沉检测方法，在世界各国都得到了广泛应用。其由贝克曼梁、百分表和表架组成，测试过程中贝克曼梁端头穿过后轴双轮轮隙，将百分表置于贝克曼梁的另一端，利用标准轴载汽车对路面进行加载，车辆经过端头时，读取百分表的最大值，车辆驶过后再次读取百分表数值，两次读取数值之差的两倍即为测得的回弹弯沉值[2]。贝克曼梁法操作简单，但多应用于低等级公路或旧路评价检测，因为其在检测过程中必须封闭交通，受人为因素影响较大。
2.1.2 自动弯沉仪
自动弯沉仪的测试原理与贝克曼梁法相同，包括测试车、测量机构和数据采集处理系统，弯沉测定梁连接在测试车前后轴之间的底盘上，检测时弯沉测定梁必须支撑在地面上。测试车从测量机构经过时，可通过位移传感器记录弯沉值，然后弯沉测定梁以两倍车速移向下一检测位置，调整到弯沉测定梁支撑地面状态后测量下一测试位置弯沉[2]。自动弯沉仪可实现连续测量，并通过数据采集处理系统自动记录测定结果。但目前情况下，受外界环境因素的影响较大，仍有待改进。
2.2 动态弯沉检测
2.2.1 落锤弯沉仪 （FWD）
动态弯沉检测设备的最典型检测方法为落锤弯沉仪（FWD），落锤式弯沉仪通过计算机操纵液压装置将荷载块提升至一定高度后释放，利用传感器测量路面产生的瞬时变形，转变成电信号后通过采集系统传输给PC 机，即可获得动态弯沉及弯沉盆的相关数据。落锤弯沉仪可分为两种类型：一种是牵引式落锤弯沉仪，主要由牵引车、荷载系统、弯沉检测系统组成；另一种是内置式落锤弯沉仪，整个测试装置都安装在测试车内，全部测试工作都在车内完成。
2.2.2 激光多普勒弯沉仪
激光多普勒弯沉仪由检测车、激光多普勒弯沉传感器和数据分析系统组成，用于检测车行驶过程中激光多普勒弯沉传感器检测出地面在荷载作用下的垂直方向下沉的速度，传输至数据分析系统后计算最大弯沉和弯沉盆数据[3]。检测车速度在80 km/h 左右时仍能精准测量出弯沉值，且不影响正常交通，但因其价格昂贵等原因尚未得到推广。
2.3 动静态弯沉对比分析
本文在不同公路结构层对贝克曼梁法和落锤弯沉仪法进行对比分析。由于落锤弯沉仪的精度为0.001 mm，贝克曼弯沉法的测试精度为0.01 mm，为保证对比的有效性，统一精度为0.01 mm 进行分析。由表1、表2 可知，无论在路基顶层还是水泥稳定层，贝克曼梁法和落锤弯沉仪法的弯沉检测结果具有良好的相关性（R2≥0.902 5），表明在路基和水稳层弯沉检测中，贝克曼梁法和落锤弯沉仪法的检测结果无明显差别，可替换使用。
表1 路基顶层的检测结果
表2 水泥稳定层的的检测结果
3 路基弯沉的影响因素
3.1 压实度对路基弯沉的影响
压实度是影响路基弯沉指标的因素之一，压实度是否满足要求，反映了路基弯沉能否达到工程要求。采用灌砂法检测压实度，采用贝克曼梁法检测弯沉，压实度和弯沉值的检测结果如表3 所示。
表3 压实度和弯沉值的检测结果
从表3 可以看出，随着压实度增加，路基弯沉值总体呈减小趋势。路基土充分压实后达到密实状态，强度相对提高，则弯沉相应降低，因此为保证路基承载力满足工程要求，应尽可能提高压实度。
3.2 含水率对路基弯沉的影响
由上文结论可知，压实度对路基弯沉值的影响较大，而含水率会直接影响压实效果，因此研究含水量对路基弯沉的影响具有重要的意义[4]。本文对合同段内路基土机械能进行液塑限试验和弯沉检测，检测结果如表4 所示。
表4 含水量和弯沉检测结果
从表4 看出，随着含水率增加，弯沉值呈先减小后增大的趋势，在最佳含水率附近路基弯沉达到最小值。相关研究表明，在最佳含水率下进行压实效果最佳，此时路基的强度满足要求且路基弯沉最小[5]。因此在路基路面施工过程中，合理控制含水率有利于降低路基弯沉。
3.3 CBR对路基弯沉的影响
CBR 值可用于评价路基填料强度，与弯沉值存在一定的对应关系，不同CBR 值对应的弯沉值如表5 所示。
表5 压实度、CBR值和弯沉
由以上数据可知，在压实度相同的情况下，CBR 值越大弯沉值越小。路基填料不同会导致路基弯沉发生变化，因此CBR值对路基弯沉具有一定的影响[6]。
4 结语
检测结果表明，压实度、含水率、CBR值对路基弯沉的影响较大，在施工过程中应充分考虑3 种因素的影响。贝克曼梁法和落锤弯沉仪法的检测结果无明显差别，可替换使用，但落锤弯沉仪法的检测精度更高且检测速度较快，应根据工程实际选择检测方法。
