城市道路路基快速无损检测方法

唐永生 闫彬彬

（邯郸市市政工程公司，河北 邯郸 056002）

在整个道路结构中，路基具有十分重要的地位。道路使用寿命长短和运行状况在很大程度上都与路基有关[1]。因此，城市道路路基必须要进行定期检测、维护和保养。道路路基状态与很多因素有关，因此对道路路基进行检测的方法和设备也有所差异[2]。从现有的技术情况来看，对路基进行检测的方法普遍表现出的不足包括操作不方便、检测效率低、检测速度慢以及对路面或路基本身有一定程度的损害[3]。可见，大多数检测方法都存在一定的局限性，在路基检测效率日益提高的今天已经无法适用。基于上述分析，城市道路路基检测方法的设计要注意2个问题，一是检测效率问题，二是对路面和路基的有效保护，所以行业内需要的是快速的、无损害的检测方法。据此，该文从表证路基质量的关键参数出发，提出了一种快速无损的路基检测方法。

1 基于回弹模量的快速无损检测方法

城市道路路基质量的表征参数很多，如应力、变形和沉降等。其中沉降是最常见的表征参数。在相当多的场合下，如果能准确测得路基的沉降值，就可以判断出路基质量。因此，该文从路基沉降的角度出发，进一步推演出通过回弹模量完成路基质量检测的快速无损方法。

城市道路路基的受力和沉降情况如图1所示。

从图1可以推导出城市道路路基的受力和沉降之间的关系，如公式（1）所示。

图1 城市道路路基的受力和沉降情况

式中：Ep为城市道路路基的回弹模量；p为路面以下承载导致的应力；δ为承载范围的半径大小；μ为泊松系数；l为路基产生的沉降。

由此可见，如果能测得回弹模量Ep，就可以得到道路路基的沉降数值，进而实现对道路路基的质量检测。

回弹模量Ep可以通过其与道路路基材质的正常弹性模量之间的数学关系映射得到，这里可以选择的映射一共有4种，分别是回弹模量-弹性模量之间关系的线性模型、回弹模量-弹性模量之间关系的指数模型、回弹模量-弹性模量之间关系的对数模型以及回弹模量-弹性模量之间关系的幂模型。其中，回弹模量-弹性模量之间关系的线性模型的数学形式如公式（2）所示。

式中：Ep为直接反映路基沉降的回弹模量；Ed为路基材质的正常弹性模量；R2为关联程度。

从公式（2）可以看出，回弹模量和弹性模量表现为线性关系，线性系数为1.071。

回弹模量-弹性模量之间关系的指数模型的数学形式如公式（3）所示。

式中：Ep为直接反映路基沉降的回弹模量；Ed为路基材质的正常弹性模量；R2为关联程度。

从公式（3）可以看出，回弹模量和弹性模量表现为自然底数的指数关系。

回弹模量-弹性模量之间关系的对数模型的数学形式如公式（4）所示。

式中：Ep为直接反映路基沉降的回弹模量；Ed为路基材质的正常弹性模量；R2为关联程度。

从公式（4）可以看出，回弹模量和弹性模量表现为自然底数的对数关系。

回弹模量-弹性模量之间关系的幂模型的数学形式如公式（5）所示。

式中：Ep为直接反映路基沉降的回弹模量；Ed为路基材质的正常弹性模量；R2为关联程度。

从公式（5）可以看出，回弹模量和弹性模量表现为幂关系。

从4组模型的对比可以看出，幂模型的关联程度达到了0.784，高于其他3组模型。因此，该文选择幂模型作为城市道路路基快速无损检测的测量和计算模型。

2 粉砂土质的城市道路路基检测试验

为了验证该文提出的基于回弹模量和弹性模量幂模型的道路路基质量快速检测方法的有效性，先对粉砂土质的道路路基进行检测试验。粉砂土质是城市环境中常见的土质结构，主要通过干密度和土中含水量来判断其土质特性。在路基施工的过程中要分层均匀碾压，才能提升路基压实度和路基质量。此处的试验过程是每压实一层，就按照该文的方法进行路基回弹模量的快速检测，进而对路基施工质量进行评判。

试验过程中，对每层土质选择4个测量点，每层土质均匀铺盖后，分别执行5次压实，每压实一次测定一次土质的弹性模量。

2.1 第一层土质进行压实处理和弹性模量测量

据此，可以绘制出道路路基第一层土质压实过程中压实次数和回弹模量之间的关系曲线，如图2所示。

量之间的关系

从图2可以看出，在第一层土质的第一次压实之后，4个测量点的弹性模量在22 MPa～28 MPa变化；经过第二次压实以后，4个测量点的弹性模量在54 MPa～60 MPa变化；经过第三次压实以后，4个测量点的弹性模量在72 MPa～78 MPa变化；经过第四次压实以后，4个测量点的弹性模量在78 MPa～85 MPa变化；经过第四次压实以后，4个测量点的弹性模量在78 MPa～85 MPa变化。从图2中的曲线可以看出，随着压实次数的增加，粉砂土质的路基第一层回弹模量不断增加，前3次压实处理的增加幅度十分明显，到第4次和第5次压实，路基第一层回弹模量则趋于稳定，表明路基已经得到充分压实。

图2 第一层粉砂土质压实过程中压实次数和回弹模量之间的关系

2.2 第五层土质进行压实处理和弹性模量测量

第五层土质是粉砂路基的最后一层土质铺设，仍然按照第一层土质的操作和测量方法得到第五层粉砂土质压实过程中压实次数和回弹模量之间的关系，如图3所示。

图3 第五层粉砂土质压实过程中压实次数和回弹模量之间的关系

从图3中的曲线可以看出，随着压实次数的增加，粉砂土质的路基第一层回弹模量不断增加，前3次压实处理的增加幅度十分明显，到第4次和第5次压实，路基第一层回弹模量则趋于稳定。和第一层的压实操作相比，粉砂土质路基的回弹模量已经达到了比较高的水平，表明路基得到了充分压实。

3 水泥土质的城市道路路基检测试验

在某些降雨量多的城市，水泥土质也是非常常见的情况。因此接下来对水泥土质的道路路基进检测试验。在路基施工的过程中要分层均匀碾压，才能提升路基压实度和路基质量。此处的试验过程是每压实一层，就按照该文的方法进行路基回弹模量的快速检测，进而对路基施工质量进行评判。

试验过程中，对每层土质选择4个测量点，每层土质均匀铺盖后，分别执行5次压实，每压实一次测定一次土质的弹性模量。和粉砂土质相比，水泥土质路基的层数要多写，该文选择了七层。

3.1 第一层土质进行压实处理和弹性模量测量

根据试验结果可以绘制出道路路基第一层土质压实过程中压实次数和回弹模量之间的关系曲线，如图4所示。

图4 第一层水泥土质压实过程中压实次数和回弹模量之间的关系

从图4可以看出，在第一层土质的第一次压实之后，4个测量点的弹性模量在58 MPa～63 MPa变化；经过第二次压实以后，4个测量点的弹性模量在88 MPa～100 MPa变化；经过第三次压实以后，4个测量点的弹性模量在104 MPa～118 MPa变化；经过第四次压实以后，4个测量点的弹性模量在113 MPa～120 MPa变化；经过第四次压实以后，4个测量点的弹性模量在113 MPa～123 MPa变化。从图4中的曲线可以看出，随着压实次数的增加，水泥土质的路基第一层回弹模量不断增加，前3次压实处理的增加幅度十分明显，到第4次和第5次压实，路基第一层回弹模量已经相当稳定，表明路基已经得到充分压实。

3.2 第七层土质进行压实处理和弹性模量测量

第七层土质是水泥路基的最后一层土质铺设，仍然按照第一层土质的操作和测量方法得到第七层水泥土质压实过程中压实次数和回弹模量之间的关系，如图5所示。

图5 第七层水泥土质压实过程中压实次数和回弹模量之间的关系

从图5中的曲线可以看出，随着压实次数的增加，水泥土质的路基第一层回弹模量不断增加，前3次压实处理的增加幅度十分明显，到第4次和第5次压实，路基第一层回弹模量则趋于稳定。和第一层的压实操作相比，水泥土质路基的回弹模量的数值范围基本相当，这一点是与粉砂土质路基的不同之处。

4 结论

城市道路路基是城市交通系统的重要支撑和有力保障。为了确保城市道路路基的安全运营和施工质量，该文提出了一种快速无损检测方法。这种方法首先在路基沉降和路基材质回弹模量之间建立了关系，其次分别对比了线性关系模型、指数关系模型、对数关系模型和幂关系模型，最终确定了以幂模型通过正常弹性模量快速计算回弹模量的方法。试验过程中，分别以粉砂材质的路基和水泥材质的路基为试验对象，进行了压实次数和回弹模量之间关系的测量。试验结果表明，该文方法可以快速有效地完成道路路基质量的检测。