落锤法与落球法路面基层弯沉检测技术的对比研究

刘国民 黄 梅

（四川交通职业技术学院，四川 成都 611130）

0 引言

路面在荷载作用下会产生竖向变形，在荷载作用后变形会恢复，能够恢复的那部分变形量就是弯沉，它是直接反映路面刚度的一个重要指标，也是路面施工控制及施工验收以及运营中路面结构强度评定的依据。目前最常用的弯沉测试方法主要有贝克曼梁法、自动弯沉仪法和落锤式弯沉仪法三种。落锤式弯沉仪法以使用方便、快速、安全、节省人力，能够模拟实际情况施加动态荷载，且适于长距离、连续测定等特点[1]，广泛应用于路面基层质量检测中。近年来出现的落球式岩土力学特性测试仪（以下简称落球仪）与落锤仪均为动荷载测试仪器。《公路路基路面现场测试规程》（JTG 3450-2019）中增加了关于落球仪测试路基模量的内容，并给出了回弹模量换算弯沉的方法[2]。

落球仪测试法不仅可以快速、简便地测出路基的强度，如压缩模量、回弹模量、地基系数等，还可以换算路基材料的强度指标，如内摩擦角、水泥稳定土的抗压强度等[3]。近年来国内外许多学者利用落球仪进行了大量的研究，主要用于路基施工质量、压实度、动模量检测等方面[4-7]，取得了大量的研究成果，验证了该技术的有效性。本文以某国道道路工程为依托，针对公路水泥稳定碎石基层弯沉值这一评价指标，使用落锤弯沉仪和落球弯沉仪两种快速检测仪器进行了对比试验研究，研究成果可为类似工程施工质量检测提供借鉴。

1 测点布置与测量过程

1.1 测点布置

分别设置普通水稳段和加油水稳段，下层完好和下层微裂缝两种情况，采用落锤弯沉仪和落球测试仪分别进行测定。现场试验段为纵向约400m、横向约10m的5%水泥稳定碎石上基层，龄期20d。纵向上，从大桩号向小桩号依次测试，间隔10m共布置37个测点，其中1~18号测点为普通水稳段，19~37号测点为加油（掺入乳化沥青）水稳段；横向上分为3 条车道，在中间以及两边距中间3.5m 位置处布置3 个测点。综上所述，普通水稳段（1~18#）三条车道布置了54个测点，加油水稳段（19~37#）三条车道布置了57个测点，共计111个测点。试验现场布置如图1所示。

图1 试验测点布置示意图

1.2 测量过程

首先，在试验段111个测点上分别利用落锤式弯沉仪对弯沉值进行测试（每点采集4个数据）、落球仪（SHEFBT）对水稳的回弹模量进行测试（每点采集8个数据）并换算成弯沉值。第一轮测试完毕后，利用震动压路机对测试段进行震动碾压，碾压次数为2次。碾压完毕后，再分别按照首轮测试方法对全段111个测点的弯沉值和回弹模量进行测试，测试要求均与碾压前相同。

2 试验结果分析

2.1 落锤法弯沉实测结果分析

落锤弯沉实测结果如图2所示。普通水稳段三车道共计54个测点中，50个测点的弯沉值有效；加油水稳段三车道共计57个测点中，52个测点的弯沉值有效。加油水稳段弯沉值明显小于普通段；震动后，普通水稳段中有43个测点的弯沉值增大，占86%；加油水稳段中有48个测点的弯沉值增大，占92.3%；

图2 震动碾压前后落锤法弯沉值对比图

综合全段测试的111个测点结果，共计102个测点弯沉有效，且其中有91个测点的弯沉增大，占89.2%，因为震动会导致下层材料产生微裂缝，水稳层模量降低使得弯沉值有增大的趋势。

2.2 落球法弯沉实测结果分析

落球测试仪测试弯沉（换算）实测结果如图3所示。与落锤测试结果类似的是加油水稳段弯沉值明显小于普通段；说明水稳层中加入乳化沥青将降低基层模量；与落锤测试结果不同的是落球仪测试结果在震动碾压前后弯沉值变化不明显，前后两次测定结果相关性较好；主要是由于落球测试仪测试深度小于落锤弯沉仪测试深度，因此对下层材料变化相较于落锤法更不敏感。

图3 震动碾压前后落球法换算弯沉值对比图

2.3 离散和相关性分析

为进一步比较落球测试仪与落球弯沉仪测试数据的离散性，对数据进行了进一步分析。由于采用落锤式弯沉车测试水稳层可直接量测弯沉，落球仪是通过测定水稳层的回弹模量换算弯沉，两者之间无法直接比较，故引入测试数据的离散系数进行对比。

为避免材料均一性对数据的影响，选择对比的数据范围不宜太大，所以随机抽取测试段的某一小段数据进行比较。本次对比分析选取普通水稳段三车道的1#~4#测点数据和加油水稳段的24#~28#测点数据。对普通水稳段（1#~4#）碾压前后各测试数据进行分析可知：落锤法弯沉测试数据离散系数分别为0.237515和0. 289782；而落球法回弹模量测试数据离散系数分别为0.166129 和0.219781。由此可知，对于普通水稳段无论是在碾压前还是碾压后，利用落球仪测试的数据离散系数要小，表明落球仪测试数据离散小、稳定性高。对加油水稳段（24#~28#）碾压前后各测试数据进行分析可知：落锤法弯沉测试数据离散系数分别为0.274874和0. 476824；而落球法回弹模量测试数据离散系数分别为0.309896 和0.292937。由此可知，利用落球仪测试的数据离散系数要小，表明落球仪测试数据离散小、稳定性高。

结合前述测试结果，利用落锤式弯沉车和落球测试仪在普通水稳段和加油水稳段碾压前后的弯沉测试结果，将其进行回归分析，结果如图4所示。

图4 震动碾压前后弯沉值相关性分析

落球测试仪测试得到的换算弯沉值较落锤弯沉仪测试得到的弯沉值要小。相对于落锤弯沉仪测试数据，落球测试仪测试结果的稳定性高，离散性小；碾压前后落球测试仪测试数据之间的相关性较好；震动碾压前后落球测试仪测试值无明显变化，而落锤弯沉仪测试得到的弯沉值有增加的趋势。因为对于龄期已经达到20d的水泥稳定基层，其强度已充分形成，碾压如果不能破坏水稳材料中的胶结体，则水稳材料本身的模量变化不大；由于水稳材料的刚性要远远大于下部土基，两者之间存在明显的结合面，碾压时就有可能破坏该结合面，使得整体变形有所增加。落球测试仪的测试有效深度，在水稳材料中大约在10cm左右，基本不受下部土基材料以及结合面的影响。因此，根据测试结果，碾压前后的水稳材料回弹模量和弯沉变化不大，且相关性较好。而落锤弯沉仪的测试有效深度较深，受到下部土基材料以及结合面的影响。根据测试结果，碾压前后的弯沉值有明显增加的趋势，说明结合面受到扰动，使得整体弯沉增加。

3 结束语

通过现场测试的方法，对落锤式弯沉仪和落球测试仪测试出的路面基层弯沉值进行了对比研究。可知落球测试仪测试得到的换算弯沉值较落锤式弯沉仪测试得到的弯沉值要小；落球测试仪测试结果的稳定性高、离散性小；碾压前后落球测试仪测试数据之间的相关性较好，而落锤式弯沉仪测试数据的相关性较差；碾压前后落球测试仪测试结果无明显变化，而落锤式弯沉仪测试得到的弯沉值有增加的趋势。