回弹弯沉检测技术在公路路基检测中的应用

兰振文

福建省建研工程检测有限公司 福建福州350000

0 引言

高速公路路基质量的好坏，不仅影响所处区域交通的正常运行，而且还会影响道路的使用寿命。回弹弯沉值作为一项重要的检测参数，在评价路基质量时得到了广泛的应用。回弹弯沉值是指路基或路面在规定荷载作用的情况下产生垂直变形，卸载后能够恢复的那一部分变形。回弹弯沉的大小与路基的实际使用状况有很大的关系。如果回弹弯沉值过大[1]，则说明结构的刚性较差，抗疲劳的能力也不理想，不能承载很大的车流量。反之，当回弹弯沉值较小时，其刚性越好，抗疲劳能力越强，适用于重型车辆。

目前，回弹弯沉检测技术中的贝克曼梁法作为常用的检测方法[2-3]，其检测结果准确可靠，能够取得十分理想的检测效果。然而，在进行回弹弯沉试验时，随着试验车辆数量的增加，已经无法保证测试结果的准确性[4]，其原因在于原有的弯沉试验仅限于气压及轴载试验，难以保证试验结果的准确性。例如，在测量周围温度的时候，无法不断地修正和改善，不能满足获取精确数据的要求，使最终测量结果产生了较大的偏差[5]。为了解决这一问题，本文提出基于回弹弯沉检测技术的公路路基检测方法，为公路建设项目的维修和保养工作提供技术支撑。

1 工程概况

某国道干线纵二线公路与国道交叉，属于标准的一级公路。该公路为双向8车道，其主行车道宽度为28.5m左右，辅行车道宽度为9.5m左右，主车道和辅车道设计时速分别为60km/h和40km/h。该公路路段全长为5.24km。在该公路路段内存在长度为62.2m左右的桥梁，同时在主线车道范围内存在6道由混凝土箱涵建造的涵洞。

2 公路路基回弹弯沉检测技术要点

2.1 检测仪器选取

（1）测试车，型号为BZZ-100，该型号测试车标准轴距为100±1KN，双轮荷载平衡，轮胎充气压力为0.7MPa左右，两个车轮之间的宽度符合自由测试技术指标；

（2）弯沉仪，型号为：JG-2000，生产厂家为：沭阳县市政工程仪器厂，该型号弯沉仪总长度为3600mm，杠杆比为2∶1，支点至前侧点距离为2400mm；

（3）平头式温度仪，型号为：NP2-BA35，生产厂家为：湖南兴科达电气有限公司；

（4）可配置自动记录装置，型号为：MIK-R8000A，生产厂家为：杭州米科传感技术有限公司。

2.2 检测准备与步骤

2.2.1 检测准备

利用回弹弯沉检测技术对公路路基进行检测，需充分做好试验前的准备工作：

（1）检查测试车车况，并向检测车槽内添加集料，保证其轴总质量[6]；

（2）检测测试车轮胎接地面积，使其精度达到0.1cm2；

（3）检查弯沉仪、平头式温度仪和可配置自动记录装置是否可正常使用；

（4）充分收集公路路面施工与养护等基础信息，用以后续系数修正。

2.2.2 检测步骤

利用回弹弯沉检测技术对公路路基进行检测，其步骤如下：

（1）在待测试路段设置测量点，并利用油漆进行标记。

（2）将测试车后轮轮隙对准第一个测量点，其偏差不得大于5cm。同时将弯沉仪插入测试车后轮缝隙位置，弯沉仪方向与测试车行进方向保持一致[7]。再调整弯沉仪上的百分表，使其初始化数值为0。

（3）向测试车发出行进指令，使测试车保持4.5km/h的速度匀速行驶，同时弯沉仪的百分表数值会随着测试车的行进而变化，读取当前百分表的最大数值L1并记录后，测试车停止行进，当弯沉仪百分表回转稳定后，读取百分表最终读数，标记为L2。在该过程中利用可配置自动记录装置记录上述数据。

3 公路路基弯沉值计算与系数修正

3.1 弯沉值检测结果

分别在该公路主车道、辅车道和桥梁上选取3个测量点，使用本文方法检测不同公路路基测量点的弯沉值，检测结果如表1所示。

表1 不同路基类型测量点回弹弯沉值检测结果

分析表1可知，公路路基类型不同时，其设计的弯沉值也存在一定差异，而应用本文方法对不同公路路基类型测量点进行回弹弯沉值检测时，其主车道内编码为1和2的测量点回弹弯沉值高于其设计的弯沉值，说明该两个测量点位置公路路基施工成果未符合设计标准，需对该位置结果进行修正处理。而辅车道和桥梁的测量点回弹弯沉值均低于其设计值，说明该公路路基运营中不容易出现弯沉现象。综上结果：本文方法可有效检测公路路基不同类型的回弹弯沉值，且从其检测结果可看出检测路段是否满足施工标准，为公路维护和施工提供有效的数据支持。

3.2 弯沉值计算

在测试车的轴载作用下，公路路基表面位置产生的竖向回弹变形就是其回弹弯沉值，其通过观察弯沉仪上的百分表读数即可得到，但贝克曼梁法在应用弯沉仪获取公路路基回弹弯沉值时，其是独立测量点检测方式，因此需统计多个测量点的数值，此时公路路基回弹弯沉值计算公式如下：

独立测量点实际弯沉值计算公式如下：

式中：

La——独立测量点实际弯沉值；

L1、L2——百分表最大数值和最终读数。

计算公路路基每个测量点的回弹弯沉平均值，表达公式如下：

式中：

m——公路路基量测点数量，且i∈m。

以公式（2）计算结果为基础，计算检测的公路路段内的代表弯沉值，表达公式如下：

式中：

Yβ、φ——分别表示保证率系数和标准偏差数值。

3.3 弯沉值系数修正

3.3.1 系数修正方法

当检测公路路基时，路面温度过高会导致其测量到的回弹弯沉值精度不足，为去除掉弯沉值过高的测量点数值，需对路面温度和其实际弯沉值进行修正，其过程为：

当公路路基沥青铺层超过5cm时，路面温度低于18摄氏度或者高于23摄氏度时，需修正路面温度，其修正公式如下：

式中：

ω——修正后的路面温度；

ωa——路面实际温度；

θ——温度修正系数。

公路路基沥青铺层的平均温度计算公式如下：

式中：

T——公路路基沥青铺层的平均温度；

T0——在一段时间内路面沥青平均温度与气温温度均值的总和；

δ、σ——均表示调整系数。

对于公路路基回弹弯沉值的修正，其计算公式如下：

式中：

R、Q——分别表示测量侧当量半径和接地压强；

λ——理论弯沉系数；

E0——公路路基回弹模量。

3.3.2 系数修正方法验证

验证本文方法对检测的公路路基回弹弯沉值的系数修正能力，以10个测量点作为试验对象，检测其回弹弯沉值后对其进行修正处理，测试结果如图1所示。

图1 回弹弯沉值修正结果

分析图1可知，每个公路路基测量点的回弹弯沉值均不同，而使用本文方法对其回弹弯沉值进行修正后，修正值和实际值高度吻合，该结果说明：本文方法不仅可有效检测公路路基测量点的回弹弯沉值，还可对其进行系数修正处理，使检测结果更加靠近公路路基测量点的回弹弯沉值的实际值，其具备较为显著的应用效果。

4 结束语

公路路基的强度直接关系到其使用寿命，而检测公路路基的回弹弯沉值可有效掌握公路路基强度数据，为公路结构设计、公路施工和验收等提供依据。本文提出基于回弹弯沉检测技术的公路路基检测方法，介绍了检测技术要点以及弯沉值计算与系数修正。但该方法依然存在一些缺陷，如该方法并未对测量点的坐标进行校核处理，会导致其与弯沉仪测量的位置存在一些偏差，以及并未对检测到的公路路基回弹弯沉数据进行预处理，检测到的回弹弯沉数据内会存在无效数据或冗余数据，该情况会导致修正系数的时间较长。面对上述问题，未来需更多该领域学者展开分析与研究，以提升公路路基检测的技术水平。