路基压实质量快速检测中便携式落锤弯沉仪的应用

谢开银

摘要 为探究便携式落锤弯沉仪在公路路基压实度检测中应用的技术要点，文章以某新建公路段为例，对落锤弯沉仪和其余检测技术展开对比检测，并对细粒土路堤压实度、水泥土路床压实度和回弹模量展开拟合分析，构建起落锤弯沉仪所测回弹模量和灌砂法所测压实度间的相关公式。结果表明，便携式落锤弯沉仪主要对待测路基展开无损检测，施测过程简便快捷，结果精度高，能为现场施工提供可靠指导。

关键词 路基；压实质量；快速检测；落锤弯沉仪

中图分类号 U416.1文献标识码 B文章编号 2096-8949（2024）08-0098-03

0 引言

公路在运行过程中，其路基主要承受自然环境和行车荷载的影响，发生变形、沉降、损坏的可能性较大，进而影响公路运行质量和服役性能，这就要求路基除具备合理的断面尺寸外，还应具备较好的刚度与强度。刚度不足，路基自然缺乏足够的抗变形能力；强度不足，则路基自身承载性能无法保证。《公路路基施工技术规范》（JTG/T 3610—2019）以压实度为路基压实质量控制性指标。传统的路基压实度检测方法普遍面临施测过程复杂，检测成本高耗时，测值精度不高，对路基存在一定损伤等弊端。近年出现的便携式落锤弯沉仪能较好地克服了常规路基压实度检测方法的弊端，检测速度快、精度高，属于无损检测，其回弹模量等检测指标和路基压实度之间存在较好的相关关系。基于此，该文依托公路实际，对便携式落锤弯沉仪在公路路基、路床压实度快速检测中的应用展开分析探讨，以供借鉴参考。

1 工程概况

某公路线路长84.36 km，为双向六车道，整体式路基设计宽度为35.5 m。该公路K13+221.5～K25+221.5段主要为河流堆积而成的冲洪积地貌，以细粒土为主，基岩埋深大。河道内及地势低洼处主要分布软弱土。在“就地取材”原则的指导下，该公路段以当地砂性土为路堤填料，路床则使用5%掺量的水泥土填筑。技术规范对路基填料内细粒土或巨粒土含量不足50%情况下填料的最低强度有严格规定。为此，必须在该公路路基施工过程中加强填筑质量检测。

2 路基压实质量检测原理及施测流程

2.1 检测原理

便携式落锤弯沉仪作为快速检测路基承载性能的仪器，通常由加载系统、数据采集及传输系统组成，其基本结构情况见图1。其中，导杆、质量块、缓冲垫、承载板属于加载系统，荷载传感器、位移传感器属于数据采集系统，传输线及电脑软件属于数据传输系统。

便携式落锤弯沉仪主要展开行驶状态车辆对路基冲击过程及程度的模拟，并借助落锤的自由落体过程对承载板进行冲击，以模拟行车动力加载，使路基与承载板均表现出一定的竖向位移和弯沉，进而借助压力传感器和位移传感器等数据采集系统对施荷后的弯沉、动应力、动应变等值展开检测与采集，此后根据位移及压力等峰值展开待测路基动弹性模量计算。以上过程主要通过处理软件进行，即时分析后得出待测路基回弹模量值[1]。

公路路基为弹塑性结构，虽然并非线性本构关系，但在落锤弯沉仪施测期间，锤击荷载的作用时间十分短暂，在路基土表现出塑性变形前荷载基本已经卸除，故可简单视为路基在荷载冲击下只发生弹性应变，所测出的也主要为回弹变形。根据线弹性理论，待测路基动态变形模量理论计算公式如下：

（1）

式中，Evd——待测路基动态变形模量（MPa）；p——承载板承受压力实测值（kPa）；δ——承载板设计半径（mm）；μ——泊松比，按照0.35取值；l——承载板中心弯沉实测值（mm）。

2.2 施测过程

在展开该公路路基压实质量检测前，操作人员应当全面熟悉待测路段技术资料，拟定出合理可行的检测方案，并在待测段路基处设定测点。将便携式落锤弯沉仪送达现场后按操作流程组装，并将电池安装到位；此后通过数据线与电脑串口及仪器底座I/O端口相连；开启电脑并运行数据分析软件。结合公路工程实际及检测目的，进行软件中环境温度、泊松比、承载板半径等测试参数设定。此后，单击MakeDrop图标启动软件。

在滑杆处固定锁定杆，以便将落锤高度确定在相应位置，进而固定落锤。将便携式落锤弯沉仪上方手柄稳住后按压保护插销，从而使落锤在重力作用下自由下落并锤击仪器底部橡胶板。以上过程中荷载、位移等参数值由软件自动采集，经过分析计算后生成路基回弹模量。检测人员结合显示结果初判数据的合理性，若合理则保存检测数据，相反则删除后展开再次检测。

该公路路基压实质量检测采用的是ZFG2000型手持落锤弯沉仪，可展开待测路段动态弯沉及动态回弹模量值实时采集、自动记录。此类弯沉仪加载装置中落锤重10 kg，装置总重15 kg，在18.0±1.5 ms的持续冲击时间段内可施加的冲击力峰值达到7.45 kN；系统承载板自重15 kg，结构厚度为20 mm，设计直径300 mm；沉陷测定仪长×宽×高为（210×80×25）mm，自重0.4 kg，可展开10～225 MPa范围的动弹性模量测试，并能展开（0.1～0.2）±0.02 mm的沉陷测试，并能在0～50 ℃范围内稳定运行。

2.3 土样物理力学性能检测

该公路相应区段分布的砂性土外观呈黄褐色，粒径在2～5 cm之间，选取代表性土样展开筛分试验，结果见表1。

在此基础上，对砂性土样展开重型击实试验，结果显示，在5%、8.7%、11.5%、13.4%、14%的含水率下，土样干密度依次取1.257 g/cm3、1.966 g/cm3、2.141 g/cm3、1.520 g/cm3和1.555 g/cm3。通过绘制土样击实曲线，最终以9.8%为最佳含水率，以2.108 g/cm3为最大干密度。结合填料承载比试验、塑液限试验结果可以看出，此类土料适用于公路路基填筑。

3 路基压实质量快速检测结果

3.1 路基回弹模量和压实度的相关性

根据相关规范及设计要求，该公路路基压实度应达到94%及以上，为此，碾压遍数应为5遍。为展开回弹模量值与压实度值之间的相关关系，在该公路桩号K44+250处细粒土路堤段展开测试。为尽可能降低下承层刚度对试验过程及结果的不利影响，将测点布置在相应层位[2]。具体而言，在该桩号附近按10 m间隔布设2个断面，各断面均按7 m间距设置5个测点。

3.1.1 碾压遍数与回弹模量

为研究路堤回弹模量随碾压遍数变化的趋势规律，在该公路相应桩号处路堤每碾压1遍，均通过便携式落锤弯沉仪展开测点处回弹模量值的测试。所得出的检测结果汇总见表2。根据对测值的比较分析看出，路堤回弹模量值随碾压遍数的增多而持续增大，但增速有减缓趋势；待碾压遍数达到并超出5遍后路堤回弹模量值趋于稳定。

3.1.2 碾压遍数与压实度

在该公路相应桩号段细粒土路堤碾压施工期间展开试验，每完成1遍碾压后均随机选择1个点位通过灌砂法检测实际压实度，所得到的检测结果见表3。根据结果得知，在对该公路段细粒土路堤展开碾压的过程中，压实度随碾压遍数的增多而持续增大，但增长幅度趋缓。

3.1.3 路堤回弹模量与压实度的相关关系

待该公路段三层细粒土路堤填筑碾压施工结束后，展开比较检测。先通过落锤弯沉仪测出回弹模量，再改用灌砂法检测实际压实度。针对取得的结果展开回归分析，通过各种回归模型进行测值拟合处理。最终得出的回归方程见表4，表中Ep为路堤回弹模量（MPa）；K为压实度（%）。

根据以上结果可以看出，不同拟合结果中相关系数取值均达到0.8以上，充分表明该公路试验段细粒土路堤填筑施工期间实测回弹模量值和压实度相关性良好。指数函数相关系数取值最大，最能反映路堤回弹模量和压实度之间的函数关系[3]。可见，便携式落锤弯沉仪能替代常规的灌砂法展开公路工程细粒土路堤压实效果检测，能真实反映碾压施工质量及效果。

3.2 路床回弹模量和压实度的相关性

结合规范及设计要求，该公路段水泥土路床压实度应达到96%及以上。碾压遍数应按照5遍控制。主要配备2台振动压路机，2台推土机，1台平地机，1辆挖掘机，20辆装载车，1台ZAL632型水准仪，洒水车及路拌机若干。

3.2.1 碾压遍数和回弹模量

为展开该公路试验段水泥土路床回弹模量和碾压遍数间关系的分析，在水泥土路床每次碾压结束后通过便携式落锤弯沉仪检测回弹模量。根据检测结果，路床段碾压遍数为1遍时各测点回弹模量值位于59.1～66.6 MPa之间，碾压遍数增多至2遍、3遍、4遍和5遍时，测点处回弹模量值分别达到84.5～98.1 MPa、120.7～129.5 MPa、

141.4～149.8 MPa、151.5～158.1 MPa。据此看出，水泥土路床压实度随碾压遍数的增多而持续增大，但增速表现出趋缓趋势；当碾压遍数达到5遍及以上后回弹模量基本处于稳定状态。这一趋势特征与细粒土路堤压实过程基本一致。

3.2.2 碾压遍数和压实度

为探求该公路水泥土路面回弹模量值与压实度之间的变量关系，在每次碾压结束后随机选取测点展开压实度检测，检测结果见表5。据此看出，水泥土路床压实度随碾压遍数的增多而呈增大趋势，但增速逐渐减缓。这一变化趋势与水泥土路床回弹模量随压实度的变化趋势基本一致。

3.2.3 路床回弹模量与压实度的相关关系

待该公路试验段各层水泥土路床碾压施工结束后展开比对测试。测试期间，先通过落锤式弯沉仪进行相应测点处回弹模量检测，再按照灌砂法检测相应测点处压实度[4]。将所得到的测值进行拟合分析，得出两变量间的函数关系式，详见表6。表中，Ep′为水泥土路床回弹模量（MPa）；K′为水泥土路床压实度（%）。

根据表中取值，不同拟合结果的相关系数均达到0.8以上，说明公路试验段水泥土路床填筑后回弹模量值和压实度相关性良好。其中，对数函数相关系数取值最大，最能反映水泥土路床回弹模量和压实度之间的函数关系[5]。可见，便携式落锤弯沉仪能替代常规的灌砂法展开公路工程水泥土路床压实效果快速无损检测，真实体现碾压效果。

4 结论

该文分析结果表明，便携式落锤弯沉仪的检测指标和其余测试方法的指标之间存在较好的相关关系，落锤弯沉仪完全适用于公路路基压实质量快速检测。此类设备检测过程及结果具有较好的稳定性，且其所测路基回弹模量和灌砂法所测压实度之间存在一定相关关系，表明此类无损检测设备对于公路路基现场压实质量快速检测和施工质量控制完全适用。值得注意的是，该研究仅对细粒土路堤压实质量无损检测中便携式落锤弯沉仪的应用展开分析，对于实际工程而言，路基填料类型多样，有必要展开此类无损检测技术在其余不同类型填料路基压实度检测中适应性的研究。

参考文献

[1]周伟红. 动态回弹模量在路基压实质量评定中的应用[J]. 科技创新与应用， 2023（18）： 145-148+152.

[2]胡堃. 基于便携式落锤弯沉仪的填石路基压实质量检测分析[J]. 交通科技与管理， 2023（2）： 155-157.

[3]李盛， 郜梦棵， 刘玉龙， 等. 基于PFWD的公路填石路基压实质量快速检测方法研究[J]. 交通科学与工程， 2022

（4）： 10-15.

[4]王千年. 基于PFWD的市政道路路基压实质量检测方法研究[J]. 黑龙江交通科技，2022（4）： 33-36.

[5]李亚龙， 张涛. PFWD在路基压实度检测中的应用[J]. 山西交通科技， 2020（4）： 73-75.