路基回弹模量现场检测技术研究综述

于渊卓　张起森

摘要：路基是路面结构的支撑体，而路基回弹模量是其主要的控制参数，因此对回弹模量的检测极其重要。目前主要的检测方法有现场承载板法、贝克曼梁法、现场CBR法、FWD法等4种方法。本文在综述国内外路基回弹模量检测技术研究的基础上，阐述了各种检测方法特点、各种检测方法的优缺点、相应的改进方法及路基回弹模量现场检测技术的发展趋势。

关键词：路基回弹模量；动态模量；静态模量；现场检测；PFWD；路面设计

1引言

在我国沥青路面和水泥混凝土路面的设计施工质量以及使用性能的评价中，路基回弹模量是反映路基抗变形能力的主要力学参数，它的取值直接影响到路面结构的设计厚度。我国现有规范已经给出不同的自然区划和土质的回弹模量推荐值，具体参见《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）中附录F“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值”表。但由于路基回弹模量的改变将会影响路面设计的厚度，所以建议有条件时最好直接测定，而且随着施工质量的提高，回弹模量值的检验将作为控制施工质量的一个重要指标。

2主要检测方法综述

目前测定路基回弹模量的方法主要有现场承载板法、贝克曼梁弯沉法、现场CBR试验、FWD法（包括PFWD法）及瑞丽波法。一般认为承载板法、贝克曼梁弯沉法及现场CBR试验为静态试验，而认为FWD法、和瑞丽波法为动态试验。它们虽然试验性质不同，但是模量值之间还是存在一定的内在联系。下面将就四个主要检测方法进行介绍。

2.1 现场承载板

现场承载板法[2~5，9，10]是路基回弹模量测试的标准方法，《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）和《公路路基路面现场测试规程》（JTG E60-2008）中规定现场承载板试验测得的路基回弹模量值可作为路面设计参数使用。

现场承载板法是在现场路基表面用承载板逐级加载、卸载的方法，测定出每级荷载相应的回弹变形值，通过计算求得路基的回弹模量值。

试验过程中汽车后轴对回弹变形有影响，因此，需要计算各级荷载下的影响量。各级荷载下的回弹变形加上相应的影响量，就是该级荷载下的实际回弹变形。在现行规范中对具体车型已给出了不同荷载下的影响量修正系数。但实际试验时，试验条件与规范并不能完全一致，需根据实际加载环境进行修正系数计算。

承载板是最常用的模量检测手段，适用范围广。它不需要太复杂的设备，操作也比较简便，这在对于工地现场较为方便。但是它比较费时，一般做一个测点需要30分钟左右，且需要较多的工作人员（6~7个），并且对操作人员有一定的安全隐患。在数据分析上还存在不合理的地方。另外人为因素、测点整平程度及仪表对试验精度都有较大影响。

2.2 贝克曼梁弯沉法(BB法)

贝克曼梁弯沉法[2~5，9，10]是通过对路面结构分层测定所得的回弹弯沉值，根据弹性体系垂直位移理论解，由相应公式反算得到回弹模量值。

贝克曼梁是较早应用的弯沉测定设备，利用标准载重（10t）加载，用百分表观测弯沉。其优点在于价格低廉，加载方式直观，测点位置可方便改变。缺点是轮胎压力和接地面积较难控制，标准黄河车较难寻找，这样就要进行不通测试车型之间的结果转换，若弯沉点太少将给反算带来困难。另外人为因素影响也较大，如贝克曼梁测头放置对于轮隙中心位置的误差，以及测试人员读取百分表的误差均会影响测试结果。

另外需指出的是，目前我国部分地区也采用自动弯沉车测试路基路面的表面弯沉，由于自动弯沉车测试的弯沉是总弯沉值，因此，若采用自动弯沉车的总弯沉来分析路基回弹模量，需要建立总弯沉与贝克曼梁弯沉的对比关系，或建立总弯沉与现场承载板等方法测定的路基回弹模量值之间的经验关系。

2.3 CBR经验公式法

我国现行路基路面设计参数均采用回弹模量指标，而在境外修建的公路工程多采用CBR指标。因为野外CBR更能正确反映路基的实际情况，尤其是旧路加固，并可解决未扰动原状土样难以切取的困难，其应用范围日益扩大。CBR法是采用加州承载比法测定CBR值，通过大量的实测数据建立CBR与承载板测得的路基回弹模量值的经验回归公式，根据经验公式由CBR值计算路基回弹模量这种方法比较简单，但存在不同的土质条件经验公式不相同的缺点。

现场CBR试验是在现场路基顶面进行测定的，与室内CBR试验的有所不同。室内CBR试验一般以饱水状态检测，而现场CBR试验则是以土基实际含水量来检测，因此二者在检测条件上有较大差异，所测得的结果也有较大差异。

CBR法路基承载力以路基土抵抗局部荷载压入变形能力来表征。一般路面厚度在50cm以上，当荷载传到路基上时，由于应力扩散作用达到相当大的范围，而不是很小面积上的应力分布，因此，用很小面积压入路基土中的承载力来表征实际的路基受力状态是不尽合理的。

2.4 FWD法与PFWD法

FWD（Falling Weight Deflectometer）即是落锤弯沉仪[2~10]。用它进行动态弯沉量测，对测得的弯沉盆数据进行反算得出回弹模量。FWD是国外公路领域检验评定路基路面模量和刚度的主要试验设备，在LTPP数据库中积累了大量的FWD弯沉检测资料。由于FWD在模拟行车荷载、测速和精度方面的优越性，不少国家己经制定了相应的FWD规范，我国的《公路路基路面现场测试规程》（JTG E60-2008）中也将FWD列为弯沉检测设备。

FWD与传统的贝克曼梁测量弯沉相比，具有使用方便、快速、安全、节省人力、模拟实际情况施加动态荷载，适于长距离、连续测定的特点。但是其造价昂贵，测试荷载偏大、塑性变形对测试结果有影响，另外它的反算是个非常复杂且困难的问题。

针对FWD的这些问题，便衍生出了PFWD 即便携式落锤弯沉仪，它是在FWD的基础上发展而来的的，它的原理同FWD基本相似，由加载系统、数据采集系统与数据传输系统组成。

传统的承载板法、BB法、FWD法，在现场检测时需要较大的荷载且需要较多的人力物力，虽然检测过程简单，但是在异地检测时运输过程是很不方便的。PFWD则解决了上述的问题，且具有操作安全可靠、数据精确，客观、操作简单不需专门培训等优势。因此PFWD是个值得推广的检测方法。

3传统检测方法的改进

由于传统的方法或多或少都存在一些问题，因此这些方法都需要一定的改进[2~4，10]。文献[10]对现场承载板法进行的一些改进：为了减小贝克曼梁支点变形和百分表支架变形对实测回弹弯沉值的影响，建议现场测试时贝克曼梁的摆放角根据贝克曼梁长度、测试车的前后轴距T1和后轴至后梁距离T2根据修正回归公司确定。另外建议现场测试采用的2台贝克曼梁弯沉仪，一台的测头置于承载板中心用于测试承载板的回弹变形，而另一台的测头置于第一台支点位置用于测试贝克曼梁支点变形，从而得到承载板回弹变形读数W1和支点回弹变形读数W2，计算出一个总影响量a。由于车轮荷载传递到路基表面的荷载作用范围远远大于现场测试采用的直径30cm承载板，以及路基应力应变的非线性特性，建议对直径30cm承载板实测的路基回弹模量值进行修正等。

用贝克曼梁弯沉仪测定弯沉，当路面较弱或轮荷较大时，有时碰到仪器支座处于弯沉盆内的情况。由于支点的下沉，百分表读数便不能反映路面的实际弯沉值。显然试验时还要测出贝克曼梁前支座的弯沉值。长沙理工大学的查旭东的研究表明，由于支点和支架变形对弯沉测试结果有一定的影响，建议对后轴重为10t的测试车，当采用5.4m弯沉仪测试时，实测弯沉值易乘以1.05的修正系数，当采用3.6m弯沉仪测试时，易乘以1.10的修正系数。若不考虑两次支点和支架变形对弯沉测试结果的影响，应尽量采用5.4m贝克曼梁进行测试。

4检测技术的最新动态

国内外对于粘性土路基，采用动态圆锥贯入仪（DCP）确定路基回弹模量[11]。DCP简称贯入仪，属小型轻便地基土原位测试的触探仪。试验以每贯入300 mm的锤击数来反映路基的承载力，锤击数越大则表明承载力越高。DCP需建立贯入值与相应土性能指标的关系。

丹麦国家公路试验室研制的Danish移动式弯沉记录仪。用卡车牵引，总长1.5m。移动速度为1.5km/h。框架的四轮立于路面上。轮荷载40KN。量测时弯沉仪的测针置于测点上，牵引车不动，挂车上的测量车可借传动机构带动向前滚动至测针位置，磁带自动记录弯沉影响线，并计算出弯沉和曲率半径。测点间距11mm，每天可测约2000个点。

继FWD之后，新一代的弯沉仪RWD（Rolling Wheel Deflectometer滚轮式弯沉仪）采用高频激光扫描，连续地记录行驶中的测试车在路表产生的弯沉，测试速度约55mile/h。它的最大优点是：所记录的是真实受力状态而不是模拟荷载状态下的弯沉，并且测速远大于FWD，对交通影响较小，是较为理想的弯沉检测设备，是此类设备一个重要的发展方向。

5结语

目前常规的路基回弹模量的现场测试方法大都存在测试复杂、测试耗时费力、具有一定的危险性、测试条件与路基实际工作条件存在差别、数据整理困难等问题，同时，现场测试的设备一般较大，偏僻和地形复杂的的地方不易到达，通常只在已成型的路基上进行测试，测试结果主要供路基竣工验收和设计参考，较难用于分析路基的压实质量，所以难以用于路基施工过程的质量控制。

在常规方法存在诸多问题的情况下，目前国内很多单位都在进行路基回弹模量快速检测技术的研究，例如PFWD，瑞丽波、DCP等。其中PFWD国内已经对其进行过许多的研究，试验表明PFWD可以合理、快速地检测路基回弹模量。但是如何把它应用到工程实际中去，是个需要进一步研究的课题。

参考文献：

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[2]JTG E40-2008.公路路基路面现场测试规程[S].

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