公路路基路面检测中回弹弯沉检测方法的应用

王 雪

(河南省交通公路质监有限公司，河南 南阳 473000 )

0 引言

路基路面是公路的重要组成部分，在建设过程中路基路面质量的好坏将直接影响到工程建设的整体质量，甚至会影响到工程的使用寿命。弯沉是路基路面质量评定的重要检测指标，常见的检测方法包括贝克曼梁法、落锤式弯沉仪法等。合理选择检测方法，才能保证检测结果的精确度，为公路维修养护提供可靠的数据支持。

1 回弹弯沉值概述

回弹弯沉值是指标准后轴载双轮组轮缝中心位置的最大回弹弯沉值，换言之，车轮荷载作用下，汽车运行过程中路面所产生的垂直位移便被称为弯沉，路基路面综合承载能力的大小均可由路表测试的回弹弯沉值表示，是衡量路面整体抗压强度的一个相当重要的指标，同时，可评定路面使用性能。

在车轮作用下，路面产生的沉降总变形值与总弯沉值一致，当车轮从路面驶出之后，载荷也会消除，路面将再次向上回弹，此时回弹变形值即为回弹弯沉值。残余弯沉是总弯沉和回弹弯沉的差值。通常情况下，总弯沉和回弹弯沉之间存在3种关系：①回弹弯沉小于总弯沉，说明路面不仅会出现弹性变形，同时还会出现塑性变形。②总弯沉和回弹弯沉相同，说明路面处于完全弹性体状态。③回弹弯沉大于总弯沉，说明路面存在隆起的塑性变形。路面弯沉示意图如图1所示。

图1 路面弯沉示意图

2 回弹弯沉主要检测方法

根据路面弯沉检测技术发展的历程，可将其分为2个阶段，即静力弯沉检测和动态弯沉检测。

2.1 静力弯沉检测

2.1.1 贝克曼梁(BB)

贝克曼梁是最常见的一种静力弯沉检测设备，是通过载重汽车分级加载路面，由百分表获取路面回弹弯沉的一种检测方法。其特点为操作简单、效率高等。前进卸载法测试过程中，贝克曼梁的端头将从标准车后轴双轮之间的轮隙处穿过，同时将百分表设置于梁的另一端，以此进行端头升降量的测定。车辆向前匀速、缓慢前行，当车由端头处经过时，观测百分表，读取最大值。当车辆从路面处驶出后，再次观测百分表，读取读数，两者差值的2倍便是路表面的回弹弯沉值。此外，也可采用后退加载方法进行路面总弯沉的测定。

2.1.2 自动弯沉仪

基于杠杆原理，自动弯沉仪是在贝克曼梁的基础上发展而来。在测定车前后轴之间的底盘上连接弯沉测定梁，测定过程中，梁须支撑在地面。当车辆匀速、缓慢向前行驶时，后轴双轮隙从测头经过后，可通过位移传感器等自动将弯沉变化情况记录下来，同时，测定梁被拖动，按照2倍车速向下一测点移动，并被放下及测量数据。相比其他设备，自动弯沉仪可连续测定弯沉值，还可实现测定结果自动记录。一般情况下，可在3～5 km/h控制车辆行驶速度。

2.2 动态弯沉检测

作为一种无损检测技术，动态检测能够模拟车辆在路面运行的状态，不会损坏路面结构。目前，常见的动态弯沉检测设备主要分为2种：稳态动力弯沉仪、脉冲动力弯沉仪。

2.2.1 稳态动力弯沉仪

稳态动力弯沉仪是指通过动荷发生器施加给路面一种周期性的荷载，沿荷载轴线按一定间距在路面布设一组速度传感器了，以此进行路表面动弯沉盆曲线的测定。其优点为测试精度高、速度快。

2.2.2 脉冲动力弯沉仪

脉冲动力弯沉仪就是常见的落锤式弯沉仪(FWD)，作为一种新型的检测设备，落锤式弯沉仪应用效果良好。其工作原理为通过计算机控制液压系统，将一个重锤提升到一定高度并自由下落，承载板将承受这一巨大冲击力，并向路面传递，从而产生路面弯沉。在距测定不同距离的传感器便可进行结构层表面变形情况的准确记录，并将信息自动传递给计算机，经计算可获取路面测点弯沉与弯沉盆。可通过锤重和高度变化来调整荷载大小。

3 对比分析

在技术和使用方面，FWD具有更多优越性，且应用范围更广。但长期以来，我国公路路基路面弯沉检测中多采用贝克曼梁。为了验证FWD的应用效果，本文决定通过具体案例，对贝克曼梁法和FWD进行对比分析。

试验方法为：先采用贝克曼梁弯沉仪进行检测，随后采用FWD测试，要求以测点为圆心画出半径为150 mm的圆，保证FWD加载盘对准圆，在允许范围内合理控制偏差，并按50 kN对所有测点进行3次落锤测定，记录有效落锤数据。基于FWD精确度可达到0.001 mm，而贝克曼梁弯沉仪精确度仅为0.01 m，为保证结果的可比性，决定均按0.01 mm进行分析。

3.1 水泥稳定层的弯沉对比试验分析

作为最接近路面面层的半刚性过渡层，水泥稳定层通常都选用商品灰土。在机械摊铺施工后，可以很好控制原料的均匀性和摊铺后的平整度。本次选取3段路进行对比分析，即K0+220～K0+620段、K0+340～K0+740段、K0+100～K0+500段。以20 m为间距设置测点，每一种方法每段路都选取20个测点，共120个测点。所得比对结果相关性分析如表1所示。

由此可见，FWD和BB在3路段的比对结果具有良好的相关性，且相关系数R均可满足相关规定要求(R2≥0.902 5)。在工程水稳层弯沉质量评定中，可采用FWD替换BB进行检测。

3.2 沥青面层的弯沉对比试验分析

同样选择3路段进行比对分析，路段分别为K3+240～K3+640段、K4+240～K4+640段、K5+200～K5+600段。以20 m为间距设置测点，每种方法每一个路段均取样20点，共设120个测点。比对结果和相关关系如表2所示。

表1 FWD和BB水稳层比对结果相关性分析

表2 FWD和BB沥青面层比对结果相关性分析

由此可见，在3个不同路段，FWD和BB的比对结果具有极强相关性，相关系数R符合相关规定要求(R2≥0.902 5)。在工程沥青面层弯沉质量评定中，可采用FWD替换BB进行检测。

4 结语

弯沉是公路建设质量控制过程中十分重要的指标，当前多采用回弹弯沉值来反映路基路面的承载力情况，回弹弯沉值越小，则承载力越大，两者呈反比关系。在我国公路建设中，回弹弯沉值应用较广，不仅是衡量路面结构设计的关键性指标，还是控制施工质量的重要数据支持。为此，必须根据工程建设实际情况，合理选择回弹弯沉检测方法，无论是贝克曼梁弯沉检测法，还是FWD检测法，均可达到良好的应用效果。相比之下，FWD检测精度更高、速度更快，更能满足公路工程检测需求。