落錘式彎沉儀彎沉檢測有效性分析

李穎

摘要：為了研究落錘式彎沉儀在各級公路上彎沉檢測的有效性，文章選取三種不同結(jié)構(gòu)層組成公路試驗段進行落錘式彎沉儀與貝克曼梁兩種彎沉測試方法的對比，并對三種路面在不同檢測方式下的彎沉數(shù)據(jù)特點及兩種彎沉檢測數(shù)據(jù)相關(guān)性進行分析。結(jié)果顯示：對于不同等級公路路面，兩種彎沉檢測方式下的回歸分析相關(guān)性差別較大，瀝青層較厚的高等級公路優(yōu)先推薦采用線性擬合進行相關(guān)性分析，必要時可采用二次多項式擬合方式;落錘式彎沉儀較貝克曼梁法具有更高的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確度，且落錘式彎沉儀進行高等級公路彎沉測試時穩(wěn)定性更佳;而對于非瀝青面層的低等級路面結(jié)構(gòu)，兩種彎沉檢測方式下的回歸分析相關(guān)性較差。

關(guān)鍵詞：道路工程;落錘式彎沉儀;貝克曼梁;彎沉;有效性

0 引言

隨著我國公路建設(shè)里程的不斷增長，傳統(tǒng)檢測技術(shù)正在面臨較大挑戰(zhàn)。路基路面彎沉作為重要的承載能力檢測指標(biāo)，一般采用貝克曼梁進行檢測。但該法由于需要檢測的輔助人員多、檢測速度慢，實際檢測時需要耗費大量人力物力。而落錘式彎沉儀作為較為成熟的彎沉檢測技術(shù)，也逐漸成為各級公路尤其是高等級公路在交、竣工驗收時的主要檢測手段[1-4]。但目前落錘式彎沉儀主要應(yīng)用于高等級公路瀝青路面上面層檢測，對于其他等級公路運用研究相對較少。為了解落錘式彎沉儀在各等級公路上的適用性，有必要對不同等級公路進行落錘式彎沉儀與貝克曼梁兩種測試方法的對比分析[5-9]。

1 試驗設(shè)備及方案設(shè)計

本文選取三種不同結(jié)構(gòu)層組成公路試驗段（如下頁表1所示），分別進行貝克曼梁彎沉儀與落錘式彎沉儀兩種方式的彎沉檢測。首先分析不同結(jié)構(gòu)層組成公路、不同檢測方式下彎沉數(shù)據(jù)特點，然后選取三種回歸擬合方式分別對各公路下兩種彎沉檢測數(shù)據(jù)相關(guān)性進行分析，最終對落錘式彎沉儀彎沉檢測有效性進行綜合分析。

2 檢測數(shù)據(jù)特點分析

根據(jù)上述試驗方案設(shè)計，分別對3段試驗段進行兩種方式的彎沉檢測。為保證檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，確保兩種檢測方式檢測位置統(tǒng)一，首先進行貝克曼[JP+1]梁法彎沉檢測，并標(biāo)記彎沉儀觸頭位置（即百分表放置端在貝克曼梁對應(yīng)位置），對左、右輪分別進行標(biāo)記。在進行貝克曼梁法彎沉測試后盡量在同一時間進行落錘式彎沉儀法彎沉測試，落錘承載板中心盡量與上述標(biāo)記點重合。落錘式彎沉儀每點錘擊4次，剔除第1次數(shù)據(jù)后取后3次測試均值作為該點測試數(shù)值。

為保證檢測分析數(shù)據(jù)的有效性，對各特異數(shù)據(jù)進行剔除，然后每段試驗路選取各20組數(shù)據(jù)進行平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等相關(guān)統(tǒng)計參數(shù)進行計算。計算結(jié)果如表2所示。

由以上統(tǒng)計結(jié)果分析可知：

（1）兩種檢測方式下，三種路面結(jié)構(gòu)彎沉大小分別為：3#試驗段>2#試驗段>1#試驗段。彎沉大小在一定程度上表明各路面結(jié)構(gòu)承載力順序，這與各路面道路等級設(shè)計要求承載性能一致。

（2）不管采用何種檢測方式，三種路面結(jié)構(gòu)變異系數(shù)大小順序為：3#試驗段>2#試驗段>1#試驗段。由于變異系數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)差與平均值之比，是相對變化指標(biāo)，這表明三種路面的彎沉數(shù)據(jù)離散程度也呈現(xiàn)上述規(guī)律。這主要是由于存在以下幾方面因素：①公路等級越高，原材料控制均勻性越好、施工質(zhì)量控制更佳，因此彎沉變異性越小;②公路等級越高，運營養(yǎng)護措施越多，對道路損壞修復(fù)越及時，因此彎沉衰減變化程度及范圍越小;③公路等級越低，上面層材料表層均勻性越差，如3#試驗段為級配礫石，表層松散集料會對數(shù)據(jù)采集造成一定影響，進而導(dǎo)致彎沉檢測變異性較大。

（3）比較兩種測量方法彎沉測試值變異系數(shù)，除1#試驗段落錘式彎沉儀測試值較貝克曼梁測試值變異系數(shù)基本相當(dāng)外，貝克曼梁測值變異系數(shù)普遍較落錘式彎沉儀高。這是由于公路等級越高、路面狀況越好，彎沉測試數(shù)據(jù)越穩(wěn)定，受測試現(xiàn)場條件影響越小。而當(dāng)路面狀況不佳時，兩種檢測方式數(shù)據(jù)均受到一定影響，相較而言貝克曼梁法影響更大、落錘式彎沉儀測試則相對穩(wěn)定。表明落錘式彎沉儀較貝克曼梁法具有更高的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確度，另一方面也表明落錘式彎沉儀進行高等級公路彎沉測試時穩(wěn)定性更佳。

3 相關(guān)性分析

為了更好地分析落錘式彎沉儀與貝克曼梁二者彎沉測試數(shù)據(jù)的相關(guān)性，采用最小二乘法，選用線性、二次多項式、指數(shù)關(guān)系等三種擬合方式進行相關(guān)性分析，相關(guān)分析結(jié)果如下。

3.1 1#試驗段

對1#試驗段采用上述三種擬合方式進行相關(guān)性分析，分析結(jié)果如表3所示。

由表3分析可知：

（1）回歸分析結(jié)果顯示，三種回歸方程相關(guān)系數(shù)R均>0.95，符合《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTGE60-2008）有關(guān)擬合精度要求，表明三種回歸形式下兩種檢測方式均具有較好的相關(guān)性，說明落錘式彎沉儀在高等級公路彎沉檢測具有較好的準(zhǔn)確性。

（2）對比三種擬合結(jié)果，線性擬合、二次多項式擬合較指數(shù)擬合具有更好的相關(guān)性，因此在相似路面結(jié)構(gòu)組成路段，可采用線性、二次多項式兩種擬合方式進行彎沉數(shù)據(jù)處理。同時，考慮線性擬合較二次多項式擬合更簡潔方便，優(yōu)先推薦采用線性擬合進行相關(guān)性分析。

3.2 2#、3#試驗段

對2#、3#試驗段采用上述三種擬合方式進行相關(guān)性分析，分析結(jié)果如表4、表5所示。

由以上各表分析可知：

（1）分析2#試驗段回歸分析結(jié)果，三種回歸方程相關(guān)系數(shù)R均>0.95，符合《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTGE60-2008）有關(guān)擬合精度要求，表明三種回歸形式下兩種檢測方式均具有較好的相關(guān)性，說明落錘式彎沉儀在相應(yīng)等級公路彎沉檢測具有較好的準(zhǔn)確性。但二次多項式擬合、指數(shù)擬合較線性擬合具有更好的相關(guān)性，綜合考慮擬合的簡潔性及準(zhǔn)確性，優(yōu)先推薦采用二次多項式擬合進行相關(guān)性分析。

（2）分析3#試驗段回歸分析結(jié)果，三種回歸方程相關(guān)系數(shù)R均<0.95，均不符合《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTGE60-2008）有關(guān)擬合精度要求，表明三種回歸形式下兩種檢測方式不具備較好的相關(guān)性。但擬合相關(guān)性較差并不是表明落錘式彎沉儀檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性較差。前述分析表明，落錘式彎沉儀具有更高的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性，只是鑒于目前評價指標(biāo)是以貝克曼梁法測試的靜態(tài)彎沉為基準(zhǔn)，落錘式彎沉儀測試的動態(tài)彎沉測值需進行其他更為可靠的換算后才能進行直接評價。

4 結(jié)語

選取三種不同結(jié)構(gòu)層組成公路試驗段，分別進行貝克曼梁彎沉儀與落錘式彎沉儀兩種方式彎沉檢測，對三種路面在不同檢測方式下彎沉數(shù)據(jù)特點及兩種彎沉檢測數(shù)據(jù)相關(guān)性進行分析，形成結(jié)論如下：

（1）落錘式彎沉儀較貝克曼梁法具有更高的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確度，且落錘式彎沉儀在進行高等級公路彎沉測試時穩(wěn)定性更佳。

（2）不同等級公路路面兩種彎沉檢測方式下回歸分析相關(guān)性差別較大，瀝青層較厚的高等級公路優(yōu)先推薦采用線性擬合進行相關(guān)性分析，必要時可采用二次多項式擬合方式。

（3）非瀝青面層的低等級路面結(jié)構(gòu)兩種彎沉檢測方式下回歸分析相關(guān)性較差，采用落錘式彎沉儀進行彎沉測試時應(yīng)進行更為廣泛的數(shù)據(jù)采集及對比分析，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

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