公路工程土基回彈模量檢測(cè)技術(shù)

馬水蘭

（新疆路橋南疆工程建設(shè)有限公司，新疆 喀什 844000）

0 引言

作為公路工程的基礎(chǔ)，路基的強(qiáng)度直接影響到公路路面結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量，決定著公路工程能否安全順利的通車運(yùn)行。公路工程土基回彈模量作為公路工程路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，也是反映公路工程路基強(qiáng)度的關(guān)鍵指標(biāo)。土基回彈模量主要是指土基在彈性變形階段在路面結(jié)構(gòu)自重以及交通荷載作用下所產(chǎn)生的豎向變形。為了對(duì)公路工程路基施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定，必須完善公路工程土基回彈模量試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)，以便于及時(shí)對(duì)路基強(qiáng)度不合格的情況進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，提高路基承載能力，確保公路工程整體建設(shè)水平的提高。

1 承載板法測(cè)定土基回彈模量試驗(yàn)技術(shù)

承載板法是現(xiàn)階段在公路工程施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中應(yīng)用最廣泛的測(cè)試方法。承載板法的試驗(yàn)檢測(cè)原理為：利用承載板對(duì)土基進(jìn)行逐級(jí)加載以及卸載，通過(guò)對(duì)承載板每級(jí)荷載作用下的土基回彈變形值進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)而經(jīng)過(guò)計(jì)算得到土基回彈模量的具體數(shù)值。

1.1 施工現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)準(zhǔn)備工作

（1）儀器與材料的準(zhǔn)備

當(dāng)采用承載板法測(cè)試土基回彈模量時(shí)，加載設(shè)施一般選擇后軸重在60kN以上的載重汽車作為加載設(shè)備，并在汽車后軸的后方0.8m處增設(shè)加勁橫梁以作為反力架使用。其他的測(cè)量?jī)x器設(shè)備主要有貝克曼梁、百分表、支架、液壓千斤頂、剛性承載板、秒表以及水平尺等工具。

（2）施工場(chǎng)地的清理準(zhǔn)備

在土基回彈模量試驗(yàn)檢測(cè)開(kāi)始之前，首先應(yīng)該在施工現(xiàn)場(chǎng)選擇有代表性的測(cè)點(diǎn)，并將測(cè)點(diǎn)位置的公路路基整平，或者采取撒布細(xì)砂的方式為承載板試驗(yàn)提供平整的表面。

1.2 施工現(xiàn)場(chǎng)土基回彈模量的測(cè)量

（1）安置承載板

首先應(yīng)該通過(guò)水平尺確保承載板處于水平狀態(tài)。在安置好承載板之后在承載板上放置千斤頂以及測(cè)力環(huán)，為了確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，必須保證豎向安置的垂直，在完成這些安置工作之后，將貝克曼梁的側(cè)頭分別置于承載板的立柱支座上，并將百分表歸零。

（2）測(cè)量土基回彈模量

首先應(yīng)該使用千斤頂按照0.05MPa的標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓1min，確保承載板與土基之間接觸緊密，在穩(wěn)壓1min之后，將百分表的指針調(diào)零。然后進(jìn)行逐級(jí)加載卸壓的試驗(yàn)，荷載不足0.1MPa時(shí)，按照每級(jí)0.02MPa的間隔加壓；荷載超過(guò)0.1MPa時(shí)，按照每級(jí)0.04MPa標(biāo)準(zhǔn)加載。每次加載至預(yù)定荷載之后，應(yīng)該待穩(wěn)壓1min之后再進(jìn)行讀數(shù)的計(jì)量。讀數(shù)的計(jì)量主要記載加載穩(wěn)壓與卸載穩(wěn)壓1min后的百分表讀數(shù)。為了確保試驗(yàn)精度，兩臺(tái)彎沉儀的讀數(shù)應(yīng)該把差值控制在30%以內(nèi)。回彈變形大于1mm時(shí)，即可停止進(jìn)行承載板加載。

圖1為承載板法測(cè)定土基回彈模量的試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)照片。

圖1 承載板法測(cè)定土基回彈模量試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

1.3 承載板法測(cè)量土基回彈模量的計(jì)算

在進(jìn)行土基回彈模量的計(jì)算之前，首先應(yīng)該將試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)試所得的回彈變形值繪制成回彈變形與荷載的關(guān)系曲線，通過(guò)關(guān)系曲線排除明顯變異點(diǎn)對(duì)于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，以確保試驗(yàn)精度滿足要求。

（1）逐級(jí)荷載變形以及回彈總變形的計(jì)算

逐級(jí)荷載的回彈變形值L=加載與卸載百分表讀數(shù)平均值之差×彎沉儀杠桿比；

總回彈變形值L′=加載與卸載百分表讀數(shù)平均值之差×彎沉儀杠桿比。

（2）總影響量的測(cè)定

在完成承載板最后一次卸載之后，讀取百分表的最終讀數(shù)，然后將加載汽車駛離試驗(yàn)場(chǎng)地10m開(kāi)外，讀取百分表的讀數(shù)，兩次初、終讀數(shù)之差的平均值就是影響量a0。

（3）分級(jí)影響量的確定

為了計(jì)算逐級(jí)加載的回彈變形值，必須確定分級(jí)影響量，分級(jí)影響量的計(jì)算公式如式（1）所示：

式中：ai為該級(jí)加載條件下的分級(jí)影響量；a0為總影響量；T1為加載車輛的前后軸距；T2為加載車輛加勁橫梁與車輛后軸的距離；Q為加載車輛的后軸重；D為使用的承載板的直徑，通常為30cm。

（4）土基回彈模量的計(jì)算

逐級(jí)荷載作用下的土基回彈模量計(jì)算公式如式（2）所示：

土基回彈模量的計(jì)算則如式（3）所示：

式中：μ0為土體的泊松比，一般可以取0.35或0.4，具體根據(jù)土體性質(zhì)確定；pi為承載板的壓力，Li為該級(jí)荷載作用下的回彈變形。

1.4 試驗(yàn)報(bào)告的整理

在計(jì)算完成土基回彈模量后，應(yīng)該及時(shí)整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)告。試驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)告中應(yīng)該涵蓋以下幾項(xiàng)內(nèi)容，以便于日后對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的核查：試驗(yàn)當(dāng)天的加載車輛情況；試驗(yàn)當(dāng)天天氣情況；試驗(yàn)區(qū)域的土基含水量以及壓實(shí)度；各級(jí)荷載下的土基回彈模量值以及總體土基回彈模量值。通過(guò)匯總整理為公路工程路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或者是施工質(zhì)量控制提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

2 公路工程土基回彈模量的其他試驗(yàn)檢測(cè)方法

2.1 FWD測(cè)量法

FWD測(cè)量土基回彈模量，主要是利用落錘式彎沉儀進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，測(cè)試的工作原理為落錘式彎沉儀的落錘在相應(yīng)高度下下落，在承載板上產(chǎn)生相應(yīng)的沖擊力，通過(guò)對(duì)土基表面形成脈沖荷載，記錄土基表面由此而形成的瞬間變形，記錄下載脈沖動(dòng)態(tài)荷載作用下的土基表面的動(dòng)態(tài)彎沉以及彎沉盆，進(jìn)而根據(jù)動(dòng)態(tài)彎沉數(shù)據(jù)反算土基回彈模量。利用FWD進(jìn)行土基回彈模量測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)在于相比于承載板法具有更強(qiáng)的實(shí)用性，而且試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)精度較高，土基回彈模量的測(cè)試速度較快，能夠直觀地模擬汽車動(dòng)態(tài)荷載對(duì)土基表面的作用，但是設(shè)備價(jià)格昂貴，投入較大，對(duì)于部分工地實(shí)驗(yàn)室難以承受。

2.2 貝克曼梁法

貝克曼梁法測(cè)定土基回彈模量，其測(cè)試原理為：利用貝克曼梁彎沉儀，對(duì)測(cè)試區(qū)域測(cè)點(diǎn)的回彈彎沉值進(jìn)行測(cè)試，并按照相應(yīng)的計(jì)算公式求得土基回彈模量。貝克曼梁法也是我國(guó)公路工程路基路面試驗(yàn)檢測(cè)規(guī)程中推薦的土基回彈模量試驗(yàn)方法，儀器設(shè)備以及操作相對(duì)較為簡(jiǎn)單。但是相比承載板法測(cè)定土基回彈模量，貝克曼梁法的試驗(yàn)工作量更大，試驗(yàn)檢測(cè)步驟更為煩瑣，因而造成土基回彈模量的試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果不如承載板法精準(zhǔn)。

2.3 土基回彈模量的室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)方法

室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)方法的測(cè)試原理是：對(duì)公路工程路基施工現(xiàn)場(chǎng)的土質(zhì)含水量以及壓實(shí)度進(jìn)行測(cè)定，然后根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)按照同樣的標(biāo)準(zhǔn)成型路基土式樣，借助于三軸壓縮試驗(yàn)，按照公路工程路基的實(shí)際應(yīng)力級(jí)別進(jìn)行重復(fù)加載，從而計(jì)算獲得公路工程的土基回彈模量。該方法檢測(cè)手段簡(jiǎn)單，容易操作。但是由于室內(nèi)試驗(yàn)條件與工程施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況差別較大，因而造成土基回彈模量的試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，難以滿足工程施工質(zhì)量控制的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

公路工程土基回彈模量試驗(yàn)檢測(cè)作為公路工程試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的重要內(nèi)容，也是確保公路工程路基施工質(zhì)量合格的關(guān)鍵檢測(cè)技術(shù)。因此，必須重視對(duì)于公路工程土基回彈模量的試驗(yàn)檢測(cè)，明確公路工程土基回彈模量測(cè)試方法，結(jié)合工程項(xiàng)目實(shí)際情況，選擇適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)檢測(cè)方法，并嚴(yán)格按照試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行技術(shù)檢測(cè)作業(yè)，保證試驗(yàn)結(jié)果的精度要求，從而為公路工程路基施工質(zhì)量控制管理提供準(zhǔn)確的參考依據(jù)。

[1] 劉兆平，李宜鋒.土基回彈模量與壓實(shí)度及含水量的相關(guān)性研究[J].公路與汽運(yùn)，2010（3）：78-81.

[2]JTG E60—2008，公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程[S].

[3]JTG E40—2007，公路土工試驗(yàn)規(guī)程[S].