回彈彎沉檢測在公路路基路面檢測中的應用

溫艷艷

山東瑞泰建設有限公司 山東 濱州 256600

引言

實際開展公路工程施工期間，彎沉作為反映路基路面結構性能的重要途徑，受到了國內外越來越多研究學者的關注，這一檢測技術在公路路基路面檢測中的應用越來越多，包括路面結構設計環(huán)節(jié)、施工質量控制環(huán)節(jié)、竣工驗收環(huán)節(jié)等方面，逐漸成為我國公路建設過程中的關鍵參數(shù)，因此對回彈彎沉檢測法進行詳細介紹有著重要的現(xiàn)實意義。

1 公路路基路面檢測中應用回彈彎沉檢測法的現(xiàn)狀

為對公路工程施工質量與運行管理水平形成深入了解，現(xiàn)場施工人員經常會采用回彈彎沉檢測法對路基路面強度、剛度等參數(shù)進行檢測。大量學者研究成果表明，回彈彎沉檢測結果越大，路面結構塑性變形量則越高，例如，若公路路基路面的抗疲勞能力不足，將會導致公路結構的承載力下降，對公路的運輸能力等功能產生不利影響。除此之外，影響路基路面回彈彎沉值還包括下述幾方面。

1.1 彎沉標準

基于現(xiàn)代運輸模式的轉型與升級，工作人員需要重新進行彎沉標準測試工作，包括車輛軸重、檢測車單輪傳壓面、車胎氣壓等參數(shù)。同時，檢測人員在嚴格遵守規(guī)范標準與要求執(zhí)行操作的同時，對于車輛性能方面的要求也在逐漸增高，以便由于車輛性能原因對數(shù)據(jù)準確性產生不利影響。

1.2 溫度影響系數(shù)

這一指標要求檢測人員需要結合實際溫度變化情況，對溫度系數(shù)進行對標調整，確保檢測數(shù)值的準確性。

1.3 人員因素

實際開展公路路基路面施工期間，施工人員對于操作流程以及方式方法的掌握程度、自身專業(yè)素養(yǎng)等因素，也是直接影響檢測結果準確性的一項關鍵因素。一旦出現(xiàn)由于上述幾方面人工失誤產生的誤差，將會嚴重影響公路路基路面以及整體結構的施工質量，甚至可能為公路工程后期的運行埋下安全隱患。

為避免對公路路基路面進行回彈彎沉檢測受到上述幾方面因素的影響，檢測人員在操作之前，需要充分掌握回彈彎沉檢測原理以及具體操作流程與方法，詳細開展對比分析后結合實際進行應用，確保能夠有效提升回彈彎沉檢測值的準確性，為公路路基路面施工質量提供保障[1]。

2 回彈彎沉檢測在公路路基路面檢測中的應用要點

2.1 明確回彈彎沉檢測原理

回彈彎沉檢測得出的回彈彎沉值，主要指的是在標準狀態(tài)下，后軸載雙輪組輪縫中心位置彎沉的最大值，也就是在車輪的荷載作用下，車輛在運行過程中，與路面產生的垂直位移作用。對路表進行回彈彎沉得出的數(shù)據(jù)也能表示路基路面的綜合承載力數(shù)據(jù)，是判斷路面整體抗壓強度的關鍵指標，也是評定路面整體使用性能的重要參數(shù)。具體而言，路面在受到車輪作用的影響時，所有檢測點得出的彎沉數(shù)值相加與其產生的變形數(shù)值相加總和基本相同；直至車輪駛離路面其產生的荷載將會逐漸降低，此時路面將會整體向上回彈，通過如此測算即可得出回彈彎沉值。將得出的總彎沉值減去回彈彎沉值，即可得出殘余彎沉值。大量研究結果表明，總彎沉值與回彈彎沉之間的關系，主要體現(xiàn)在下述三方面：第一，若總體彎沉值，相較回彈彎沉值大，則表示路面除了存在彈性變形的問題之外，還可能出現(xiàn)塑性變形的情況。第二，若總體彎沉值與回彈彎沉值處于相同的情況下，則表示公路路面已處于完全彈性體作用狀態(tài)下。第三，若總體彎沉值不超過回彈彎沉值的情況下，則公路路面則會出現(xiàn)隆起塑性變形等問題。

2.2 回彈彎沉檢測方法

2.2.1 貝克曼梁彎沉儀。這是一種常用于路面強度檢測的設備，廣泛應用與路面彎沉數(shù)據(jù)檢測過程中。使用貝克曼梁彎沉儀主要通過固定采樣的方式進行操作，最終得出路面靜態(tài)彎沉數(shù)值。貝克曼梁彎沉儀的應用經驗較早，使用范圍相對廣泛，而且對操作人員的技術要求不高，受天氣等外界環(huán)境因素的影響相對較低。貝克曼梁彎沉儀的應用原理如下：路基路面在受到荷載作用時，面層、基層以及路基受到的作用力之間有一定差距，并不完全相同，因此在路面部分位置會出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，但僅限局部，主要體現(xiàn)在以軸重負荷點為中心的位置，產生彎沉盆的現(xiàn)象。公路路面所受到的荷載一旦轉移，就會在路基路面結構自身的彈性作用下消除彎沉盆現(xiàn)象，恢復原本的狀態(tài)。彎沉值指的是路面在承受車輪荷載前后的數(shù)據(jù)差。有關研究成果表示，路面荷載經過轉移后，也就是說彈性彎沉值與總彎沉值不同時，路面內部會剩余少部分殘余變形值，由此形成的路面彎沉盆并不會完全消失，彎沉值的大小與當?shù)貧夂?、溫度等條件有直接影響，行車速度也是影響彎沉值的重要指標。

貝克曼梁彎沉儀的制作，主要運用了杠桿原理，實際進行路基路面檢測時，一旦路基路面結構受荷載影響發(fā)生彎沉，將會體現(xiàn)出百分表側桿從下向上發(fā)生變化，百分表內部的指針也會出現(xiàn)變動。如使用百分表，需要將其夾在專用表架上，特殊情況下也要將其固定在相對穩(wěn)定且牢固的支架處，最大化保障百分表處于良好固定的狀態(tài)下。進行測量時，需要將百分表輕提放至測試桿上，將工件移動到測試頭下面，徐徐下降直至工件與測試頭接觸，不可將工件強迫到測試頭下放，也不能快速降低測試頭，以免對測力造成沖擊，影響測量結果的精準性。對于百分表參數(shù)的讀取，需要以小指針所過刻度線為先，這表示數(shù)據(jù)的整數(shù)部分；然后以大指針所過刻度線參數(shù)代表數(shù)據(jù)小數(shù)點后的部分，將其乘以0.1后二者相加，則可得出靜態(tài)彎沉數(shù)值。

常見的貝克曼梁彎沉儀主要有梁長分別為5.4m以及3.6m的兩種類型，一般情況下，測試量前臂長度是后臂長度的一半。這種工具的制作方法簡便，具有結構簡單、價格較低等優(yōu)勢。但是這種檢測方式受人為因素的影響較大，相對而言工作效率低。介于此，貝克曼梁彎沉儀主要應用在低等級工作日常養(yǎng)護施工、舊路評價等檢測環(huán)節(jié)中。

2.2.2 自動彎沉儀。自動彎沉儀主要包括三部分結構，分別為數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、測量機構、測試車輛。其中，溫度傳感器、位移傳感器、距離傳感器等設備通過與數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)連接，能夠自動收集有關數(shù)據(jù)，通過對有關數(shù)據(jù)進行計算即可得出彎沉盆數(shù)據(jù)，工作人員可將其遵守有關規(guī)定與貝克曼梁彎沉儀建立聯(lián)系，對測試點的回彈彎沉情況進行更加詳細的分析。雖然自動彎沉儀能夠自動進行各項測量工作，但是這種檢測方式也會受到行駛車輛、外界因素等多方面的影響，對測試結果準確性造成不利影響。自動彎沉儀的制作同樣是根據(jù)杠桿原理，實際進行車輛前后軸間底盤測量工作中，需要將其與彎沉測定梁進行連接，期間需要保障梁始終以對地面發(fā)揮支撐作用?？刂栖囕v緩慢以勻速向前行駛，期間使用位移傳感器對后軸雙輪間隙數(shù)據(jù)進行測量，得出路基路面彎沉情況；同時也要對測定梁被拖動情況進行記錄，以二倍車速下向下一測點移動為對象，得出有關數(shù)據(jù)。相較于其他的設備，自動彎沉儀能夠自動連續(xù)執(zhí)行操作，還能結合實際情況進行自動化記錄[2]。

2.2.3 落錘彎沉測試儀。落錘彎沉儀在公路路基路面質量監(jiān)測中的應用也相對較廣泛，這種測量方式，主要是根據(jù)落錘重量，分析落錘瞬間公路路面出現(xiàn)的瞬間變形參數(shù)。這種方法檢測原理如下：借助液壓系統(tǒng)向地面施加壓力，模擬車輛行駛途中對路基路面產生的荷載，以此為基礎，分析路基路面的彎沉情況，以固定采樣的方式獲取回彈彎沉值等數(shù)據(jù)。落錘彎沉儀進行測試時產生的沖擊荷載，與行駛速度60-80km/h的車輛產生的動態(tài)荷載基本相同，由此數(shù)據(jù)計算彎沉數(shù)據(jù)也能更加精準。實際檢測期間常用的落錘彎沉測試儀主要有牽引式、內置式兩種類型，前者使用范圍相對更加廣泛，可自啟動落錘裝置對路面形成撞擊并通過傳感器收集數(shù)據(jù)，致使路面受到脈沖荷載的沖擊出現(xiàn)瞬時變形的現(xiàn)象；同時不同測試點的傳感器實時收集變形信號，轉化為電信號后傳輸至計算機系統(tǒng)，以便工作人員對動態(tài)彎沉與彎沉盆實際情況進行詳細分析。采用落錘彎沉儀除了能夠測量路面結構彎沉數(shù)據(jù)之外，還能對路面結構層模量進行計算，對路基路面承載能力的具體參數(shù)進行綜合判定。

2.2.4 激光多普勒彎沉儀。這種設備能夠及時收集動態(tài)化數(shù)據(jù)，激光多普勒彎沉儀的測試原理如下：在汽車高速行駛的狀態(tài)下，運用激光多普勒原理，對路面路基在受到地面荷載作用影響下產生的垂直下沉速度，以及下沉量等情況進行測量，之后對彎沉盆、彎沉值進行詳細分析，最終即可得到路面路基的回彈彎沉情況。激光多普勒彎沉儀能夠通過非接觸的方式，對公路路基路面情況進行監(jiān)測，能夠在試驗車輛行駛速度高達80km/h的情況下對地面彎沉情況進行精準的分析。激光多普勒彎沉儀主要應用在高速公路回彈彎沉監(jiān)測工作，主要受其成本的影響，尚未做到大范圍普及。

3 具體應用的優(yōu)化要點

3.1 路面結構設計

為進一步提高監(jiān)督管理部門控制公路建設使用情況的全面進而為行業(yè)發(fā)展提供理論依據(jù)，規(guī)劃設計工作完畢后，施工人員需要結合路面結構的實際參數(shù)，對路基路面回彈彎沉進行全方位測量。測量人員在獲得準確的回彈彎沉值后進行計算，最終綜合塑性要求能夠最大化避免路面結構承載力被環(huán)境、建設等其他外部因素影響[3]。

3.2 彎沉檢測過程

測量人員實際進行回彈彎沉檢測作業(yè)時，需要做好試驗前準備。如對測試車的剎車性能、車況、車胎內胎等情況進行檢測，保障測試車的車胎內胎的充氣壓力滿足有關標準規(guī)范。在向車輛裝載鐵塊或是集料時，需要做好總質量控制工作，確保集料或鐵塊質量與軸重要求一致。輪胎接地面積需要在0.1cm2之內。除此之外，正式開展回彈彎沉檢測之前，工作人員還需要將測試車頂起，鋪設復寫紙后，將測試車下落在復寫紙上，精準測量測試車輪胎的接地面積，最大可能的降低誤差問題。同時，還需要提前對彎沉設備的靈敏度與檢測路面實際溫度進行檢測，防止由于外界因素影響回彈彎沉值的準確性。實際操作主要按照如下流程：第一，布置測試點，使用白色油漆或粉筆詳細標注測試點位置；第二，將試驗車的后輪輪系對準測試點距離，約處于測試點后面3～5cm左右的位置；第三，將彎沉儀測試桿的百分表歸零，使用時即可對其單側或雙側進行測定；第四，將車輛前進速度控制在5km/h點左右，在車輛完全停止的情況下，再讀取測量數(shù)值。需要注意的是，表針也需要保障回轉穩(wěn)定后在讀取測量數(shù)值。

3.3 舊路補強設計

現(xiàn)如今，各地對交通運輸行業(yè)要求不斷提高，各種交通工具數(shù)量與種類都在提高，于公路安全、質量、承載力、剛度、強度等指標的要求不斷提高。但是部分公路由于使用時間過久，逐漸無法滿足當前社會交通運輸需求。因此需要進行舊路補強設計，對舊路進行翻新提升其應用價值。舊路補強設計中使用回彈彎沉檢測法，可在充分了解實際道路運行條件的基礎上，為設計補強方案提供參考[4]。

4 結束語

應用回彈彎沉檢測法對公路路基路面進行檢測，需要結合實際情況，充分了解施工原料以及作業(yè)方式。正式進行檢測之前還需要做好各項儀器準備工作，包括設備靈敏度、路面實際溫度等，防止影響檢測結果精準性。