便携式落锤弯沉仪在高速公路路基压实质量检测中的应用.pdf

交通世界TRANSPOWORLD0 引言在路基施工中会进行大量的填土、填石工程，这些工程中土石填料的压实质量直接决定着工程质量的优劣。为确保路基的压实质量，一般会采用分层压实的方法。现有的高速公路施工质量检测，特别是压实度的检测评价，已经难以满足工程建设对实时评价和快速控制的要求1。传统的压实质量检测方法存在检测时间长、检测成本高、对压实好的路基有损伤等缺点。便携式落锤弯沉仪是一种常用的压实度检测设备，该设备通过高精度的传感器来测量路基或路面的弯沉，并将测量结果与标准数据库进行比较，以评估路基和路面的压实度2。因此，本文研究了采用便携式落锤弯沉仪进行的检测工作，并对其检测结果进行了有效分析。1 便携式落锤弯沉仪的工作原理便携式落锤弯沉仪（Portable Falling Weight Deflectometer，PFWD）是一种基础填筑表面动力承载能力试验检测设备，也是当今国际上广泛应用的结构强度无损检测设备，主要应用于港口、机场、城市交通和民用建筑等的路基、地基、场地平整等领域3。PFWD的组成元件包含了笔记本电脑、位移传感器、缓冲垫、压力传感器、滑杆、落锤、数据采集装置等。便携式落锤弯沉仪的工作原理是基于冲击荷载下路基或路面结构的变形来检测压实度的。在冲击荷载作用下，传感器会测量路基或路面结构表面的振动，并将信号转换为数字信号。经过处理数字信号并分析其信息，可以得出路基或路面的弯沉值。将得到的数值与标准数据库进行比较，即可评估路基和路面的压实度。在测量过程中，传感器会产生一定强度的冲击力，冲击力的大小和方向都会影响传感器的测量数据4。如果传感器在测量过程中产生塑性应变，就会导致测量数据不准确，因为塑性应变使材料在外力作用下发生变形。因此，在实际应用中，往往需要对传感器进行调整以确保测量数据的准确性，以便准确地评估路基或路面的压实度。此次研究默认为落锤的冲击载荷是瞬间产生的，并且忽略塑性应变的产生，认为这个过程只存在回弹应变。PFWD 以测回弹应变为主，有很多研究已经验证了 PFWD测得的荷载变形能够使用线弹性理论进行研究。PFWD 的动弹性模量值可近似为路基的回弹模量值。在圆形垂直刚性分布荷载的作用下，弹性半空间体内任何一点垂直位置的公式如式（1）所示5。w=()1+u p2E0(2-2u+z)sinxxe-zxJ0()rx dx（1）式（1）中：w为路基上任意一处的垂直位移；z和r分别为竖向坐标和径向坐标；和p分别为承载板半径和承载板上的平均压力；x为积分变量；E为路基上的回弹模量；u为路基土的泊松系数；J0为零阶贝塞尔函数。当z和r均为0时，代入式（1），在此基础上，可得出荷载中心距路基面的竖直位移公式，如式（2）所示5。l=2p()1-u2E4（2）采用式（2）并利用PFWD测得最大弯沉值l，进而得到 PFWD检测得到的回弹模拟理论计算公式，如式收稿日期：2023-06-06作者简介：郑鑫（1983），男，湖北孝感人，高级工程师，研究方向为公路工程。便携式落锤弯沉仪在高速公路路基压实质量检测中的应用郑鑫（华设检测科技有限公司，江苏 南京 210014）摘要：针对传统高速公路压实质量检测方法精准度不高的问题，采用便携式落锤弯沉仪对京昆高速公路工程中的路基压实质量进行检测分析。分析结果表明，随着碾压次数的增加，不同类型填料路段的回弹模量与之成正相关，4次碾压之后回弹模量趋于平稳，土石混合填料路段回弹模量最高，约为500 MPa。可见便携式落锤弯沉仪可以应用于高速公路路基压实质量检测中，且效果较好。关键词：便携式落锤弯沉仪；路基压实；质量检测；回弹模量；压实度中图分类号：U416.1文献标识码：A55总661期2023年第31期（11月 上）（3）所示。Ep=p()1-u22l（3）式（3）中：Ep为路基回弹模量；p为实际测试时承载板最大压力；l为实测承载板中心的弯沉；为承载板半径。2 便携式落锤弯沉仪的应用优势压实度和回弹模量是目前我国高速公路路基工程现场施工质量控制的主要指标。在高速公路施工过程中，利用便携式落锤弯沉仪进行检测具有以下优点。2.1 具有更高的准确性便携式落锤弯沉仪可以通过高精度的传感器准确测量路堤和路面的弯沉，与传统的手工测量方法相比，具有更高的准确性。2.2 具有更快的测量速度便携式落锤弯沉仪可以在很短的时间内完成测试，不会对道路造成损坏。此外，便携式落锤弯沉仪的测量适应性强。其可以安装在车辆上，能够携带到现场进行测试。2.3 数据分析步骤简单采用便携式落锤弯沉仪测得的数据分析步骤比较简单。便携式落锤弯沉仪可以通过数字信号处理技术对测量数据进行分析，得出准确的弯沉平均值和标准差。3 便携式落锤弯沉仪的工程应用3.1 工程概况为验证PFWD在高速公路路基压实质量快速检测中的实用性，选取G5京昆高速公路中的细粒土路段、水泥土路段和土石混填路段进行研究。该公路全长2 865 km，双向六车道，设计时速120 km/h。京昆高速公路施工中采用灌砂法检测压实度进行质量检测。此次实验采用现场点对点对比结合检测，对测得的各项数据进行了关联分析，进而建立压实度与回弹模量之间的关系，从而为PFWD法在高速公路路基压实度快速测试中的应用提供更多的科学依据。采用 PFWD法对每一点进行两次预压，以消除路基的塑性变形以及路基表面的凹凸、疏松等问题，在每一个测量点上测量出三个有意义的数值，并将其平均值作为该测量点的回弹模量。灌砂试验根据公路路基路面现场测试规程（JTG E602008）中的方法，试验时严格按照施工流程进行。为减少下层刚度的影响，选取第五七层路堤布置测点。每一个断面布置4个测点，测点之间间隔8 m，两个断面共计24个测点。此外，在上述高速公路三种不同土路堤的压实过程中，每遍碾压完成后使用便携式落锤弯沉仪检测对应测点的回弹模量值，将现场试验路段检测得到的回弹模量和压实度的检测结果进行回归分析，采用多元回归方法对试验数据进行拟合，分析回弹模量和压实度的相关关系。以便于分析PFWD在不用填料的路基压实质量检测中的实用性。3.2 应用结果分析现场试验路段检测得到的关于碾压次数与回弹模量的检测结果如图1所示。图1（a）为细粒土路堤不同碾压遍数下的回弹模量变化曲线，图1（b）为水泥土路堤不同碾压遍数下的回弹模量变化曲线，图 1（c）为土石混填路堤不同碾压遍数下的回弹模量变化曲线。图1 不同路段在不同碾压次数下的回弹模量Ep变化曲线56交通世界TRANSPOWORLD由图1可知，随着碾压次数的增加，回弹模量值越来越大，但是三种不同类型填充路段的回弹模量值的增加率均降低，第4次碾压之后，回弹模量的增加趋于平稳。其中曲线变化最为剧烈的是土石混填路段，并且回弹模量的数值也比其他两者高。图2所示为不同填料路段在不同碾压次数下的压实度变化曲线。图2 不同填料路段在不同碾压次数下的压实度变化曲线由图2可知，第1遍碾压之后三个路段的压实度分别为 75.87%、71.15%、70.37%。第 4 遍碾压之后的压实度分别为97.02%、97.59%、96.84%。其变化趋势与回弹模量随碾压次数的变化趋势几乎一致，三种路段随着碾压次数的增多，压实度也随之增大，且压实度增长越来越慢，逐渐趋于平稳。4 结束语为测试PFWD在高速公路压实质量测量中的应用效果，本文以京昆高速公路为例，展开了一系列施工布置与检测试验。试验结果表明，随着碾压次数的增加，细粒土路段各点的回弹模量由60增至110左右，水泥土路段各点的回弹模量由70增至130左右，土石混填路段各点的回弹模量由150增至350左右，各类型路段的回弹模量增加逐渐趋于平稳。细粒土路堤、水泥土路堤和土石混填路堤在第1遍碾压之后的压实度分别为75.87%、71.15%、70.37%，第 4 遍碾压之后其压实度分别为97.02%、97.59%、96.84%，其变化趋势与回弹模量随碾压次数的变化趋势几乎一致，随着试验次数的增加而增加并逐渐趋于平稳。综上所述，此次研究采用的测试方法取得了较好的效果。参考文献：1 占样烈，赵翀.动力锥贯入仪DCP在砂类土路基检测中的应用研究J.工程勘察，2021，49（6）：34-37.2 张荣，腊润涛，牛云霞.填石路基压实工艺与质量检测方法研究J.公路，2020，65（10）：90-93.3 李盛，郜梦棵，刘玉龙，等.基于PFWD的公路填石路基压实质量快速检测方法研究J.交通科学与工程，2022，38（4）：10-15.4 安鸿飞，商玉洁，李婕，等.粉土路基压实控制指标的分析研究J.广西大学学报（自然科学版），2019，44（1）：206-211.5 叶阳升，蔡德钩，朱宏伟，等.基于振动能量的新型高速铁路路基压实连续检测控制指标研究J.铁道学报，2020，42（7）：127-132.57