论文部分内容阅读
摘要：本文阐述了公路路基状况检测技术的作用，探讨了路基状况检测方法—土基的回弹模量检测，及其检测方法的相关性。
关键词：公路路基；作用；检测方法
Abstract: this article elaborated the highway subgrade condition detection technology, discusses the subgrade condition detection method - soil base resilience modulus test, and its correlation detection method.
Key words: highway subgrade; Role; Detection method
中图分类号：U416.1文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
一、引言
经过10多年运行，虽然大部分路基在多年重复荷载作用下已基本稳定，但由于初期高速公路是在规范的不成熟，施工技术、管理水平较低的状况下建设的，路基填料、压实度、排水等要求较低，有些路基在自然环境的长期作用下其性状（水温状况、承载能力等）发生了很大变化，由此引起了很多路基路面病害，严重时路基整体破坏甚至造成交通中断。因此预防和修复病害成为公路养护部门的一项重要工作。另外一方面，我国开始大规模进行高等级公路建设已经有十多年时间，随着社会经济的发展，高速公路交通量呈现快速增长趋势，这使得一部分原有公路设计规模已经不能满足现状，加之车辆超载重载等现象的普遍存在，未到设计年限，即需要进行改扩建升级。
而目前设计施工规范对新建公路提出了更高的要求，原有路基路面状况能否满足现有要求，成为广大设计者和建设管理部门关心的问题。这些情况下都需要对既有路基进行检测，以客观评价路基状况，为养护维修和改扩建工程及时提供决策和设计依据。
二、公路路基检测的作用
1、公路路基检测是路基工程施工技术管理的重要组成部分，是新线路基施工的基本工序和主要质量控制手段，对保证工程质量具有重要意义。
2、公路路基检测是路基工程施工质量检验评定和竣工验收评定工作的主要环节，路基检测是对新线路基施工进行过程控制的主要手段。
3、公路路基检测工作对提高路基工程质量、加快路基工程进度、降低工程造价、推动工程施工技术进步，都起到重要作用。
4、及早发现和及时整治冲空、岩溶、陷穴等隐蔽性危害，保障交通线安全。
5、既有路基病害检测，为大修计划和方案制订提供依据，并可检测病害整治效果。
6、线路提速前对路基质量、状况进行检测和评估，加固后进行检验和评估。
7、既有路基状态检测和评定，是安排路基维修计划的主要依据，是反映路基及附属设备质量和考核路基养护管理工作的重要指标。路基检测还可指导日常维修作业，为线路“状态修”提供依据。
8、促进路基检测技术和方法的标准化、规范化。
9、促进路基检测学科的发展，促进检测设备的研制和新技术装备的开发。
三、土基的回弹模量检测
表征路基结构承载力的土基回弹模量值是公路改扩建工程中需准确测定的一项力学参数。测定回弹模量的方法，目前国内常用的主要有承载板法、贝克曼梁法、动载落锤式弯沉仪(简称FWD)试验方法和其他间接测试方法（如贯人仪测定方法和CBR测定法）。
1、承栽板法
本方法适用于现场土基表面。使用BBZ—100标准车和φ30cm的承载板，通过承载板对土基逐级加载、卸载的方法，测出每级荷载下相应的土基回弹变形值，排除显著偏离的回弹变形异常点，绘出荷载P与回弹变形值L的P～L曲线。P～L曲线大多呈微凸形，少数（土较干而密实时）具有近似线性关系。因而，回弹模量值仍是随荷载压力增加而减小的变量，应按路基实际受到的压力（或回弹弯沉）大小来取值。对于干燥、中湿状态路基的应力、应变P～L曲线基本为线性关系，EO值的变化不大，基本是稳定的。对潮湿、过湿状态的土基的应力、应变P～L呈曲线，E0值随变形增大而减小。
2、贝克曼梁法
贝克曼梁弯沉测量仪的方法是把梁的端头穿过测定车后轴双轮轮隙，置于车轮前方10cm左右的路面测点上。梁在后三分点处通过支点支承于底座上。梁的另一端处架设一百分表，以测定端头的升降量。车辆以爬行速度向前行驶，车轮经过端头时，读取百分表的最大讀数；车辆驶离后，再读取百分表读数；两者差值的两倍即为路表面的回弹弯沉值。
贝克曼梁弯沉测量仪测到的是最大回弹弯沉值。轮载、轮压和加压时间（行驶速度），是影响测定结果的三项加载条件。测定时，测试车辆沿轮迹带行驶。如仅使用一台贝克曼梁弯沉仪，测点沿外侧轮迹带布置。测点间隔可为20～50cm，视测定路段长度和要求精度而定。测定结果可点绘成弯沉断面图。由于影响承载能力的变量较多，可以预料各测设点的弯沉值会有较大的变异。因而通常采用统计的方法对每一路段的弯沉值进行统计处理，以路段的代表弯沉值表征路段的承载能力。
3、贯人仪测定法
土基回弹模量也可用(长杆贯人仪综合次数法简称贯人仪测定法)测定，该法是利用长杆贯人仪，试验时记录测头击人土中每10cm所需的锤击次数，直至贯人土中80cm为止。综合贯人次数是按布辛公式以距路基表面深度为5cnl，15era，25cm，35cm，45cm，55cm，65cm和75cm时的压应力略加调整作为各层的权数。
4、动载FWD试验方法
目前，国际上路面弯沉检测技术发展十分迅速，落锤式弯沉仪（FWD）是目前世界上公认的比较先进的路面承载能力动载评定设备，它具有无损、高效、高精度及采集数据量非常丰富的特点，FWD测速快（每测点约40s），精度高（分辨率为1µm），并较好地模拟了行车荷载的动力作用，目前被认为是较为理想的路面无损检测设备，特别是FWD能够准确测定多点弯沉，可以量测到各级荷载作用下的路表面动弯沉曲线，能够准确地反映弯沉盆的形状。FWD不仅克服了梁式弯沉仪的固有缺陷，而且仪器本身重量轻，解决了稳态动力弯沉仪的静力预载问题。
四、贝克曼梁、承载板及FWD试验方法的相关性
为了对路面的弯沉和路面的承载能力做出准确评价，需要进行FWD和贝克曼梁、承载板之间的弯沉检测对比试验研究，建立弯沉数据间的线性相关关系，确保检测数据的准确性。
1、弯沉对比分析
某段路是连接两个邻市的一条一级公路，选取其中从该路东（K1+000）至临市(K14+150)的一个施工段为试验路段。FWD检测的路面弯沉为动弯沉 ，贝克曼梁和承载板检测的弯沉为静弯沉。试验的主要目的是通过对试验路段各结构层进行现场对比试验 ，研究贝克曼梁、承载板和FWD 3种设备在弯沉检测结果之间的相关性。
试验按照试验路段的施工顺序进行定点分层检测，分别进行土基测试、底基层和基层测试、面层测试 。本次试验共选取了 2 0个测点，在每个测点处分别进行贝克曼梁、FWD和承载板试验 ，各项试验具体操作均按照《公路路基路面现场测试规程》(JTJ 059-95)之规定进行。
在面层的弯沉测试中 ，考虑到承载板主要用于路面的基层和底基层的弯沉测试 ，而用于面层的弯沉测试较少，因此 ，本次试验在路面弯沉测试过程中仅用FWD和贝克曼梁两种方法进行了检测，由此可以看出，FWD和贝克曼梁的数据曲线形式较为相似 ，数值上FWD略大。
2、 相关性分析
由于三者检测得到的弯沉数据之间存在差异，为了能充分发挥FWD先进设备的优势，使其能直接用于路面设计和施工质量检测等领域，应比较分析得出它们的关系。通过理论分析和比较证明了无论是动载还是静载都可以用相同的理论即常规的弹性层状理论来分析，其误差在容许范围之内。虽然试验方法不同，但是还是有一定内在联系的，可以通过相关分析来建立之间的关系。
因测试数据受多种因素影响产生系统误差和随机误差，并呈正态分布，因此 ，选用排序分组均方差分析剔除异常值。以 FWD测定值为主变量进行排序 ，按每组不少于 5个样本值且各组内样本数服从正态分布的方法进行分组 ，对每组内的样本值进行数理统计单因素均方差分析。对剩余的有效值应用最小二乘法回归分析，分别选择线性、多项式、对数、乘幂、指数进行拟合回归，选择相关系数平方值较大的回归分析结果。FWD与承载板的相关性次之，而FWD与贝克曼梁的相关性最差，由此可见：
（1）三种测试方法在相同的测试状况下，弯沉测定值之间都具有良好的相关关系，在一定条件下可以相互换算。
（2）在回归分析的结果中可以看出，二次多项式回归比线性回归的相关性要好一些。
（3）弯沉对比试验是建立在具体路段基础之上的，得出的结论只能适用于同样条件下的路面结构。
结束语
公路路基状况检测是公路工程检测技术新学科的重要部分，是一门快速发展的分支学科，它融检测理论、仪器开发研制和测试操作技术及路基工程相关学科基础知识于一体。公路路基状况检测技术的发展，对保证工程质量和我国检测技术的发展都具有重要意义。虽然公路路基状况检测技术和方法的检测标准还在逐步推出的过程中，但是有些方法尚只有规范中简单的条文要求，而无规范的检测标准，应进一步及时总结实践经验，吸收国内外研究成果和工程经验，使其向标准化、规范化方向发展。
参考文献
[1]马玉兰,常静,萧风.浅谈道路检测技术[J].交通科技,2007.
[2]姚祖康.道路路基和路面工程[J].同济大学出版社,1994.
[3]于秋莉.浅谈路基检测技术的两点应用[J].交通科技与经济,2003.
[4]石鸿.公路土基回弹模量测试方法及推荐值研究[D].长安大学硕士论文,2005.
关键词：公路路基；作用；检测方法
Abstract: this article elaborated the highway subgrade condition detection technology, discusses the subgrade condition detection method - soil base resilience modulus test, and its correlation detection method.
Key words: highway subgrade; Role; Detection method
中图分类号：U416.1文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
一、引言
经过10多年运行，虽然大部分路基在多年重复荷载作用下已基本稳定，但由于初期高速公路是在规范的不成熟，施工技术、管理水平较低的状况下建设的，路基填料、压实度、排水等要求较低，有些路基在自然环境的长期作用下其性状（水温状况、承载能力等）发生了很大变化，由此引起了很多路基路面病害，严重时路基整体破坏甚至造成交通中断。因此预防和修复病害成为公路养护部门的一项重要工作。另外一方面，我国开始大规模进行高等级公路建设已经有十多年时间，随着社会经济的发展，高速公路交通量呈现快速增长趋势，这使得一部分原有公路设计规模已经不能满足现状，加之车辆超载重载等现象的普遍存在，未到设计年限，即需要进行改扩建升级。
而目前设计施工规范对新建公路提出了更高的要求，原有路基路面状况能否满足现有要求，成为广大设计者和建设管理部门关心的问题。这些情况下都需要对既有路基进行检测，以客观评价路基状况，为养护维修和改扩建工程及时提供决策和设计依据。
二、公路路基检测的作用
1、公路路基检测是路基工程施工技术管理的重要组成部分，是新线路基施工的基本工序和主要质量控制手段，对保证工程质量具有重要意义。
2、公路路基检测是路基工程施工质量检验评定和竣工验收评定工作的主要环节，路基检测是对新线路基施工进行过程控制的主要手段。
3、公路路基检测工作对提高路基工程质量、加快路基工程进度、降低工程造价、推动工程施工技术进步，都起到重要作用。
4、及早发现和及时整治冲空、岩溶、陷穴等隐蔽性危害，保障交通线安全。
5、既有路基病害检测，为大修计划和方案制订提供依据，并可检测病害整治效果。
6、线路提速前对路基质量、状况进行检测和评估，加固后进行检验和评估。
7、既有路基状态检测和评定，是安排路基维修计划的主要依据，是反映路基及附属设备质量和考核路基养护管理工作的重要指标。路基检测还可指导日常维修作业，为线路“状态修”提供依据。
8、促进路基检测技术和方法的标准化、规范化。
9、促进路基检测学科的发展，促进检测设备的研制和新技术装备的开发。
三、土基的回弹模量检测
表征路基结构承载力的土基回弹模量值是公路改扩建工程中需准确测定的一项力学参数。测定回弹模量的方法，目前国内常用的主要有承载板法、贝克曼梁法、动载落锤式弯沉仪(简称FWD)试验方法和其他间接测试方法（如贯人仪测定方法和CBR测定法）。
1、承栽板法
本方法适用于现场土基表面。使用BBZ—100标准车和φ30cm的承载板，通过承载板对土基逐级加载、卸载的方法，测出每级荷载下相应的土基回弹变形值，排除显著偏离的回弹变形异常点，绘出荷载P与回弹变形值L的P～L曲线。P～L曲线大多呈微凸形，少数（土较干而密实时）具有近似线性关系。因而，回弹模量值仍是随荷载压力增加而减小的变量，应按路基实际受到的压力（或回弹弯沉）大小来取值。对于干燥、中湿状态路基的应力、应变P～L曲线基本为线性关系，EO值的变化不大，基本是稳定的。对潮湿、过湿状态的土基的应力、应变P～L呈曲线，E0值随变形增大而减小。
2、贝克曼梁法
贝克曼梁弯沉测量仪的方法是把梁的端头穿过测定车后轴双轮轮隙，置于车轮前方10cm左右的路面测点上。梁在后三分点处通过支点支承于底座上。梁的另一端处架设一百分表，以测定端头的升降量。车辆以爬行速度向前行驶，车轮经过端头时，读取百分表的最大讀数；车辆驶离后，再读取百分表读数；两者差值的两倍即为路表面的回弹弯沉值。
贝克曼梁弯沉测量仪测到的是最大回弹弯沉值。轮载、轮压和加压时间（行驶速度），是影响测定结果的三项加载条件。测定时，测试车辆沿轮迹带行驶。如仅使用一台贝克曼梁弯沉仪，测点沿外侧轮迹带布置。测点间隔可为20～50cm，视测定路段长度和要求精度而定。测定结果可点绘成弯沉断面图。由于影响承载能力的变量较多，可以预料各测设点的弯沉值会有较大的变异。因而通常采用统计的方法对每一路段的弯沉值进行统计处理，以路段的代表弯沉值表征路段的承载能力。
3、贯人仪测定法
土基回弹模量也可用(长杆贯人仪综合次数法简称贯人仪测定法)测定，该法是利用长杆贯人仪，试验时记录测头击人土中每10cm所需的锤击次数，直至贯人土中80cm为止。综合贯人次数是按布辛公式以距路基表面深度为5cnl，15era，25cm，35cm，45cm，55cm，65cm和75cm时的压应力略加调整作为各层的权数。
4、动载FWD试验方法
目前，国际上路面弯沉检测技术发展十分迅速，落锤式弯沉仪（FWD）是目前世界上公认的比较先进的路面承载能力动载评定设备，它具有无损、高效、高精度及采集数据量非常丰富的特点，FWD测速快（每测点约40s），精度高（分辨率为1µm），并较好地模拟了行车荷载的动力作用，目前被认为是较为理想的路面无损检测设备，特别是FWD能够准确测定多点弯沉，可以量测到各级荷载作用下的路表面动弯沉曲线，能够准确地反映弯沉盆的形状。FWD不仅克服了梁式弯沉仪的固有缺陷，而且仪器本身重量轻，解决了稳态动力弯沉仪的静力预载问题。
四、贝克曼梁、承载板及FWD试验方法的相关性
为了对路面的弯沉和路面的承载能力做出准确评价，需要进行FWD和贝克曼梁、承载板之间的弯沉检测对比试验研究，建立弯沉数据间的线性相关关系，确保检测数据的准确性。
1、弯沉对比分析
某段路是连接两个邻市的一条一级公路，选取其中从该路东（K1+000）至临市(K14+150)的一个施工段为试验路段。FWD检测的路面弯沉为动弯沉 ，贝克曼梁和承载板检测的弯沉为静弯沉。试验的主要目的是通过对试验路段各结构层进行现场对比试验 ，研究贝克曼梁、承载板和FWD 3种设备在弯沉检测结果之间的相关性。
试验按照试验路段的施工顺序进行定点分层检测，分别进行土基测试、底基层和基层测试、面层测试 。本次试验共选取了 2 0个测点，在每个测点处分别进行贝克曼梁、FWD和承载板试验 ，各项试验具体操作均按照《公路路基路面现场测试规程》(JTJ 059-95)之规定进行。
在面层的弯沉测试中 ，考虑到承载板主要用于路面的基层和底基层的弯沉测试 ，而用于面层的弯沉测试较少，因此 ，本次试验在路面弯沉测试过程中仅用FWD和贝克曼梁两种方法进行了检测，由此可以看出，FWD和贝克曼梁的数据曲线形式较为相似 ，数值上FWD略大。
2、 相关性分析
由于三者检测得到的弯沉数据之间存在差异，为了能充分发挥FWD先进设备的优势，使其能直接用于路面设计和施工质量检测等领域，应比较分析得出它们的关系。通过理论分析和比较证明了无论是动载还是静载都可以用相同的理论即常规的弹性层状理论来分析，其误差在容许范围之内。虽然试验方法不同，但是还是有一定内在联系的，可以通过相关分析来建立之间的关系。
因测试数据受多种因素影响产生系统误差和随机误差，并呈正态分布，因此 ，选用排序分组均方差分析剔除异常值。以 FWD测定值为主变量进行排序 ，按每组不少于 5个样本值且各组内样本数服从正态分布的方法进行分组 ，对每组内的样本值进行数理统计单因素均方差分析。对剩余的有效值应用最小二乘法回归分析，分别选择线性、多项式、对数、乘幂、指数进行拟合回归，选择相关系数平方值较大的回归分析结果。FWD与承载板的相关性次之，而FWD与贝克曼梁的相关性最差，由此可见：
（1）三种测试方法在相同的测试状况下，弯沉测定值之间都具有良好的相关关系，在一定条件下可以相互换算。
（2）在回归分析的结果中可以看出，二次多项式回归比线性回归的相关性要好一些。
（3）弯沉对比试验是建立在具体路段基础之上的，得出的结论只能适用于同样条件下的路面结构。
结束语
公路路基状况检测是公路工程检测技术新学科的重要部分，是一门快速发展的分支学科，它融检测理论、仪器开发研制和测试操作技术及路基工程相关学科基础知识于一体。公路路基状况检测技术的发展，对保证工程质量和我国检测技术的发展都具有重要意义。虽然公路路基状况检测技术和方法的检测标准还在逐步推出的过程中，但是有些方法尚只有规范中简单的条文要求，而无规范的检测标准，应进一步及时总结实践经验，吸收国内外研究成果和工程经验，使其向标准化、规范化方向发展。
参考文献
[1]马玉兰,常静,萧风.浅谈道路检测技术[J].交通科技,2007.
[2]姚祖康.道路路基和路面工程[J].同济大学出版社,1994.
[3]于秋莉.浅谈路基检测技术的两点应用[J].交通科技与经济,2003.
[4]石鸿.公路土基回弹模量测试方法及推荐值研究[D].长安大学硕士论文,2005.