论文部分内容阅读
摘要：路基施工质量的好坏直接影响公路的整体质量，路基回弹模量是公路路面结构设计的主要参数之一，选择合理的方法，对路基回弹模量的快速检测方法尤为重要。文章对路基回弹摸量的影响因素作了分析，并探讨了路基回弹模量的测试方法。
关键词：回弹模量；含水率；压实度；公路路基
路基是道路的主体和路面的基础，路基施工质量的好坏直接影响公路的整体质量，影响到道路的使用品质及使用寿命。如何构筑一个坚实、均匀、稳定的土基，提高土基的抗变形能力，是保证公路路面结构具有良好使用品质与经济效益的根本措施。由于土基回弹模量是一个关于土的类型、含水量、压实度、测定方法、加荷频率和加荷循环次数等的复杂函数。对特殊土路基回弹模量及其性质的研究对于公路路基路面设计、施工质量控制等都具有十分重要的作用和实际意义。
一、土基回弹模量的影响因素分析
（一）含水率
对同一种土质，压实度相同的条件下，土基回弹模量E。随含水率的增加而降低，含水率平均增加1%，回弹模量平均降低2MPa。公路在施工时一般在最佳含水率士2%以内进行压实，而公路在通车运营数年后路基填土的含水率较竣工时有大幅度增长，即路基的湿度增大。
（二）压实度
压实度也是影响回弹模量的重要因素。道路破坏其中80%是由路基变形引起的，而路基强度的大小是影响路基变形的主要因素，因此路基的压实是路基施工过程的一个重要工序，也是提高路基强度和稳定性的根本技术措施。在相同应力级位、含水率为最佳含水量情况下，压实度由100%降至90%，粘土回弹模量最低约下降至原来的65%，粉土回弹模量最低约下降至原来的70%。对于砂土来说，压实度对回弹模量的影响很小。
（三）土质
不同类型的土回弹模量也有很大的差别。尤其是在季节性冰冻地区，路基土的冻融过程会影响土颗粒的结构形态。冻胀现象多发生在细粒土中，特别是粉土、粉质粘土中，冻结时水分迁移积聚最为强烈，冻胀现象严重。因为这类土具有较明显的毛细现象，上升高度大，速度快，具有通畅的水源补给通道，土粒矿物成分亲水性强，土虽有较厚的结合水膜，能持有较多的结合水，同时，这类土的颗粒较细，表面能大，从而能使大量结合水迁移和积聚。
（四）应力级位对路基回弹模量的影响分析
应力状况中加载频率和持续时间对路基土的回弹性状没有或仅有很小影响；对粒状材料来讲，只要作用应力保持在不产生较大永久变形的低水平时，回弹特性对应力历史基本上不敏感；重复应力作用次数对路基土回弹模量的影响大致可以被忽略。在偏应力一定时，回弹模量随体应力增加而增加；当侧向应力保持不变时，回弹模量随偏应力增加而减小。
二、路基回弹模量检测方法
（一）现场承载板法
现场承载板法是在现场路基表面用承载板逐级加载、卸载的方法，测定出每级荷载相应的回弹变形值，根據弹性空间体上布氏理论计算求得路基的回弹模量值。承载板是最常用的模量检测手段，适用范围广。它不需要太复杂的设备，操作也比较简便，这在对于工地现场较为方便。但是它比较费时，一般做一个测点需要30分钟左右，且需要较多的工作人员（6~7个），并且对操作人员有一定的安全隐患。在数据分析上还存在不合理的地方。另外人为因素、测点整平程度及仪表对试验精度都有较大影响。
（二）弯沉测定法
按对弯沉的研究过程及弯沉仪的施荷特征，弯沉的量测技术分为三个阶段：静态弯沉量测，稳态弯沉量测，动态弯沉量测。
1．静态弯沉测量。静态弯沉量测阶段使用的弯沉仪主要有：贝克曼梁弯沉仪（BB）、路面曲率仪及拉克鲁瓦弯沉仪等，其优点在于价格低廉，加载方式直观，测点位置可方便改变。缺点是轮胎压力和接地面积较难控制，标准黄河车较难寻找，这样就要进行不通测试车型之间的结果转换，若弯沉点太少将给反算带来困难。
2．稳态弯沉测量。首先在路基上放置一静载，然后利用动荷发生器施加周期性荷载。该周期性动荷的幅值必须小于原静荷，从而保证仪器不脱离路基。大多数稳态弯沉仪可改变原静荷和动荷幅值的大小。
3．动态弯沉测量。利用贝克曼梁方法测出的回弹弯沉是静态弯沉。自动弯沉仪检测弯沉时，因为汽车行进速度很所测得的弯沉也接近静态弯沉。在车辆运行条件下，测量获得的弯沉值和弯沉盆的形状，才能更真实地反映路面或路基的回弹弯沉特性。
（三）室内试验测定法
室内试验测定法也即回弹模量室内模拟法，就是以现场的含水量和压实度，在室内静压成型路基土试样，进行重复加载三轴压缩试验，按路基实际承受的应力级位，计算路基回弹模量值，也可做室内承载板试验得出室内回弹模量值，通过对比试验建立与现场实测模量值的换算关系，从而由室内回弹模量值计算出现场回弹模量值。这种方法比较简单，但由于室内情况与实际条件相差较大，测定结果一般偏大，并不能满足实际要求。
（四）室内承载板法
室内承载板法测试时采用直径5cm的小承载板，首先将土样按一定的含水量击实成型，再将制备好的试件置于杠杆压力仪上，根据杠杆原理通过承载板逐级加载卸载，测得各级荷载作用下的回弹变形，从而获得压力和回弹变形的关系曲线（p-l曲线）。然后，根据刚性承载板荷载作用下的弹性半空间体弯沉计算公式确定路基回弹模量。大量试验结果表明，这种方法测得的路基回弹模量值一般偏大，需要修正才能应用于路面结构设计。该方法具有适用土质范围较小，大粒径的土质不能进行该实验、操作比较复杂、试验耗时、变异性大及承载板尺寸的影响等缺点。
（五）FWD法
FWD（FallingWeightDeflectometer）即是落锤弯沉仪。用它进行动态弯沉量测，对测得的弯沉盆数据进行反算得出回弹模量。它的基本原理是通过液压系统提升和释放荷载块对路面施加冲击荷载，荷载大小由落锤质量和起落高度控制，荷载时程和动态弯沉盆均由相应的传感器测定.FWD测试的弯沉盆结果不仅能反映路基路面结构的整体强度和刚度，而且通过弯沉盆的反算和分析还可用来评价路基和路面个结构层的强度和刚度。因此FWD比承载板法和贝克曼梁法具有更好的优越性和适用性，且具有可重复性好，测试精度高、测试速度快以及能更好的模拟汽车对路面的动载作用等优点。
（六）PFWD法
PFWD即便携式落锤弯沉仪，它是在FWD的基础上发展而来的的，它的原理同FWD基本相似，由加载系统、数据采集系统与数据传输系统组成。其原理为:将一10kg的落锤提升至一固定高度，然后释放，让其自由下落，落锤冲击承载板产生冲击荷载，在冲击荷载作用下，承载板产生竖向位移，压力传感器和位移传感器将荷载和位移记录下来，从而根据压力和位移的峰值由下式确定路基回弹模量。PFWD具有拆卸组装容易，携带方便，无需专用动力电源、测试速度快、操作简单及测试结果可靠等快速检测的方法，是一种可广泛应用于路基施工过程质量控制的快速检测设备。
三、结语
路基回弹模量对路面结构的影响是很大，随着路基回弹模量的提高路面结构的性能也会提高。通过几种常用的回弹模量的检测方法比较得出：PFWD所得检测结果比较准确。PFWD仪器拆装组装容易、检测速度快、不需要专门的动力电源、操作简单且只需要1~2个操作人员，可以到达一些大型仪器无法到达的路基进行检测。因此，PFWD是一种很好无损快速检测设备，应该大力推广应用。
关键词：回弹模量；含水率；压实度；公路路基
路基是道路的主体和路面的基础，路基施工质量的好坏直接影响公路的整体质量，影响到道路的使用品质及使用寿命。如何构筑一个坚实、均匀、稳定的土基，提高土基的抗变形能力，是保证公路路面结构具有良好使用品质与经济效益的根本措施。由于土基回弹模量是一个关于土的类型、含水量、压实度、测定方法、加荷频率和加荷循环次数等的复杂函数。对特殊土路基回弹模量及其性质的研究对于公路路基路面设计、施工质量控制等都具有十分重要的作用和实际意义。
一、土基回弹模量的影响因素分析
（一）含水率
对同一种土质，压实度相同的条件下，土基回弹模量E。随含水率的增加而降低，含水率平均增加1%，回弹模量平均降低2MPa。公路在施工时一般在最佳含水率士2%以内进行压实，而公路在通车运营数年后路基填土的含水率较竣工时有大幅度增长，即路基的湿度增大。
（二）压实度
压实度也是影响回弹模量的重要因素。道路破坏其中80%是由路基变形引起的，而路基强度的大小是影响路基变形的主要因素，因此路基的压实是路基施工过程的一个重要工序，也是提高路基强度和稳定性的根本技术措施。在相同应力级位、含水率为最佳含水量情况下，压实度由100%降至90%，粘土回弹模量最低约下降至原来的65%，粉土回弹模量最低约下降至原来的70%。对于砂土来说，压实度对回弹模量的影响很小。
（三）土质
不同类型的土回弹模量也有很大的差别。尤其是在季节性冰冻地区，路基土的冻融过程会影响土颗粒的结构形态。冻胀现象多发生在细粒土中，特别是粉土、粉质粘土中，冻结时水分迁移积聚最为强烈，冻胀现象严重。因为这类土具有较明显的毛细现象，上升高度大，速度快，具有通畅的水源补给通道，土粒矿物成分亲水性强，土虽有较厚的结合水膜，能持有较多的结合水，同时，这类土的颗粒较细，表面能大，从而能使大量结合水迁移和积聚。
（四）应力级位对路基回弹模量的影响分析
应力状况中加载频率和持续时间对路基土的回弹性状没有或仅有很小影响；对粒状材料来讲，只要作用应力保持在不产生较大永久变形的低水平时，回弹特性对应力历史基本上不敏感；重复应力作用次数对路基土回弹模量的影响大致可以被忽略。在偏应力一定时，回弹模量随体应力增加而增加；当侧向应力保持不变时，回弹模量随偏应力增加而减小。
二、路基回弹模量检测方法
（一）现场承载板法
现场承载板法是在现场路基表面用承载板逐级加载、卸载的方法，测定出每级荷载相应的回弹变形值，根據弹性空间体上布氏理论计算求得路基的回弹模量值。承载板是最常用的模量检测手段，适用范围广。它不需要太复杂的设备，操作也比较简便，这在对于工地现场较为方便。但是它比较费时，一般做一个测点需要30分钟左右，且需要较多的工作人员（6~7个），并且对操作人员有一定的安全隐患。在数据分析上还存在不合理的地方。另外人为因素、测点整平程度及仪表对试验精度都有较大影响。
（二）弯沉测定法
按对弯沉的研究过程及弯沉仪的施荷特征，弯沉的量测技术分为三个阶段：静态弯沉量测，稳态弯沉量测，动态弯沉量测。
1．静态弯沉测量。静态弯沉量测阶段使用的弯沉仪主要有：贝克曼梁弯沉仪（BB）、路面曲率仪及拉克鲁瓦弯沉仪等，其优点在于价格低廉，加载方式直观，测点位置可方便改变。缺点是轮胎压力和接地面积较难控制，标准黄河车较难寻找，这样就要进行不通测试车型之间的结果转换，若弯沉点太少将给反算带来困难。
2．稳态弯沉测量。首先在路基上放置一静载，然后利用动荷发生器施加周期性荷载。该周期性动荷的幅值必须小于原静荷，从而保证仪器不脱离路基。大多数稳态弯沉仪可改变原静荷和动荷幅值的大小。
3．动态弯沉测量。利用贝克曼梁方法测出的回弹弯沉是静态弯沉。自动弯沉仪检测弯沉时，因为汽车行进速度很所测得的弯沉也接近静态弯沉。在车辆运行条件下，测量获得的弯沉值和弯沉盆的形状，才能更真实地反映路面或路基的回弹弯沉特性。
（三）室内试验测定法
室内试验测定法也即回弹模量室内模拟法，就是以现场的含水量和压实度，在室内静压成型路基土试样，进行重复加载三轴压缩试验，按路基实际承受的应力级位，计算路基回弹模量值，也可做室内承载板试验得出室内回弹模量值，通过对比试验建立与现场实测模量值的换算关系，从而由室内回弹模量值计算出现场回弹模量值。这种方法比较简单，但由于室内情况与实际条件相差较大，测定结果一般偏大，并不能满足实际要求。
（四）室内承载板法
室内承载板法测试时采用直径5cm的小承载板，首先将土样按一定的含水量击实成型，再将制备好的试件置于杠杆压力仪上，根据杠杆原理通过承载板逐级加载卸载，测得各级荷载作用下的回弹变形，从而获得压力和回弹变形的关系曲线（p-l曲线）。然后，根据刚性承载板荷载作用下的弹性半空间体弯沉计算公式确定路基回弹模量。大量试验结果表明，这种方法测得的路基回弹模量值一般偏大，需要修正才能应用于路面结构设计。该方法具有适用土质范围较小，大粒径的土质不能进行该实验、操作比较复杂、试验耗时、变异性大及承载板尺寸的影响等缺点。
（五）FWD法
FWD（FallingWeightDeflectometer）即是落锤弯沉仪。用它进行动态弯沉量测，对测得的弯沉盆数据进行反算得出回弹模量。它的基本原理是通过液压系统提升和释放荷载块对路面施加冲击荷载，荷载大小由落锤质量和起落高度控制，荷载时程和动态弯沉盆均由相应的传感器测定.FWD测试的弯沉盆结果不仅能反映路基路面结构的整体强度和刚度，而且通过弯沉盆的反算和分析还可用来评价路基和路面个结构层的强度和刚度。因此FWD比承载板法和贝克曼梁法具有更好的优越性和适用性，且具有可重复性好，测试精度高、测试速度快以及能更好的模拟汽车对路面的动载作用等优点。
（六）PFWD法
PFWD即便携式落锤弯沉仪，它是在FWD的基础上发展而来的的，它的原理同FWD基本相似，由加载系统、数据采集系统与数据传输系统组成。其原理为:将一10kg的落锤提升至一固定高度，然后释放，让其自由下落，落锤冲击承载板产生冲击荷载，在冲击荷载作用下，承载板产生竖向位移，压力传感器和位移传感器将荷载和位移记录下来，从而根据压力和位移的峰值由下式确定路基回弹模量。PFWD具有拆卸组装容易，携带方便，无需专用动力电源、测试速度快、操作简单及测试结果可靠等快速检测的方法，是一种可广泛应用于路基施工过程质量控制的快速检测设备。
三、结语
路基回弹模量对路面结构的影响是很大，随着路基回弹模量的提高路面结构的性能也会提高。通过几种常用的回弹模量的检测方法比较得出：PFWD所得检测结果比较准确。PFWD仪器拆装组装容易、检测速度快、不需要专门的动力电源、操作简单且只需要1~2个操作人员，可以到达一些大型仪器无法到达的路基进行检测。因此，PFWD是一种很好无损快速检测设备，应该大力推广应用。