张蔚原

（宁夏回族自治区道路运输事务中心，宁夏 银川 750000）

随着我国陆路交通的技术水平不断提高，公路交通基础设施建设获得了快速发展。截止到目前，我国公路总里程超过500万公里，成为世界第一的公路交通大国。快速发展的公路交通给人们的出行带来了极大便利，也为信息交流和经济发展提供了重要支撑。但是，在公路设施不断完善和快速发展的同时，人们的出行总量和频次也不断提高，给公路交通提出了新的压力和挑战。在公路的构成结构中，路基发挥非常重要的作用。为了确保路面的安全与稳定，路基建造一般选择土质材料。作为支撑路面的重要结构，路基不仅要承担路面的载荷，还要承担路面以上运输车辆的载荷以及自身的填料载荷。在这样的情况下，施工阶段就对路基的建造质量进行快速、高效、无损的准确检测，对公路建设具有十分重要的意义。该文将以压实度为重要参量，构建公路路基的快速无损检测方法并进行试验研究。

1 路基填充材料的颗粒均匀度筛选分析

目前，考察公路路基建造质量的最常见指标就是压实度。为了测得公路路基的压实度，可以采用灌砂法进行测量。但是灌砂法的操作流程烦琐、测量速度慢，无法满足快速检测的需求。代替灌砂法的一些先进方法包括承载板法、贝克曼法等，使用条件的要求也比较高，很多常规条件下的测量都受到限制。综合多方面的因素考量，该文选择便携式弯沉仪作为压实度的测量设备，并围绕这个设备构建测量方法和测量试验。

便携式弯沉仪可以便携操作，使用条件要求不高，操作难度也低，检测的灵活性好，有很多优势。为了更好地使用便携式弯沉仪，先要明确路基填充材料的组成成分及材料颗粒的均匀度。路基填充材料以土质材料最常见，而土质材料颗粒的粒径又有很大差异，其可能出现的粒径范围小到微米级，大到厘米级。据此应大致区分土质粒径的范围，再进行有针对性的测量。对土质粒径大小差异和不均匀程度，一般采用两个参数刻画，第一个参数称为不均匀细数，其计算如公式（1）所示。

式中：参数C表示土质粒径的不均匀系数；参数表示土质含量中不大于此粒径的占比为10%的参与测量的粒径；参数表示土质含量中不大于此粒径的占比为60%的参与测量的粒径。

第一个参数称为曲率系数，其计算如公式（2）所示。

式中：参数C表示土质粒径的曲率系数；参数表示土质含量中不大于此粒径的占比为10%的参与测量的粒径；参数表示土质含量中不大于此粒径的占比为30%的参与测量的粒径；参数表示土质含量中不大于此粒径的占比为60%的参与测量的粒径。

在路基测试样土中，该文选择2000g的样品作为测试土质，并根据不同筛孔大小的筛子进行筛选，分别统计出不同粒径土质的占比，进而将其绘制成统计曲线形式，如图1所示。

图1 路基土质样品粒径大小的统计曲线

根据图1可知，在该文测试的路基土质中，各粒径大小的颗粒含量比较均匀，再根据不均匀系数和曲率系数的测算结果，可知该文路基土质的填充材料达到了优良等级。

根据行业标准规定，土质颗粒粒径大小在60mm～200mm的称谓巨粒；土质颗粒粒径大小在0.075mm～60mm的称谓粗粒；土质颗粒粒径大小在0.002mm～0.075mm的称谓细粒。进一步还可以细分为土质颗粒粒径大小在2mm～60mm的称谓砾；土质颗粒粒径大小在0.075mm～2mm的称谓砂。从图1中的曲线可以看出，该文测试的土质填充材料中，巨粒含量为0，粗粒含量超过90%，细粒含量接近10%。

2 便携式弯沉仪测量方法与测量流程

2.1 便携式弯沉仪的测量方法

便携式弯沉仪是该文选取的路基检测核心设备，其操作原理简单、使用方便，仅需两个操作者即可以完成整个公路路基的质量检测。从测量原理上看，便携式弯沉仪通过自身携带的重锤以自由落体的方式自由落下，对公路路基形成垂直方向上的冲击，公路路基会形成垂直方向上的应力。重锤对公路路基施加的载荷会引起公路路基垂直方向上的位移，通过记录这个位移大小，再根据对应关系就可以计算出回弹模量，形成对公路路基质量的测量。

该文中选择的便携式弯沉仪的主要参数及参数的取值范围见表1。

表1 该文选择的便携式弯沉仪的参数

便携式弯沉仪测量出的动回弹模量的结果如公式（3）所示。

式中：参数表示最后计算得出的动回弹模量，它代表公路路基的建造质量，出于计算精度的考虑，此处的动回弹模量结果应至少保留小数点后两位；参数代表沉弯仪底部承载板的半径大小；参数代表沉弯仪底部承载板的董爱应力变化；参数代表计算过程中采用的泊松系数；参数代表测量过程中可能发生的最大弯沉值。

2.2 便携式弯沉仪的测量流程

在实际使用中，采用便携式弯沉仪进行公路路基质量的检测，其流程一般包括三个环节：第一个环节，准备阶段；第二个环节，开始测量阶段；第三个环节，结束阶段。由这三个环节构成的测量流程，如图2所示。

图2 便携式弯沉仪的测量流程

在准备阶段，主要是根据便携式弯沉仪的使用要求进行设备安装，并进行相应的测量前检查，如弯沉仪的电池电量是否充足、弯沉仪的电气线路是否正常，设备能否正常启动，设备与上位机联接是否有效，弯沉仪底部的承载板能否与被测表面准确贴合。

在开始测量阶段，先要对整个测量区域进行检查，在测量区域内公路路基上选择合适的几个测量点。然后按照顺序，在每个测量点位置上逐一展开测量。测量开始后，先进行测试准备。一切就绪后，释放弯沉仪的重锤，并保证重锤下落过程中保持无干扰的自由落体状态，使其准确地冲击到底部承载板上。这时，上位机会实时显示冲击载荷的测量结果、路基发生的位移以及测量得出的弹性模量，并实时保存结果或更新已有的保存结果。当前测量点完成测量后，顺移到下一个测量点继续测量。

在结束阶段，移除测量设备，确保电气线路断开、上位机停机等。如果测量中设置了路障，也应拆除以保持公路的畅通。

3 基于便携式弯沉仪的公路路基快速检测

3.1 便携式弯沉仪和其他设备测量结果的对比

为了证实便携式弯沉仪在公路路基质量测量中的有效性，该文将弯沉仪和其他设备的测量效果进行测试性对比。此处选择了公路路基检测中比较常用的土壤模量刚度仪。刚度仪也是测量土壤压实度的常用设备，其测量结果准确，但测试过程比较烦琐。

试验过程中选择了40个测量点，各个测量点之间间隔为3米，分别采用便携式弯沉仪和刚度仪进行测量，40个测量点位上形成的测量结果对例如图3所示。

从图3中可以看出，PFWD代表了便携式弯沉仪，它测量并记录的路基土质压实度模量如上方曲线所示，土壤模量刚度仪测量并记录的路基土质压实度模量如下方曲线所示。从两条曲线的对比结果可以看出，两条曲线具有相同的走势，各点位关联度、相邻点位间的曲线变化和起伏趋势都具有较好的关联度。这表明，便携式弯沉仪和刚度仪一样，是有效的公路路基质量测量设备。也可以看到，两条曲线在测量值幅度上有所差异，这是因为二者对压实度的测量和核算标准有一定差异，并不是其中某一种设备测量结果不准。

图3 弯沉仪和刚度仪的对比情况

3.2 土质压实度与路基建造中碾压次数的关系

在公路路基的建造过程中，为了提升路基的建造质量，要通过碾压机的反复碾压达到土质更好的压实效果。但是，是否碾压次数越多，路基土质的压实度就会持续提高，需要通过试验加以验证。针对该文测试的公路段，在路基建造的过程中，每经过一次碾压，就采用便携式弯沉仪进行压实度的测量并记录，进而得到公路路基压实度和碾压次数的关系，分别如图4和图5所示。

图4 公路路基土质中第一层压实度与碾压次数的关系曲线

图5 公路路基土质中第二层压实度与碾压次数的关系曲线

图4是公路路基土质层中第一层土质在多次碾压后压实度的变化曲线。从图4中的曲线可以看出，碾压试验一共进行了5次，压实度测量点位选择了4个。在前4次碾压后测量中，4个点位的第一层土质压实度都有了比较大的提高。但第4次碾压到第5次碾压，第一层土质的压实度，4个测量点位上基本都没有明显变化。这表明，对临近公路路面的路基第一层土质，4次碾压基本就可以达到最大压实度的状态。

图5是公路路基土质层中第二层土质在多次碾压后压实度的变化曲线。从图5中的曲线可以看出，碾压试验一共进行了5次，压实度测量点位选择了4个。在前4次碾压后测量中，4个点位的第二层土质压实度都有了比较大的提高。从第4次碾压到第5次碾压，4个测量点位上的第二层土质的压实度增加趋势的变化都逐渐减弱。但是，与第一层土质不同，第5次碾压对第二层土质压实度的提升仍然是有用的。

4 结语

公路路基建造质量直接关系到公路使用寿命和公路交通运输的安全，对我国陆路交通网的运营也具有重要意义。该文选择便携式弯沉仪作为公路路基建造质量的关键检测设备，依托其检测原理构建检测方法和检测流程，形成对公路路基建造质量的新检测手段。在该文所采用方法的验证性试验中，首先对比了便携式弯沉仪和土壤模量刚度仪的测量结果，结果显示弯沉仪的测量效果与刚度仪有极大的相似性，可以用于公路路基质量的有效测量。其次测试了碾压次数和路基土质压实度增加的关系，结果显示4次碾压就可以使公路路基的第一层土质压实度达到基本饱和的状态。