徐 芳

（海南省公路管理局定安公路分局，海南 定安 571200）

0 引 言

《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）和《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2017）等規(guī)范實(shí)施后，對(duì)路基設(shè)計(jì)模量的要求由原來(lái)的靜態(tài)模量轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)模量。路基動(dòng)態(tài)模量主要可以通過(guò)兩種方法獲得：一是室內(nèi)試驗(yàn)，二是現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。目前路基動(dòng)態(tài)模量的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)尤其是快速檢測(cè)方法主要有落錘式彎沉儀法（簡(jiǎn)稱(chēng)FWD測(cè)試法）、動(dòng)力錐貫入儀法（簡(jiǎn)稱(chēng)DCP測(cè)試法）和便攜式落錘式彎沉儀法（簡(jiǎn)稱(chēng)PFWD測(cè)試法）。本文就這三種檢測(cè)方法的工作原理、測(cè)試范圍和技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了全面分析，供相關(guān)檢測(cè)人員參考。

1 路基動(dòng)態(tài)模量現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)技術(shù)特點(diǎn)分析

1.1 FWD測(cè)試法

20世紀(jì)80年代末，我國(guó)開(kāi)始引進(jìn)落錘式彎沉儀（簡(jiǎn)稱(chēng)FWD）。隨著實(shí)踐應(yīng)用，F(xiàn)WD的價(jià)值已被廣泛認(rèn)可，同時(shí)也普遍應(yīng)用于相關(guān)領(lǐng)域。FWD的檢測(cè)技術(shù)不光局限于水泥混凝土路面或?yàn)r青路的檢測(cè)工作，同時(shí)還應(yīng)用在了路基彎沉方面的檢測(cè)活動(dòng)。FWD的檢測(cè)技術(shù)十分優(yōu)良，在進(jìn)行新道路建設(shè)時(shí)，通過(guò)該技術(shù)能對(duì)路基面的施工質(zhì)量進(jìn)行把關(guān)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題可以及時(shí)聯(lián)系人員解決，同時(shí)利用FWD作為依據(jù)，還可以提升路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的速度和效果。

利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行液壓系統(tǒng)控制質(zhì)量的提升和釋放重錘自由落地，可以對(duì)路基或者路面造成一定的荷載，當(dāng)脈沖荷載通過(guò)一剛性圓盤(pán)，可以通過(guò)在相應(yīng)面上傳感器接收變形數(shù)據(jù)，這就是FWD的運(yùn)行原理。因?yàn)樵趫A盤(pán)底部設(shè)置橡膠墊塊，所以路基面的荷載會(huì)無(wú)限接近均布荷載，這種釋放出的荷載值可以被儀器精準(zhǔn)地測(cè)定到。調(diào)節(jié)荷載可以借助落錘的質(zhì)量和高低數(shù)據(jù)完成。由于強(qiáng)烈的瞬間沖擊，受荷載作用的路面或者路基會(huì)發(fā)生變形，由此產(chǎn)生的變化可由傳感器測(cè)量到。FWD的測(cè)試裝置及測(cè)試原理如圖1、圖2所示。

圖1 FWD測(cè)試裝置

因?yàn)镕WD有著巨大的測(cè)試優(yōu)勢(shì)，所以被廣泛應(yīng)用在很多新道路建設(shè)等基建環(huán)節(jié)上。FWD測(cè)試法方式簡(jiǎn)單，不需各種繁復(fù)儀器到場(chǎng)，適用于填料路基以及各式路面結(jié)構(gòu)。而且采用FWD技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，還可以了解到路基填充和壓實(shí)情況，完全符合對(duì)道路建設(shè)檢測(cè)的需求。除此之外，F(xiàn)WD通過(guò)載荷檢測(cè)，會(huì)讓路基面發(fā)生形變，可以更好地了解到新建道路的承載能力。目前FWD測(cè)試法被普遍用在高等級(jí)的公路工程檢測(cè)活動(dòng)中，其檢測(cè)數(shù)據(jù)為路面工程竣工提高了速度。不過(guò)從大方向上解析，F(xiàn)WD測(cè)試法還是存在一定的缺點(diǎn)和不足：

圖2 FWD測(cè)試原理

（1）FWD設(shè)備和租借使用費(fèi)用高昂。如果采用普通的檢測(cè)技術(shù)和儀器進(jìn)行路面檢測(cè)，所需花費(fèi)的資金會(huì)少一些，但是采用FWD技術(shù)所需要投入的費(fèi)用就比較昂貴，是普通工程隊(duì)伍難以承受的。

（2）測(cè)試的荷載比較大。在實(shí)際路基工作時(shí)，其車(chē)輪的載荷力并不是很大，但是FWD的荷載數(shù)值是偏高一些的，取值為50 kN。由于路基變形的非線性因素，如果使用這個(gè)數(shù)值的沖擊荷載進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)到的數(shù)據(jù)不一定符合需要，所以應(yīng)該探索一些適合荷載大小的測(cè)試技術(shù)。

（3）造成的塑性變形的影響。采用FWD進(jìn)行測(cè)試，測(cè)出的彎沉是種變形，其中涉及彈性變形和一定的塑性變形。因?yàn)镕WD的沖擊荷載情況非常短暫，通常在10～30 s，因此面對(duì)剛度較大的路面結(jié)構(gòu)，即使采用了FWD技術(shù)進(jìn)行荷載檢測(cè)，但是由于來(lái)不及作用，路面結(jié)構(gòu)并不產(chǎn)生明顯的塑性變形，實(shí)際測(cè)到的位置通常不會(huì)留下FWD承載板的印記。而對(duì)于剛度不高的土路基，F(xiàn)WD的檢測(cè)就能夠更到位一些。所以要合理分析使用何種檢測(cè)方式，更符合路基回彈模量的檢測(cè)情況。

（4）對(duì)動(dòng)載情況的探討?，F(xiàn)階段關(guān)于FWD彎沉盆反算的力學(xué)分析模式通常使用的是靜力分析模型，同時(shí)均使用峰值作為荷載和位移。即進(jìn)行測(cè)試時(shí)，并沒(méi)有完全考慮到FWD的動(dòng)載作用。

（5）進(jìn)行反算的可靠性。作為基于最小二乘法基礎(chǔ)的優(yōu)化方式，反算模型的適用度很高。不管是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，對(duì)于實(shí)測(cè)和理論彎沉間的目標(biāo)函數(shù)取舍，其反算結(jié)果都存在一定的不同。而且當(dāng)優(yōu)化計(jì)算方式時(shí)，對(duì)模量反算的精確程度也會(huì)造成一些影響，尤其是針對(duì)路面的彎沉盆反算時(shí)，這個(gè)過(guò)程就變得更加復(fù)雜了。

總之通過(guò)FWD測(cè)試法的分析，可以看出存在以下問(wèn)題需要解決：

陳小華：10個(gè)O2O大敗，9個(gè)是因?yàn)槌渲?，至少有十幾二十家?lái)找過(guò)58到家。最近有一個(gè)主流的基金投資公司，我曾經(jīng)勸他，今年你正好是0的時(shí)候，把公司賣(mài)了還有機(jī)會(huì)，但他跟我說(shuō)，有投資人的壓力，要撐下去?？墒荗2O別看公司很強(qiáng)大，很多公司規(guī)模很大，但其實(shí)非常脆弱，只要給提供服務(wù)的人開(kāi)不出工資，無(wú)論你原來(lái)有多少單，都瞬間沒(méi)了。

（1）選取合理測(cè)試荷載大小；

（2）塑性變形的影響分析；

（3）動(dòng)載作用分析；

（4）反算的可靠性分析。

同時(shí)建立FWD動(dòng)彎沉與貝克曼梁靜彎沉和現(xiàn)場(chǎng)承載板回彈模量等之間的關(guān)系，對(duì)FWD測(cè)試結(jié)果的應(yīng)用具有重要意義。

1.2 DCP測(cè)試法

動(dòng)力錐貫入儀（DCP）是由上桿和下桿構(gòu)成的。手柄與8 kg的落錘組成了上桿，同時(shí)經(jīng)由鐵砧和下桿進(jìn)行連接。而下桿則是通過(guò)鋼化貫入錐頭以及桿尺構(gòu)成。跟之前的椎貫測(cè)試有著一定的區(qū)別，DCP是不會(huì)把錐頭以常規(guī)速率壓到土里面的，需要借助落錘施加一定的荷載，才能到相應(yīng)位置，通過(guò)計(jì)算動(dòng)力貫入得出結(jié)果。這種測(cè)試方法非常經(jīng)濟(jì)快捷、適用度良好。此外，DCP還可用于結(jié)構(gòu)層壓實(shí)度檢測(cè)方面（見(jiàn)圖3）。

圖3 DCP結(jié)構(gòu)示意圖

隨著對(duì)DCP研究的深入，有的科研人員試圖將DCP的試驗(yàn)結(jié)果與CBR試驗(yàn)結(jié)果建立相應(yīng)的回歸關(guān)系，也有科研人員將DCP的試驗(yàn)結(jié)果和回彈模量建立回歸關(guān)系。目前美國(guó)與DCP有關(guān)的規(guī)范主要有ASTM D6951和AASHTO93規(guī)范。我國(guó)與DCP有關(guān)的規(guī)范為《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》（JTG E60—2008），該規(guī)范首次引入DCP測(cè)試的規(guī)范，但試驗(yàn)規(guī)程中僅簡(jiǎn)略介紹了試驗(yàn)儀器、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)步驟、計(jì)算等相關(guān)試驗(yàn)情況，并沒(méi)有提供關(guān)系式，只是在條文中規(guī)定須通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)CBR試驗(yàn)建立與DPI的關(guān)系式。因現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展CBR試驗(yàn)條件有限，要形成適合我國(guó)典型土質(zhì)的回歸關(guān)系式，還需進(jìn)行大量現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)積累與相關(guān)研究。鑒于當(dāng)前我國(guó)針對(duì)DCP開(kāi)展的研究相對(duì)較少，在實(shí)體工程試驗(yàn)受限時(shí)，可直接應(yīng)用較為成熟的AASHTO關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算。

總之，DCP測(cè)試法簡(jiǎn)單、可靠、快捷、費(fèi)用低，在國(guó)外路基土和基層材料現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢測(cè)中得到廣泛應(yīng)用。其中美國(guó)、英國(guó)、南非是應(yīng)用DCP較多的國(guó)家，也是技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)較為豐富的國(guó)家。我國(guó)DCP測(cè)試水平距國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定差距，總體上還處于初期應(yīng)用階段，只有在少數(shù)幾條高速公路上得到應(yīng)用，離大面積推廣和應(yīng)用還有很長(zhǎng)一段距離。

1.3 PFWD測(cè)試法

便攜式落錘式彎沉儀（PFWD），或稱(chēng)手持式落錘彎沉儀（handhold falling weight deflectometer，HFWD），或稱(chēng)微型落錘式彎沉儀（MFWD），屬于動(dòng)力檢測(cè)的新式儀器。這種技術(shù)是比FWD技術(shù)更新的路基與地基承載檢測(cè)方式。

PFWD測(cè)試法是經(jīng)由數(shù)據(jù)采集程式和加載系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)傳輸三個(gè)方面構(gòu)成的。首先，數(shù)據(jù)采集程式是通過(guò)傳感器和位移傳感器以及采集裝置構(gòu)成，而加載系統(tǒng)則通過(guò)滑桿、鎖定桿和橡膠塊等構(gòu)成。數(shù)據(jù)傳輸需要利用到有線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和電腦等配置構(gòu)成。

這種測(cè)試方式的運(yùn)作原理是把一個(gè)10 kg的落錘提升到相應(yīng)高度后，再進(jìn)行自由落體。當(dāng)落錘跟承載板產(chǎn)生作用出現(xiàn)沖擊荷載后，在這股力的作用下承載板會(huì)發(fā)生豎向位移，而傳感器就將收集到的數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，按照壓力和位移的峰值得到相應(yīng)的結(jié)果。

與其他現(xiàn)場(chǎng)模量測(cè)試方法相比，PFWD測(cè)試法具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

1.3.1 輕便快速

通過(guò)一定的試驗(yàn)和分析后，發(fā)現(xiàn)了PFWD室內(nèi)測(cè)試和承載板以及CBR檢測(cè)所用到的比率。同時(shí)也得到了其他相關(guān)檢測(cè)所需的對(duì)比數(shù)值，詳細(xì)情況可通過(guò)表1查看。

從表1可以看出，PFWD檢測(cè)路基回彈模量在需時(shí)上比承載板測(cè)試法和CBR測(cè)試法更好一些，同時(shí)也比FWD測(cè)試法和貝克曼梁法更迅速，因?yàn)槭褂肞FWD可以直接得到路基回彈模量，而使用FWD要經(jīng)過(guò)反算才能獲得答案。同時(shí)除PFWD外，其他檢測(cè)方法要通過(guò)多人參與才能完成，并且在檢測(cè)時(shí)需要較高的配合度才能檢測(cè)到精確的答案，所需花費(fèi)的時(shí)間更多。因此PFWD測(cè)試法更受青睞。

表1 各種路基模量測(cè)試方法測(cè)試時(shí)間對(duì)比

1.3.2 擴(kuò)展了檢測(cè)范圍

盡管PFWD儀器十分輕巧、造型不大，但其能更輕松地完成其他儀器難以檢測(cè)到的范圍。例如，現(xiàn)場(chǎng)承載板和貝克曼梁都需要通過(guò)加載車(chē)提供荷載，需要足夠的場(chǎng)地才能夠完成測(cè)試，最少用到10 m×3 m的場(chǎng)地，且貝克曼梁測(cè)試的彎沉受貝克曼梁支點(diǎn)影響。FWD現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)需要一輛牽引車(chē)牽引并提供動(dòng)力，F(xiàn)WD由牽引車(chē)拖行，到實(shí)際檢測(cè)地點(diǎn)也需要足夠的空間。但是使用PFWD則能夠?qū)θ我鈭?chǎng)地進(jìn)行檢測(cè)，只要檢測(cè)人員到位即可，檢測(cè)點(diǎn)不需要十分寬闊，能容納PFWD承載板即可，包括各種構(gòu)造物的臺(tái)背與路肩等特殊填土場(chǎng)地。因此PFWD降低了對(duì)檢測(cè)場(chǎng)地的要求，大大擴(kuò)展了檢測(cè)范圍。

2 結(jié)語(yǔ)

（1）FWD測(cè)試法適合用在很多地方，測(cè)試方法快捷，對(duì)于各種路面結(jié)構(gòu)以及物料填充情況都能很好地掌握，但在選取合理測(cè)試荷載大小、塑性變形的影響分析、動(dòng)載作用分析、反算的可靠性分析等方面的問(wèn)題仍需解決。

（2）DCP測(cè)試法具有簡(jiǎn)單、可靠、快捷、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。在國(guó)外路基土和基層材料現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢測(cè)中得到廣泛應(yīng)用，在我國(guó)總體上還處于初期應(yīng)用階段。

（3）PFWD測(cè)試法具有輕便快速的特點(diǎn)，此外這種測(cè)試用具還具備了造型輕巧、使用便利，能到達(dá)其他測(cè)試儀器無(wú)法到達(dá)的地點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)。