紀(jì)念

(湖南省勘測(cè)設(shè)計(jì)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410011)

彎沉作為評(píng)價(jià)道路力學(xué)特性的指標(biāo)之一，被廣泛用于理論研究和工程驗(yàn)收。常用道路彎沉測(cè)試方法主要有貝克曼梁(BB)法、落錘式彎沉儀(FWD)法。唐伯明等通過(guò)對(duì)FWD和BB不同性質(zhì)荷載作用下路表彎沉和彎沉盆數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，認(rèn)為FWD和BB之間具有較好的相關(guān)性；高丹通過(guò)試驗(yàn)比對(duì)，提出用提高FWD與BB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度的方法來(lái)提高兩者間的相關(guān)系數(shù)；李存華對(duì) BB與FWD彎沉數(shù)據(jù)的對(duì)比分析結(jié)果表明，在精度、穩(wěn)定性和檢測(cè)效率方面FWD優(yōu)于BB，且兩者所測(cè)路面彎沉值的線性關(guān)系較好；石志勇等采用變量分離的方法對(duì)彎沉溫度進(jìn)行修正，研究了瀝青路面動(dòng)態(tài)彎沉隨行車荷載的演化規(guī)律。該文通過(guò)對(duì)3種不同等級(jí)道路試驗(yàn)段進(jìn)行FWD法與BB法彎沉測(cè)試，研究2種方法所測(cè)彎沉數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，分析采用FWD法進(jìn)行彎沉檢測(cè)的有效性。

1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

以湖北省3種不同道路結(jié)構(gòu)層作為試驗(yàn)段，其結(jié)構(gòu)組成見(jiàn)表1。

表1 3種不同結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段的結(jié)構(gòu)層組成

采用FWD法與BB法分別對(duì)3條試驗(yàn)段進(jìn)行彎沉檢測(cè)。為使所測(cè)彎沉值較準(zhǔn)確，保證BB法和FWD法所檢測(cè)部位一致，位置偏差控制在1 cm內(nèi)。由于FWD檢測(cè)道路彎沉?xí)?duì)路面結(jié)構(gòu)層造成一定擾動(dòng)，先采用BB法對(duì)彎沉進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)彎沉儀觸頭所接觸的位置進(jìn)行定位標(biāo)記，分別標(biāo)記左、右輪的位置；待BB法測(cè)試完畢后，立即采用FWD法進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試中使FWD的落錘承載板中心與BB法所作標(biāo)記點(diǎn)盡量重合，保證2次所測(cè)值免受外界環(huán)境的影響。FWD彎沉測(cè)試時(shí)，對(duì)每個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行4次落錘，采集后3次的彎沉值，取其均值作為最終彎沉測(cè)試值。分別對(duì)3條試驗(yàn)段進(jìn)行20次彎沉采集，舍棄特異值后，分別計(jì)算各試驗(yàn)段20組測(cè)試數(shù)據(jù)的均值μ、標(biāo)準(zhǔn)差σ、變異系數(shù)δ(δ=標(biāo)準(zhǔn)差σ/均值μ×100%)等統(tǒng)計(jì)參數(shù)，結(jié)果見(jiàn)圖1～3。

圖1 各試驗(yàn)段FWD法彎沉測(cè)試結(jié)果的統(tǒng)計(jì)參數(shù)

圖2 各試驗(yàn)段BB法彎沉測(cè)試結(jié)果的統(tǒng)計(jì)參數(shù)

圖3 各試驗(yàn)段FWD法和BB法彎沉測(cè)試結(jié)果的統(tǒng)計(jì)參數(shù)對(duì)比

道路彎沉值與路基、路面的承載能力存在關(guān)聯(lián)，測(cè)量彎沉值越小則道路承載能力越高，對(duì)在建或竣工道路進(jìn)行彎沉測(cè)試可檢驗(yàn)路基和路面是否滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。由圖1、圖2可知：1) 采用FWD法對(duì)道路彎沉進(jìn)行檢測(cè)，3條試驗(yàn)段的彎沉值大小為試驗(yàn)段三最大、試驗(yàn)段二次之、試驗(yàn)段一最小，道路結(jié)構(gòu)層的承載能力順序與規(guī)范規(guī)定的道路等級(jí)的承載力一致；采用BB法檢測(cè)時(shí)，3條試驗(yàn)段的彎沉值大小為試驗(yàn)段二最大、試驗(yàn)段三次之、試驗(yàn)段一最小，不符合道路等級(jí)的承載能力，這是由于BB法受自身構(gòu)造和外界環(huán)境影響較大，所得彎沉波動(dòng)較大。2) 按2種測(cè)試方法下彎沉變異系數(shù)δ大小，3條試驗(yàn)段的排序?yàn)樵囼?yàn)段三>試驗(yàn)段二>試驗(yàn)段一。變異系數(shù)表示數(shù)據(jù)的相對(duì)變化，表明上述規(guī)律適用于3條試驗(yàn)段結(jié)構(gòu)層的彎沉值離散程度，可推廣于其他類似路面中。出現(xiàn)上述規(guī)律的主要原因，一是在高等級(jí)公路施工中，路面及路基所用原材料的配合比較嚴(yán)格、材料顆粒較均勻、密實(shí)度較好，且對(duì)施工工序要求嚴(yán)格，道路彎沉值變異性較?。欢窃诘缆泛笃谶\(yùn)營(yíng)維護(hù)中，通常對(duì)高等級(jí)公路較重視，發(fā)現(xiàn)其出現(xiàn)損壞現(xiàn)象時(shí)會(huì)立即展開(kāi)修復(fù)養(yǎng)護(hù)，使彎沉衰減得到及時(shí)控制，防止其繼續(xù)發(fā)展，因而變異系數(shù)較??；三是等級(jí)較低道路一般所用原材料的顆粒及形狀不均勻性較大，道路內(nèi)部空隙較多，承載能力不足，如試驗(yàn)段三表面層采用級(jí)配礫石，其為松散集料，使表面層內(nèi)部較松散，影響對(duì)彎沉值的采集，因而試驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大變異。

由圖3可知：鑒于均值和標(biāo)準(zhǔn)差表示的是樣本的絕對(duì)指標(biāo)，不具備普遍性，采用變異系數(shù)來(lái)衡量FWD法和BB法對(duì)道路彎沉的測(cè)量效果。對(duì)于試驗(yàn)段一，2種測(cè)試方法所測(cè)彎沉的變異系數(shù)基本相同，相差不大；對(duì)于試驗(yàn)段二，F(xiàn)WD法所測(cè)彎沉的變異系數(shù)比BB法的小2.5%；對(duì)于試驗(yàn)段三，F(xiàn)WD法所測(cè)彎沉的彎沉變異系數(shù)比BB法的大7.9%。這是由于高等級(jí)道路行車狀況良好，彎沉測(cè)試受外界環(huán)境的影響較小，測(cè)試數(shù)據(jù)也較穩(wěn)定。而較低等級(jí)道路路況較差，采用2種方法測(cè)得的彎沉值會(huì)出現(xiàn)一定波動(dòng)。

綜上，不同等級(jí)道路BB法測(cè)試彎沉出現(xiàn)波動(dòng)，而采用FWD法測(cè)得的彎沉值較穩(wěn)定，且準(zhǔn)確度較高，對(duì)高等級(jí)公路利用FWD法進(jìn)行道路彎沉測(cè)量的穩(wěn)定性更好。

2 相關(guān)性分析

為分析采用2種測(cè)試方法對(duì)道路測(cè)試彎沉值的相關(guān)性，采用最小二乘法，結(jié)合線性、指數(shù)及二次多項(xiàng)式擬合回歸方程對(duì)彎沉測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見(jiàn)表2～4。

表2 試驗(yàn)段一彎沉數(shù)據(jù)擬合結(jié)果

表3 試驗(yàn)段二彎沉數(shù)據(jù)擬合結(jié)果

表4 試驗(yàn)段三彎沉數(shù)據(jù)擬合結(jié)果

由表2可知： 1) 采用3種擬合方式得到的相關(guān)系數(shù)R及R2均滿足擬合精度要求，表明試驗(yàn)段一的FWD法和BB法測(cè)試彎沉值在3種數(shù)據(jù)擬合方式下的相關(guān)性較好，也反映出高等級(jí)公路利用FWD法進(jìn)行彎沉檢測(cè)的準(zhǔn)確性比BB法高。 2) 對(duì)比3種數(shù)據(jù)擬合方式下的R2值，采用二次多項(xiàng)式方式對(duì)2種方法的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合的相關(guān)性最好，其次是線性方式擬合，最后是指數(shù)方式擬合。若考慮對(duì)數(shù)據(jù)擬合的效率和簡(jiǎn)便性，在施工現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)先采用線性方式對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合和相關(guān)性分析。

由表3可知： 1) 采用3種擬合方式的相關(guān)系數(shù)R>0.95，且二次多項(xiàng)式的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.97，滿足相關(guān)擬合精度要求，表明試驗(yàn)段二的FWD法和BB法測(cè)試彎沉值在3種數(shù)據(jù)擬合方式下的相關(guān)性較好，也反映出一、二級(jí)公路利用FWD法進(jìn)行彎沉檢測(cè)的準(zhǔn)確性比BB法高。 2) 對(duì)比3種數(shù)據(jù)擬合方式下R2值，采用二次多項(xiàng)式對(duì)2種方法的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合的相關(guān)性最好，其次是指數(shù)方式擬合，最后是線性方式擬合?？紤]到對(duì)數(shù)據(jù)擬合的效率和簡(jiǎn)便性，優(yōu)先采用二次多項(xiàng)式對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合和相關(guān)性分析。

由表4可知：采用3種擬合方式得到的相關(guān)系數(shù)R<0.95，不能滿足相關(guān)擬合精度要求，表明試驗(yàn)段三的FWD法和BB法測(cè)試彎沉值在3種數(shù)據(jù)擬合方式下的相關(guān)性不是很好。 但數(shù)據(jù)擬合較差不代表利用FWD法檢測(cè)彎沉的準(zhǔn)確性不好，這是因?yàn)槔肂B法檢測(cè)彎沉受自身構(gòu)造的影響會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，且其測(cè)試彎沉是靜態(tài)的，而FWD法測(cè)試彎沉是動(dòng)態(tài)的，需進(jìn)行換算后再用于相關(guān)性分析及評(píng)價(jià)。

3 結(jié)論

通過(guò)采用FWD法和BB法分別對(duì)3條公路試驗(yàn)段進(jìn)行彎沉測(cè)試，并對(duì)測(cè)試彎沉值進(jìn)行相關(guān)性分析，得到如下結(jié)論：

(1) 與BB法相比，F(xiàn)WD法測(cè)試彎沉值的穩(wěn)定性較好，準(zhǔn)確度較高，在高等級(jí)公路中采用FWD法進(jìn)行彎沉測(cè)試具有更好的穩(wěn)定性。

(2) 各試驗(yàn)段FWD法測(cè)試彎沉值的變異系數(shù)大小為試驗(yàn)段三>試驗(yàn)段二>試驗(yàn)段一，與道路規(guī)范中道路等級(jí)的承載能力一致，表明可采用FWD法對(duì)不同等級(jí)公路進(jìn)行彎沉測(cè)試。

(3) 根據(jù)FWD法和BB法測(cè)試彎沉值相關(guān)性分析結(jié)果，高等級(jí)公路優(yōu)先采用線性方式對(duì)FWD法和BB法測(cè)試彎沉值進(jìn)行擬合和相關(guān)性分析；3種擬合方式對(duì)低等級(jí)公路FWD法和BB法測(cè)試彎沉值的擬合相關(guān)性均較差，應(yīng)對(duì)FWD法測(cè)試彎沉進(jìn)行更深層次的研究，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。