【技术】路基路面弯沉快速检测技术应用研究
路基路面弯沉快速检测技术应用研究
刘亚涛
葛洲坝集团试验检测有限公司 湖北 宜昌 443000
摘要：本文基于落锤式弯沉仪（FWD）的优点，采用FWD和贝克曼梁对路基路面结构层次进行了弯沉检测，并采用拉依达法、肖维纳特法、格拉布斯法、残差剔除法对路基路面FWD弯沉数据进行筛选，进而建立与贝克曼梁弯沉数据进行线性回归分析。
关键词：路基、路面；弯沉；检测技术
《公路路基路面现场测试规程》(JTGE60—2008)规定的弯沉检测方法有贝克曼梁法、自动弯沉仪、落锤式弯沉仪（FWD）三种方法。落锤式弯沉仪FWD的测试指标是动态弯沉，测速为单点读数20-30s，加上停车时间，单点平均40s-60s，自动采集数据，需要人工少，适合应用于路基路面各层材料回弹弯沉及调查水泥混凝土路面接缝传荷能力和路面板脱空。因此，本文采用落锤式弯沉仪（FWD）进行路基路面的弯沉检测。
1.FWD检测砂砾石路基弯沉
某公路扩建部分路基主要填筑天然砂砾，宽度3m，松铺厚度40cm，填筑三层。由于压实弯沉时间早，成型密实，因此研究组选取第六合同段起始段作为弯沉对比测试区间。
1.1测点位置选择
根据公路工程质量检验评定标准，采用自动化连续检测设备，双车道每1km检测80 个点。为了利于检测与识别测点，决定以20m 桩号间距区间作为测点间距，距拓宽线一侧1m 作为车轮轮迹带，用喷漆对测点喷半径约15cm的圆圈，作为测点标记，实际检测区间K0+340-K0+820 共计480m。采用FWD和贝克曼梁两种方法对弯沉进行测量，共计检测25个点。
1.2路基弯沉结果对比
利用原始弯沉记录数据绘制LFWD与LB相关关系，相关系数R2只有0.8329。
数据处理：拉依达法计算三倍标准差为287.87，由于标准差偏大，故计算差值均不超过3S，甚至不超过2S，无法剔除异常值；计算弯沉测试值与平均值差值，得到差值与标准差比值范围-0.03-8.05；肖维纳特法系数2.22，要求剔除15组数据，数据处理无法满足要求；格拉布斯法n=19，β=0.05时查表得到系数2.53，剔除一个值，然后依次查表并剔除异常值，最终剩余14 组数据，线性回归得到相关系数R2达到 0.905。
1.3 FWD与贝克曼梁弯沉对比
由于路基填料压实的变异性以及 FWD传感器，一般认为 FWD 不适用于路基与基层检测，但是本次研究表明CTWD-10T适用于砂砾石路基弯沉检测，与贝克曼梁弯沉相比，原始数据相关性一般，但是经过格拉布斯法异常值剔除后，数据相关性与可靠性良好，满足路基弯沉检验评定要求。
检测过程中存在的问题：①CTWD-10T全自动测量取 2-3次测量结果的平均值作为记录值，容易出现第一锤数据不稳定，传感器获取数据后没有及时剔除，此时出现数据异常，因此本次测试480m 区间内测试过程中传感器获取的异常值达到5 个；②CTWD-10T 附送软件计算FWD与贝克曼梁的相关系数只有0.56，主要原因是软件只剔除2 个数据，没有及时剔除足够的异常值，没有人工线性回归数据准确。
2水泥稳定碎石基层与沥青面层弯沉检测
2.1水泥稳定碎石基层弯沉检测
水泥稳定碎石基层作为半刚性基层有两个特点：一方面是存在龄期长，初期回弹模量小、后期模量会随时间增长，不同时间对应的弯沉指标不一致；另一方面是由于水泥稳定碎石基层回弹模量普遍较高，通常在1200-1500MPa 范围内，相同荷载作用下弯沉值偏小。因此，按照JTG F80/1-2017《公路工程质量检验评定标准》要求，水泥稳定土基层实测项目有：压实度、强度、厚度、平整度等，不包括回弹弯沉指标，但是是由于沥青路面设计弹性层状体系内基层存在设计回弹弯沉值，本次弯沉快速检测尝试验证CTWD-10T在水泥稳定碎石基层适用性与可靠性。
某工地水泥稳定碎石基层的施工，调查试验资料发现水泥剂量为4%时满足7d无侧限抗压强度设计要求，且对应的最大干密度和最佳含水率分别是2.366cm3/g和4.7%；集料的级配资料表明，粒径在4.75-31.5mm 范围内集料占总质量56%，且主要是碎砾石；同时集料物理特性数据CBR与压碎值表明：集料的强度与抗压性能均良好；表1为集料的级配资料。
表1集料级配资料
试验段选取1km 作为弯沉检测区间，采用传统检测方法贝克曼贝克曼梁与CTWD-10T 快速检测弯沉结果作对比。水泥稳定碎石基层共50个测点，检测点采用喷油器做记号。
2.2沥青混凝土面层弯沉检测
面层弯沉检测选取某公路面层类型中粒式沥青混凝土 AC-16，研究选择1km 里程区段，为了减少对交通干扰和检测的安全性，测点位置布置在距行车道边缘约1m的轮迹带内。
2.3弯沉数据处理方法研究
贝克曼梁基层检测的记录弯沉值范围4-36(0.01mm)，平均值13.96、标准差6.28、r 值 4.239。经查表，测点数50 对应 d/r极限值为3.8，经计算剔除最大弯沉值36。剩余的49组FWD 弯沉记录范围9.8-183.1(0.01mm)，平均值49.45、标准差46.14。基层原始弯沉数据建立对应关系如图1。
图1基层原始弯沉数据LB与LFWD对应关系
从图1可以看出，采用FWD方法检测的基层弯沉值集中在20-50（0.01mm），弯沉在100以上的离散性大，基本可确定为特异值点。受特异值点与离散点的影响，贝克曼梁法与FWD 法测得的弯沉值线性相关性差，为了剔除异常弯沉值与不相关点，从以下四种方法中剔除筛选最优方案，以保证最终数据可靠性与相关性符合要求。数据处理结果见表2。
表2弯沉数据处理结果对比
2.3改进后处理方法应用于沥青面层弯沉
沥青面层1km检测区间记录 50 个测点弯沉数据，原始弯沉建立回归关系如图2，相关性R 值 0.758反映出中等相关性。利用上述改进后的处理方法进行异常值剔除，其中残差剔除法结果见图3，1S+残差法结果见图 4。
图2 LB与LFWD原始数据线性回归关系
图3 LB与LFWD残差法剔除后线性回归关系
图4 1S+残差联合剔除后LB与LFWD线性回归关系
将原始数据和三种处理方法结果汇总成表3。处理后数据对比相关系数可反映其相关性强弱。为了更好对比结果准确性，大致认为沥青面层46组弯沉绝对误差在（-5，5）内的数据基本准确，故统计此区间内数据组数，粗略表征其准确度。
表3弯沉数据处理结果对比
再次将改进的数据处理方法应用于沥青面层，验证了改进后的“1S+残差联合法”相比常用的异常值剔除方法，可有效提高弯沉数据相关性和处理结果准确性，适合用于人工弯沉数据标定。
CFWD-10T 附送的弯沉软件操作相比人工处理更加简便、可行，计算结果与人工数据处理结果基本一致，节约了人力与时间，有效提高数据处理的自动化水平与效率。
经过CFWD-10T与贝克曼梁弯沉相关性检验，基层弯沉相关系数R达到0.957、沥青面层弯沉R达到0.975，均超过规范中最小值0.95的要求。
6.结论
采用FWD和贝克曼梁进行了水泥稳定碎石基层、砂砾层和沥青面层弯沉检测，并分别采用拉依达法、肖维纳特法、格拉布斯法、残差剔除法对FWD弯沉数据进行筛选，进而建立其与贝克曼梁弯沉数据性的回归分析，得出了改进的1S+残差剔除法的数据相关性较好。将改进的1S+残差剔除法应用于沥青面层FWD弯沉数据筛选，与贝克曼梁法的相关性亦较好，满足规范要求。1S+残差剔除法是一种有效的FWD 弯沉数据筛选方法，满足了弯沉快速检测的要求，处理结果可靠性高，可应用于路基路面快速无损检测弯沉数据处理。
参考文献
[1]张钊.公路路基路面快速检测技术应用研究[D].长安大学.2017.06.16