一种基于PFWD检测作用深度的路基压实质量评价与控制方法与流程

本发明涉及路基压实质量检测，具体的说是一种基于pfwd检测作用深度的路基压实质量评价与控制方法。

背景技术：

1、路基压实质量直接决定道路结构整体稳定性、承载能力与长期服役性能。施工阶段若存在压实不足、压实不均或“上实下虚”等压实缺陷，极易诱发路面不均匀沉降、开裂、车辙等病害，因此亟需构建一套可实现快速检测、精准评价，且能直接指导现场施工参数调整的路基压实质量控制方法。

2、现有路基压实质量检测手段包含灌砂法、环刀法、贝克曼梁法、承载板法及各类动态检测方法。传统静态检测方法检测精度可靠，但存在检测效率低、操作流程繁琐、占用施工工作面等短板，无法适配大面积快速施工场景下的实时质量管控需求。与之相比，pfwd（portable falling weight deflectometer，便携式落锤弯沉仪）具备整机轻便、冲击加载速度快、检测效率高、现场操作简便等优势，现已普遍应用于路基承载性能、回弹模量与动态弯沉指标检测。

3、但现有pfwd仅输出弯沉值或动态模量两类检测指标，该类指标表征的是仪器检测作用深度范围内多层路基土体的综合力学响应，无法单独体现表层填筑层的压实状态。若未确定pfwd在对应施工工况下的检测作用深度，便无法区分检测数据受控于当前填筑层、下卧层或是多层土体耦合作用，最终造成路基压实质量评价结果失真、出现误判。

4、现有相关研究对pfwd检测作用深度的分析多局限于理论推演或经验估算，尚未形成一套串联“检测作用深度识别、分层压实状态定量评价、现场施工调控方案”的完整技术体系。与此同时，现场施工中承载板直径、冲击荷载大小、路基分层厚度等变量均会改变pfwd有效检测深度，若缺少统一量化的评价逻辑，将无法依托pfwd实测数据直接开展工程压实质量管控。

技术实现思路

1、本发明针对现有pfwd检测结果难以对应实际受力层范围、难以直接服务于分层压实质量控制的不足，提供一种基于pfwd检测作用深度的路基压实质量评价与控制方法。

2、本发明的一种基于pfwd检测作用深度的路基压实质量评价与控制方法，解决上述技术问题采用的技术方案如下：

3、一种基于pfwd检测作用深度的路基压实质量评价与控制方法，其包括如下步骤：

4、在路基待测点位放置pfwd，获取圆形钢制承载板半径、圆形钢制承载板与路基表面接触并向路基施加的均布荷载、待测点位到圆形钢制承载板圆心的径向距离以及路基内部不同深度处的动态应力响应，确定pfwd在不同工况下的有效作用深度；

5、基于有效作用深度与施工层压实厚度计算匹配系数，判定检测适配性，识别单层、双层或多层响应，随后结合pfwd实测的动态回弹模量进行压实质量评价。

6、可选的，所涉及pfwd包括冲击加载系统、传感采集系统和数据终端系统，其中：冲击加载系统包括导向杆、可提升落锤、缓冲阻尼装置、圆形钢制承载板；传感采集系统包括荷载传感器、土压力传感器、位移传感器；数据终端系统包括数据采集终端、存储与计算软件、显示屏；其中，多个土压力传感器分别布设于圆形钢制承载板圆心正下方不同竖向深度位置、以及同一深度的不同径向位置，用于采集记录pfwd冲击荷载作用下路基内部的动态应力时程数据；

7、pfwd的物理加载过程具体如下：将pfwd平稳放置在路基待测点位，沿导向杆将可提升落锤提升至固定高度后自由释放；可提升落锤沿导向杆下落撞击缓冲阻尼装置，向下方圆形钢制承载板施加瞬时脉冲冲击荷载；冲击荷载经圆形钢制承载板均匀传递至路基土体，使土体产生瞬时竖向弹性变形；冲击荷载消失后土体回弹恢复初始形态；整个加载变形过程中，传感采集系统同步完成多类数据采集：荷载传感器采集并记录冲击荷载时程，多个土压力传感器采集并记录路基内部的动态应力时程数据，位移传感器采集并记录土体竖向位移时程曲线；全部采集数据统一传输至数据终端系统，完成数据存储与力学指标运算。

8、进一步可选的，基于如下公式，计算圆形钢制承载板与路基表面接触并向路基施加的均布荷载：

9、，

10、式中，p表示均布荷载；f表示冲击荷载峰值，由荷载传感器记录冲击荷载时程并提取峰值得到；a表示圆形钢制承载板半径，为已知参数。

11、进一步可选的，以圆形钢制承载板圆心为坐标原点建立坐标系，沿路基表面水平方向定义径向距离r，竖直向下为深度z方向，此时：

12、位于圆形钢制承载板圆心正下方的测点径向距离r=0；待测点位到圆形钢制承载板圆心的径向距离r为该点位到承载板圆心的水平距离；土压力传感器埋设深度z为传感器布设位置至路基顶面的竖向距离；各土压力传感器采集pfwd冲击荷载作用下路基内部的动态应力时程数据；当前施工层压实厚度h通过现场分层填筑台账、压实完成后实测厚度或施工质量档案记录得到。

13、进一步可选的，执行如下操作，确定pfwd在不同工况下的有效作用深度：

14、（1）根据弹性半空间理论，圆形均布荷载作用下路基内部垂直应力随深度增加逐渐衰减；为定量表征该应力衰减规律，定义应力衰减系数λ，并基于如下公式计算各土压力传感器埋深zi处的应力衰减系数λi：

15、，

16、式中，表示埋深zi处土压力传感器采集的竖向动态应力峰值；表示圆形钢制承载板圆心处路基表面的竖向动态应力峰值；

17、（2）预设应力衰减阈值λ0，来区分有效作用区与非有效作用区：当λ＞λ0时，表明该深度处仍保留较高比例的冲击应力，对pfwd实测动态回弹模量具有明显影响，属于有效作用区；当λ≤λ0时，表明该深度处冲击应力已衰减至较低水平，对pfwd检测结果的影响相对较弱，属于非有效作用区；

18、（3）沿深度方向查找满足λi＞λ0且λi+1≤λ0的相邻测点，pfwd有效作用深度h位于测点深度zi与zi+1之间，此时，通过线性插值法求解h，计算公式如下：

19、，

20、当某一测点恰好满足λi=λ0时，直接取h=zi；当最深处土压力传感器满足λzmax＞λ0时，说明当前土压力传感器布设深度尚未覆盖完整有效作用范围，需要在更深位置增设土压力传感器后重新测试；当最浅处土压力传感器满足λzmin≤λ0时，需要在更浅位置增设土压力传感器或者减小土压力传感器间的间距，以提高有效作用深度的判定精度。

21、进一步可选的，确定pfwd有效作用深度后，进一步计算有效作用深度与施工层压实厚度的匹配系数η，计算公式如下：

22、，

23、式中，h表示pfwd有效作用深度；h为施工层压实厚度；η表征pfwd有效作用深度对当前施工层压实厚度的覆盖程度，是判断pfwd实测的动态回弹模量能否代表当前施工层、以及反映单层土体响应还是多层土体耦合响应的适配性评价指标。

24、进一步可选的，预先设定最低匹配阈值η0，随后根据计算得到的匹配系数η，判定检测适配性，判定规则如下：

25、当时，表明pfwd有效作用深度无法覆盖当前施工层主体范围，测得的动态回弹模量不能作为当前施工层整体压实质量的评价依据；

26、当时，表明pfwd有效作用深度与当前施工层压实厚度匹配良好，测得的动态回弹模量作为当前施工层压实质量的主要评价依据；

27、当时，表明pfwd有效作用深度延伸至下卧层，测得的动态回弹模量反映当前施工层与下卧层的综合力学响应；

28、当时，表明pfwd的检测结果受两层及以上路基土体共同耦合作用影响，不宜直接用于评价当前施工层压实质量。

29、进一步可选的，完成匹配系数η的检测适配性判定后，结合pfwd实测的动态回弹模量进行压实质量评价，具体如下：

30、当时，表明pfwd实测的动态回弹模量无法代表当前施工层整体压实状态，即便实测的动态回弹模量满足预设控制指标，也不能认定当前施工层整体压实达标，需调整检测参数、改变圆形钢制承载板直径、改变有效作用深度或减薄单层填筑厚度后重新检测；

31、当时，若pfwd实测的动态回弹模量满足预设控制指标，则判定当前施工层压实质量合格；若pfwd实测的动态回弹模量低于预设控制指标，则判定当前施工层压实不足，需补压或调整填土含水率后再次检测；

32、当时，表明pfwd实测的动态回弹模量受当前施工层和下卧层土体的共同影响；若pfwd实测的动态回弹模量低于预设控制指标，需结合当前施工层碾压遍数、填土含水率、填筑厚度、下卧层历史动态回弹模量及土体深层应力响应综合识别薄弱层位；若当前施工层施工参数满足预设控制指标、但深层响应超出预设阈值，则判定下卧层存在压实薄弱风险；

33、当时，表明pfwd实测的动态回弹模量受两层以上土体耦合作用影响，无法单独表征当前施工层压实情况，仅能用来评判路基整体承载能力，此时需通过减小圆形钢制承载板直径、降低冲击荷载以缩减检测影响范围或分层复测的方式开展复核检测。

34、本发明的一种基于pfwd检测作用深度的路基压实质量评价与控制方法，与现有技术相比具有的有益效果是：

35、本发明通过现场加载pfwd，获取圆形钢制承载板半径、圆形钢制承载板与路基表面接触并向路基施加的均布荷载、待测点位到圆形钢制承载板圆心的径向距离以及路基内部不同深度处的动态应力响应，确定pfwd在不同工况下的有效作用深度；随后进一步将有效作用深度与施工层厚度、pfwd检测指标及深层响应特征相结合，对当前层压实质量、下卧层支撑状态及分层压实适配性进行评价，并据此提出补压、调整层厚、复检下卧层及优化检测参数等控制措施；能够克服现有pfwd检测结果难以对应实际受力层范围、难以直接服务于分层压实质量控制的不足。