土體回彈模量獲得方法探討
摘要:沉降問題是影響工程建設(shè)和質(zhì)量的突出問題，對這個問題的研究要加強對土體回彈模量的計算，土體回彈模量是土體的重要指標之一，對土體回彈模量的選取和精確測量與工程的建設(shè)息息相關(guān)。本文通過試驗方法計算土體回彈模量與稠度、壓實度的關(guān)系并加以分析，希望能為工程建設(shè)過程中減少沉降問題提供參考依據(jù)。
關(guān)鍵詞:土體回彈模量,方法探討,注意事項
隨著近年來我國工程建設(shè)力度的不斷加大，工程實施過程中或者事后經(jīng)常出現(xiàn)沉降問題，這不僅影響了工程的質(zhì)量，同時還給經(jīng)濟建設(shè)和人民群眾生活帶來了極大的不便，因此，為了消除這種安全隱患，必須加強對土體沉降問題的研究。沉降問題是影響工程建設(shè)和質(zhì)量的突出問題，對這個問題的研究要加強對土體回彈模量的計算，本文針對目前土工試驗室獲取回彈模量的方法進行探討研究，分析其中存在的問題，并加以探討提出解決方案。
一.回彈模量定義
土體回彈模量是土體的重要指標之一，對土體回彈模量的選取和精確測量與工程的建設(shè)息息相關(guān)�；貜椖Ａ渴侵嘎坊⒙访娴戎凡牧显诤奢d作用下產(chǎn)生的應(yīng)力與其相應(yīng)的回彈應(yīng)變的比值，土體回彈模量表示土體在彈性變形階段內(nèi)，在垂直荷載作用下，抵抗豎向變形的能力，如果垂直荷載為定值，土體回彈模量值愈大則產(chǎn)生的垂直位移就愈小;如果豎向位移是定值，回彈模量值愈大，則土體承受外荷載作用的能力就愈大，因此，路面設(shè)計中采用回彈模量作為土體抗壓強度的指標。抗壓指標對于公路建設(shè)過程中避免沉降問題提升工程質(zhì)量具有重要意義。
二.回彈模量的獲取方法
土體的強度和穩(wěn)定性是施工人員關(guān)心的兩個主要問題，土體的變形或不穩(wěn)定將會造成路面的損壞及沉降，降低路面的安全性和使用性能，土體回彈模量作為反應(yīng)其強度和穩(wěn)定度的一個重要指標，合理的獲取方法以及精確的數(shù)據(jù)對于公路建設(shè)具有重要的指導(dǎo)意義。
1.承載板試驗法(試驗室內(nèi))
本次室內(nèi)試驗選取儀器MTS，在這上面進行土體回彈模量的測試，根據(jù)儀器特性和測試需要，在實驗方案中確定分別進行控制試件壓實度和控制試件含水量測試，各成型30個標準養(yǎng)生和自然養(yǎng)生試件分別進行抗壓強度試驗、劈裂實驗和抗壓回彈模量試驗。試驗段土質(zhì)為中液限粘土，最佳含水量為14.4%，液限指數(shù)為38%。試驗時間為夏季，試驗前后均無降雨，試驗段土質(zhì)狀況排水良好，地下水位的臨界高度大于3m，所以土體處于干燥狀態(tài)，對于其他影響土體的因素再另行考慮。
(1)控制試件壓實度K=94%
根據(jù)實驗過程中采集的數(shù)據(jù)制作出了稠度和土體回彈模量關(guān)系圖。見圖1和表1.
根據(jù)實驗數(shù)據(jù)聯(lián)系稠度與土體回彈模量公式：
E = -103.53WC2 + 321.89W -179.23
(R2 =0.9437)
其中稠度為W，土體回彈模量為E，二者的計算關(guān)系如公式所示。此公式證明二者具有良好的相關(guān)關(guān)系，其中回歸曲線呈現(xiàn)半拋物線狀，開口向下，驗證了稠度與土體回彈模量之間的相關(guān)關(guān)系，從曲線的走勢可以看出，試驗土體的稠度的增大會導(dǎo)致回彈模量的增大。土體稠度的減小也會導(dǎo)致回彈模量的減小，但是當(dāng)稠度大于1.5之后，土體回彈模量增幅變小，之后基本上處于平穩(wěn)狀態(tài)，變化不大。
(2)控制試件含水量W=12%
根據(jù)實驗過程中采集的數(shù)據(jù)制作出了壓實度與土體回彈模量的關(guān)系圖。見圖2和表2。
由圖中所顯示的實驗數(shù)據(jù)結(jié)合壓實度與土體回彈模量計算公式：
E0 = - 10618K2 + 20712K - 9779.2
(R2 = 0.9531)
公式中，E0為土基回彈模量，K 為壓實度，從上圖數(shù)據(jù)可以看出二者良好的相關(guān)關(guān)系，且由于壓實度區(qū)小數(shù)，所以回歸系數(shù)變大，但是原則上并不影響其對規(guī)律的反映。通過重型擊實標準與輕型擊實標準的換算得到以下關(guān)系式：
E0 = - 8357.5K2 + 18491K – 9779.2
(R2 = 0.9531)
經(jīng)過回歸分析可以確定土基回彈模量與稠度和壓實度相應(yīng)的關(guān)系式，在此基礎(chǔ)上可以提出所要計算地區(qū)粘性土的土基回彈模量建議值。稠度指標綜合反應(yīng)了土的塑性特性，包含了液限與塑限，全面直觀地反映了土的軟硬程度，且容易測定;壓實度是衡量路基整體強度與穩(wěn)定性的另一個重要指標，較易測定，而土基回彈模量在測定時較為繁瑣，因此選擇稠度和壓實度為自變量，建立與土基回彈模量的關(guān)系式有重要的意義。試驗回歸公式具有良好的相關(guān)關(guān)系，經(jīng)過與現(xiàn)行規(guī)范推薦公式對比和反算分析，可以根據(jù)對應(yīng)地區(qū)進行計算。
2.貝克曼梁法
貝克曼梁法運用杠桿原理，通過對載重汽車對地面加載的百分表觀測路面回彈彎沉情況，因測定簡單易操作，所以適用范圍很廣，但是其標準荷載難以控制也使得測定結(jié)果在實際運用中存在難度。這種測試方法測定的路基、柔性路面的回彈彎沉值可供交工和竣工驗收使用，還能為公路養(yǎng)護管理部門制定養(yǎng)路修路計劃提供依據(jù)。在貝克曼梁測定法中，百分表上的終讀數(shù)與初始讀數(shù)的差值的兩倍即是路面的回彈彎沉數(shù)值。計算過程中，對于各測點的測定值和算術(shù)平均值的偏差值，計算較大的偏差與自然誤差的比值，如果某個感測點的數(shù)值大于極限值則放棄該數(shù)值，然后再計算各測點的算術(shù)平均值與標準差。
貝克曼梁法彎沉測量儀測到的是最大回彈彎沉值，但是輪胎的輪壓、輪載以及行駛速度對于測定結(jié)果的影響非常大，因此在測量過程中，必須反復(fù)檢查，確保測定條件完全符合標準。同時，測定過程中，測試車輛必須按輪跡帶形式，測點間隔依據(jù)所選取的路段長度而定。根據(jù)測試點采集數(shù)據(jù)，回程彎沉斷面圖，進行分析、統(tǒng)計和處理，然后通過精確計算確定路面的承載能力。由于貝克曼梁法所選取的路段溫度及濕度也會影響測定結(jié)果，所以，在測定時也要充分考慮溫度和濕度因素，如果測定環(huán)境不利于試驗，應(yīng)該按照測試規(guī)定予以修正。貝克曼梁法的使用要結(jié)合試驗的要求與實際情況，充分把握測試條件，對測定點進行統(tǒng)計分析并加以計算，得出回彈彎沉數(shù)值。
貝克曼梁法是規(guī)范推薦的土基回彈模量測試方法，可較為合理地得出土基的回彈模量，所使用儀器結(jié)構(gòu)及操作簡單，技術(shù)要求低，價格低廉。因此廣為施工單位所采用，同時也適用于測定各類路面結(jié)構(gòu)的回彈彎沉，用以評定其整體承載力，供路面結(jié)構(gòu)設(shè)計使用。但是，貝克曼梁法仍存在著一些缺點和不足之處：①貝克曼梁試驗所測得的回彈模量為靜模量，不能很好地模擬車輛行駛狀態(tài)下對路基路面的沖擊作用，因而不能完全反映土基在承受車輛荷載作用下的應(yīng)力、應(yīng)變特性。②貝克曼梁試驗所使用的方法整個過程為人工操作，影響因素多，效率低，無法滿足大面積快速檢測與路面管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的需要。因此，對于目前貝克曼梁法的改進應(yīng)當(dāng)著眼于自動化以及連續(xù)測量兩個方面，盡力提高測試速度和測試準確度，并能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動存儲與處理。
小結(jié)
土體回彈模量數(shù)值的測量在現(xiàn)場條件下容易受多種因素及環(huán)境方面的影響，數(shù)值誤差大，所以室內(nèi)試驗的數(shù)據(jù)相對來說參考性更高一些，在進行試驗的過程中，針對土體回彈測量的要求，要不斷修正試驗環(huán)境，通過大量的室內(nèi)試驗滿足現(xiàn)場施工的要求，這需要專業(yè)人員不斷進行研究拓展和創(chuàng)新實踐。
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