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JTG 3450—2019《公路路基路面现场测试规程》---- 7 承载能力
落球仪测试土质路基模量方法
JTG 3450—2019《公路路基路面现场测试规程》中T 0946-2019落球仪测试土质路基模量方法
1 适用范围
1.1 本方法适用于落球仪快速测试粘土、粉土、砂石土、砾石土土质路基的压缩模量和回弹模量。
1.2 本方法不适用于最大粒径超过100mm 的土质路基模量测试。
2 仪具与材料技术要求
2.1 落球仪由碰撞装置、信号采集装置、测试及解析软件等组成，其最大影响深度为250mm，结构与形状如图T0946-1 所示，主要技术要求如下：
（1）碰撞装置：由球冠、把手构成，材质采用不锈钢，退火硬度不大于235HB，淬火回火硬度不小于192HB。球冠曲率半径为(120±5)mm，当球冠表面有凹凸不平时，应更换，球冠质量为(19.1±0.2)kg，把手质量应小于1.3 kg。
（2）信号采集装置：采用加速度传感器，该加速度传感器安装在碰撞球冠中，可记录下落体与结构对象发生碰撞时的加速度变化过程。其中：
①系统应具有预触发机能；
②信号增益应可调，以适应不同强度的土体；
③A/D 卡的采样间隔不应长于2us，分辨率不应低于16Bit。
（3）测试及解析软件：能够记录、保存测试数据，具备滤波功能并能够自动分析各测试参数。
2.2 其他：卷尺、限位支架、安装工具。
3 方法与步骤
3.1 准备工作
3.1.1 选择测试区域，在测试区域做好标记并编号，每车道可（10-20）m 设一测区，测区还应满足以下条件：
（1）表面无明显积水或潮湿现象，无明显碎石等杂物，表面填筑材料较为均匀。
（2）土基面坡度小于10°。
（3）附近无影响测试的施工作业、磁场、静电等。
3.1.2 每个测区至少包含7个测点，各测点间间距应大于500mm，并避开明显的大粒径填料。
3.1.3 连接并调试好仪器设备。
3.1.4 设定球冠的质量、曲率半径、模量、泊松比及其下落高度，并根据测试路段的材料种
类，依据表T 0946-1 选取合适的泊松比（us）和修正系数（κ）。
表T 0946-1 各材料泊松比及修正系数
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材料 |
砾石土 |
砂土 |
粉土 |
粘土 |
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泊松比 |
0.20 |
0.30 |
0.35 |
0.40 |
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修正系数κ |
0.66 |
0.85 |
0.90 |
1.00 |
3.2 测试步骤
（1）将落球仪放至测点区域，调节限位支架以保证球冠底部距测点表面的距离为0.5m。若不采用限位支架，则应用直尺量测球冠底部距测点表面的高度，并保证其为0.5m。
（2）手扶把手垂直提升至限定位置，松开把手，让球冠做自由落体，并与测试面碰撞，设备自动采集并输出该测点的压缩或回弹模量𝐸。
（3）有效测点的测试波形应近似为半个正弦波，如果波形噪声太大（如毛刺太多），可在测点铺一层报纸或塑料薄膜，以减少土体材料与球冠的摩擦静电。
（4）确认测点数据有效后，保存采集数据。每个测点只能测试1 次，在同一位置不能重复测试。
4 数据处理
4.1 按式（T 0946-1）计算每个测区的模量𝐸。
5 报告
本方法应报告以下技术内容：
（1）测试路段信息（桩号、材料种类等）。
（2）模量。
条文说明
弹性模量可根据测试碰撞体与路基碰撞时的加速度～时间过程，通过Hertz 接触理论计算得到。该碰撞过程可分离为压缩过程和回弹过程，因此可以分别计算出压缩时和回弹时的弹性模量。对于碾压后的路基材料，由于反复加载、卸载，其压缩过程和回弹过程的时间差异相对较小，所以本方法中回弹模量的计算直接采用整个碰撞接触时间。各测点的回弹模量及压缩模量分别按式（T 0946-2）和式（T 0946-3）进行计算：
——材料修正系数，见表T 0946-1；
——路基材料的泊松比，见表T 0946-1；
——（不锈钢）泊松比，取0.3；
——碰撞体的质量（kg），取19.1kg；
——碰撞体材料（不锈钢）的变形模量（MPa），取200×103MPa；
——碰撞接触时间（s）；
Tcc——碰撞压缩过程时间（s）；
——自由下落球体的曲率半径（m），为0.12m；
——自由下落球体与被碰撞对像碰撞时的速度（m/s）: ，其中： m/s2；
——球体的下落高度（m），为0.5m 时， =3.10m/s。
由于路基材料为岩土类材料，具有较强的非线性和不均匀性。因此，不同的测试方法往往得到不同的结果。根据大量的实验数据，发现影响落球测试结果的主要因素有材料的粒径以及级配。与承载板试验相比，落球测试的结果一般偏大，而且粒径越大的材料，其偏差程度往往也越高。编写组根据国内外50 余个工程、项目的测试数据，给出了表T 0946-1 的数值。下图是经修正后的落球～承载板试验对比验证结果，可以看出：
（1）落球测试结果平均约有8%的低估，这是考虑到误差偏安全方面；
（2）相关系数为0.957，表明相关性良好。
同时，在山西的忻州、晋中，浙江的杭州、河南洛阳、湖北襄阳以及重庆等地的十余条公路上进行了落球与贝克曼梁弯沉试验的对比，结果表明：
（1）在大多数情况下，落球测试得到的回弹模量与贝克曼梁弯沉推算得到的回弹模量，在均值、
趋势等方面基本一致；
（2）由于落球测试的深度范围要浅于贝克曼梁弯沉，因此落球测试受材料表面影响较大。当表面湿润时，落球测试的回弹模量结果明显偏小，而在有重车反复过往的路段时，落球测试结果则明显偏大。落球仪测值与岩土材料动态模量也有较好的相关性，可以根据使用需求，参照本规程附录C的规定，与动态模量进行相关性试验，得到落球仪测值与动态模量的转换关系。
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