路面弯沉 [对路面弯沉值及其变化测试初探]

来源:职业教育 发布时间:2019-03-28 05:40:12 点击:

  摘要:路面回弹弯沉值的变化,对高等级公路的综合承载能力和公路使用寿命起着至关重要的作用。本文解释了路面弯沉值有关的概念,并对如何测试路面弯沉值得变化作7初步探讨,为测试弯沉值的变化提出了值得借鉴的意见。
  关键词:弯沉 弯沉值 变化 测试
  
  路面弯沉不仅能够反映路面各结构层及土基的整体强度和刚度,而且与路面的使用状态存在一定的内在联系。因此工程竣工前,路面弯沉作为一项重要的检测指标,反映了路面的整体强度质量。无论国内还是国外,都普遍采用回弹弯沉值来表示路基路面的承载能力,回弹弯沉值越大,承载能力越小,反之则越大。通常所说的回弹弯沉值是指标准后轴载双轮组轮隙中心处的最大回弹弯沉值。对路表测试后得到的回弹弯沉值,可以反映路基、路面的综合承载能力。回弹弯沉值在我国已广泛使用且有很多的经验及研究成果,它不仅用于路面结构的设计和施工控制及施工验收中,还应用于旧路补强设计中,是公路工程建设维护的一个基本参数。所以,正确地测试路面弯沉值有重要的意义。
  
  一、关于弯沉值的几个概念
  
  1.弯沉。
  弯沉是指在规定的标准轴载作用下,路基或路面表面轮隙位置产生的总垂直变形(总弯沉)或垂直回弹变形值(回弹弯沉),以0.01mm为单位
  
  2.设计弯沉值。
  根据设计年限内一个车道上预测通过的累计当量轴次、公路等级,加上面层和基层类型而确定的路面弯沉设计值。
  
  3.竣工验收弯沉值。
  竣工验收弯沉值是检验路面是否达到设计要求的指标之一。当路面厚度计算以设计弯沉值为控制指标时,则验收弯沉值应小于或等于设计弯沉值;当厚度计算以层底拉应力为控制指标时,应根据拉应力计算所得的结构厚度,重新计算路面弯沉值,该弯沉值即为竣工验收弯沉值。
  
  4.弯沉值的测试方法。
  弯沉值的测试方法较多,目前用的最多的是贝克曼梁法,在我国已有成熟的经验,但由于其测试速度等因素的限制,各国都对快速、连续或动态测定进行了研究,现在用的比较普遍的有法国洛克鲁瓦式自动弯沉仪、丹麦等国家发明并几经改进形成的落锤式弯沉仪(FwD)和美国的振动弯沉仪等。
  
  二、路面弯沉的变化规律
  
  路表弯沉的变化是一个多方面因素综合作用的复杂过程。路基路面各层的材料性质、结构组成类型、压实状况、压实程度,温湿度环境、气候条件、交通组成、检测时的环境条件以及所使用的仪器设备及检测人员的检测水平等均对弯沉的大小产生很大影响。
  沥青路面的表面弯沉变化过程分为三个阶段。路面竣工后的前1~2年为第一阶段。在这一阶段,由于车辆荷载的重复碾压,渐趋压实,加上半刚性基层材料随着公路龄期强度增长,从而导致路表弯沉逐渐减小,大约在竣工后的第2年达到最小值。路面竣工后的第2年到第4年为第二阶段。在这一阶段,表现为路表弯沉的不断增长。这是因为一方面半刚性基层的强度增长已十分缓慢,并逐渐趋于相对稳定状态,另一方面,由于车辆荷载的重复作用以及水、温度状况的变化,加上路面混合料本身因拌和不均匀而导致强度不均匀性等因素的影响,结构内部的微观缺陷将因局部范围的应力集中而扩展,并逐渐出现小范围的局部破损,从而导致路面结构整体刚度下降,使得路表弯沉急剧增大。路面竣T3~4年后直至达到极限破坏状态为弯沉变化的第三阶段。在这一阶段,路面由于各种复杂因素产生的局部强度不足的问题已充分暴露,内部缺陷附近局部区域积蓄的高密度能量也已通过缺陷的扩散转移,并自动实现了整个系统的能量平衡,从而使得结构内部损伤的进一步发展得到抑制。
  
  三、贝克蔓梁弯沉仪路弯沉测试
  
  由于目前工程上广泛使用贝克曼梁弯沉仪,因而在此着重介绍贝克曼粱弯沉仪的使用方法,从标准车、弯沉仪的选择、温度修正及弯沉计算等方面出有关要点和注意事项。
  
  1.标准车。
  
  标准车为双轴、后轴每侧为双轮胎的载重汽车,其标准轴荷载、轮胎尺寸、轮胎间隙及轮胎气压等技术参数见表1。
  测定弯沉用的标准车参数表1
  标准轴载等级
  BZZ-100 BZZ-60
  后轴标准轴载P(kN)100±160-+1
  每侧双轮胎荷载(kN)50+0.5 30+0.5
  轮胎充气压力(MPa)0.70±0.05
  0.50±0.05
  单轮传压面当量圆直径(cm)
  21.30±0.5
  19.50±0.5
  轮隙宽度 应满足能自由插入弯沉仪测头的测试要求:
  测试前,应测定测试车的轴重、轮压、轮胎接地面积,与标准车的要求相差不应超过表l规定的值。如有不符。应适当调整。
  2.弯沉仪的选择及弯沉仪误差修正。
  弯沉仪由贝克曼梁、百分表及表架组成。弯沉仪长度有两种:一种3.6m,前后臂分别为2.4m和1.2m,另一种加长的弯沉仪长5.4m,前后臂分别为3.6m和1.8m。当在半刚性基层沥青路面上测定时,宜采用长度为5.4m的贝克曼粱弯沉仪,并采用BZZ-100标准车。
  
  3.弯沉测试频率。
  测定代表弯沉值时,应以每公里每一双车道为一评定路段。每路段检查80~100个点。对多车道公路必须按车道数与双车道之比,相应增加测点数。
  
  4.温度修正。
  对于沥青路面来说,弯沉强度测定是在沥青路面上进行的,而表层区域受天气影响变化较大,夏天沥青路面发软,冬天又变硬发脆。因此,如在夏天测定时,由于过硬也会产生失真现象,所以需要事先定出一个温度值作为测定弯沉的标准状态。
  
  5.路面弯沉的计算。
  路面测点的回弹弯沉值:
  LT=2(L1-L2)
  LT――在路面温度T时的回弹弯沉值,0.01mm;
  LIm车轮中心临近弯沉仪测头时百分表的最大读数,0.01mm,
  L2_汽车驶出弯沉影响半径后百分表的终读数,0.01mm。
  当需要进行弯沉仪支点变形修正时,路面测点的回弹弯沉值:
  LT=2(LI-L2)+6(L3-L4)
  式中L3m车轮中心临近弯沉仪测头时检验用弯沉仪的最大读数,0.01mm,
  L4m汽车驶出弯沉影响半径后检验用弯沉仪的终读数,0.01mm。
  弯沉代表值是弯沉测量值的上波动界限,用下式计算:
  LR=L+ZA・S
  式中LR--一个评定路段的代表弯沉,0.01mm。
  L――个评定路段内经各项修正后的各测点弯沉的平均值。
  S――个评定路段内经各项修正后的全部测点弯沉的标准差一。
  ZA――与保证率有关的系数,采用下列数值。
  高速、一级公路ZA=2.0
  二级公路ZA=1.645
  二级以下公路ZA=1.5
  计算平均值和标准差时,应将超出L±(2~3)s的弯沉特异值舍弃。对舍弃的弯沉值过大的点应找出其周围界限进行处理。
  测定路面弯沉还有一些其它的方法,例如:自动弯沉仪测定路面弯沉。自动弯沉仪是利用贝克曼梁测定原理快速连续测定的设备,并在标准条件下每隔一定距离连续测试路面的总弯沉及测定路段的总弯沉的平均值。此外还有落锤式弯沉仪测定路面弯沉和激光弯沉测定仪。激光弯沉测定仪是专门用来测定路面微小弯沉用的,这种微小弯沉一般在微米数量级。
  总之,在测试路面弯沉值时,必须要先确定限定条件的参数,如:公路龄限、标准车,误差修正指数、测试频率和温度修正等,这样才能得到比较科学合理的弯沉值,从而才能为今后的公路设计、使用和维护提供科学的依据。

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