瀝青路面彎沉變化及測(cè)試

1、瀝青路面彎沉變化及測(cè)試文章：瀝青路面彎沉變化及測(cè)試 摘 要：本文論述了瀝青路面彎沉變化的三個(gè)階段及分析測(cè)定彎沉的正確時(shí)間，著重介紹貝克曼梁彎沉儀測(cè)試彎沉的關(guān)鍵所在，并簡(jiǎn)要介紹了其它三種測(cè)試路面彎沉的方法。關(guān)鍵詞：瀝青 路面 彎沉 測(cè)試路面彎沉不僅反映路面各結(jié)構(gòu)層及土基的整體強(qiáng)度和剛度，而且與路面的使用狀態(tài)存在一定的內(nèi)在聯(lián)系。因此工程竣工前，路面彎沉作為一項(xiàng)重要的檢測(cè)指標(biāo)，反映了路面的整體強(qiáng)度質(zhì)量。在路面工程分項(xiàng)工程的質(zhì)量評(píng)定中，高速公路和一級(jí)公路的彎沉分值分別為15和20分，如彎沉達(dá)不到，該分項(xiàng)不可能達(dá)到優(yōu)良。由此可見(jiàn)，了解路面彎沉的變化規(guī)律、正確測(cè)試路面彎沉，對(duì)正確評(píng)價(jià)路面質(zhì)量有著極其重要的

2、作用。1 路面彎沉的變化規(guī)律路表彎沉的變化，是一個(gè)多方面因素綜合作用的復(fù)雜過(guò)程。路基路面各層的材料性質(zhì)、結(jié)構(gòu)組成類(lèi)型、壓實(shí)狀況、壓實(shí)程度、溫濕度環(huán)境、氣候條件、交通組成、檢測(cè)時(shí)的環(huán)境條件以及所使用的儀器設(shè)備及檢測(cè)人員的檢測(cè)水平等均對(duì)彎沉的大小產(chǎn)生很大影響。瀝青路面的表面彎沉變化過(guò)程分為三個(gè)階段。路面竣工后的前12年為第一階段。在這一階段，由于車(chē)輛荷載的重復(fù)碾壓，漸趨壓實(shí)，加上半剛性基層材料隨著齡期強(qiáng)度增長(zhǎng)，從而導(dǎo)致路表彎沉將逐漸減小，大約在路面竣工后的第2年達(dá)到最小值。路面竣工后的第2年到第4年為第二階段。在這一階段，表現(xiàn)為路表彎沉的不斷增長(zhǎng)。這是因?yàn)?，一方面半剛性基層的?qiáng)度增長(zhǎng)已十分緩慢，并

3、逐漸趨于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)；另一方面，由于車(chē)輛荷載的重復(fù)作用以及水、溫度狀況的變化，加之路面混合料本身因拌和不均勻，而導(dǎo)致強(qiáng)度不均勻性等因素的影響，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的微觀缺陷將因局部范圍的應(yīng)力集中而擴(kuò)展，并逐漸出現(xiàn)小范圍的局部破壞，從而導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)整體剛度的下降，使得路表彎沉急劇增大。如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，沒(méi)有嚴(yán)格控制工程質(zhì)量，或是工程質(zhì)量的不均勻性，則有可能在這一階段出現(xiàn)局部路面的早期破壞。路面竣工3-4年后直至達(dá)到極限破壞狀態(tài)為彎沉變化的第三階段。在這一階段，路面由于各種復(fù)雜因素產(chǎn)生的局部強(qiáng)度不足的問(wèn)題已充分暴露，內(nèi)部缺陷附近局部區(qū)域積蓄的高密度能量也已通過(guò)缺陷的擴(kuò)展而轉(zhuǎn)移，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的能量平衡，從而

4、使得結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷的進(jìn)一步發(fā)展得到抑制。路面結(jié)構(gòu)的整體剛度重新達(dá)到一種新的較低水平的相對(duì)穩(wěn)定。因此，路表彎沉進(jìn)入了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的緩慢變化階段。即所謂的結(jié)構(gòu)疲勞破壞的穩(wěn)定發(fā)展階段，并一直延續(xù)到路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞破壞。在路面竣工后的1-2年之間，路表彎沉值最小?？梢?jiàn)，在此期間路面整體結(jié)構(gòu)處于最大剛度狀態(tài)。但是，在測(cè)定材料參數(shù)時(shí)，養(yǎng)生時(shí)間最長(zhǎng)的基層材料的設(shè)計(jì)齡期也只有6個(gè)月。這個(gè)時(shí)間，正好接近于路面竣工后第一年的不利季節(jié)。而且統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，瀝青路面彎沉變化及測(cè)試竣工后第一年不利季節(jié)的彎沉值與最大剛度狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的彎沉值比較接近。因此，將路面竣工后第一年不利季節(jié)近似地假定為路面整體結(jié)構(gòu)的最大剛度狀態(tài)，而取得

5、瀝青路面的設(shè)計(jì)狀態(tài)。這個(gè)狀態(tài)，也正是我們測(cè)量路面彎沉代表值的狀態(tài)。2 貝克曼梁彎沉儀路面彎沉測(cè)試由于目前工程上廣泛使用貝克曼梁彎沉儀，故現(xiàn)著重介紹貝克曼梁彎沉儀的使用方法，從標(biāo)準(zhǔn)車(chē)、彎沉儀的選擇、溫度修正及彎沉計(jì)算等方面提出有關(guān)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)。2.1 標(biāo)準(zhǔn)車(chē)標(biāo)準(zhǔn)車(chē)為雙軸、后軸每側(cè)為雙輪胎的載重汽車(chē)，其標(biāo)準(zhǔn)軸荷載、輪胎尺寸、輪胎間隙及輪胎氣壓等技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。測(cè)定彎沉用的標(biāo)準(zhǔn)車(chē)參數(shù) 表1標(biāo)準(zhǔn)軸載等級(jí)后軸標(biāo)準(zhǔn)軸載P(kN)每側(cè)雙輪胎荷載 (kN)輪胎充氣壓力(MPa)單輪傳壓面當(dāng)量圓直徑(cm) BZZ-100100±150±0.50.70±0.0521.30

6、7;0.5BZZ-6060±130±0.50.50±0.0519.50±0.5輪隙寬度應(yīng)滿(mǎn)足能自由插入彎沉儀測(cè)頭的測(cè)試要求測(cè)試車(chē)可根據(jù)需要按公路等級(jí)選擇，高速公路、一級(jí)及二級(jí)公路應(yīng)采用后軸10t的BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)車(chē)；其他等級(jí)公路可采用后軸6t的BZZ-60標(biāo)準(zhǔn)車(chē)。測(cè)定彎沉用的標(biāo)準(zhǔn)車(chē)是很重要的，我國(guó)一直規(guī)定用解放牌CA-10B型及黃河牌JN-150型作為兩個(gè)荷載等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)車(chē)。但這兩種車(chē)型逐漸淘汰和不再生產(chǎn)，漸趨滅絕。因此，規(guī)范對(duì)標(biāo)準(zhǔn)車(chē)的規(guī)定，僅規(guī)定軸重、輪壓、氣壓等主要參數(shù)，凡符合這些參數(shù)的車(chē)型皆可使用。測(cè)試前，應(yīng)測(cè)定測(cè)試車(chē)的軸重、輪壓、輪胎接地面積，與

7、標(biāo)準(zhǔn)車(chē)的要求相差不應(yīng)超過(guò)表1規(guī)定的值。如有不符，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整。2.2 彎沉儀的選擇及彎沉儀誤差修正彎沉儀由貝克曼梁、百分表及表架組成。彎沉儀長(zhǎng)度有兩種：一種3.6m，前后臂分別為2.4m和1.2m；另一種加長(zhǎng)的彎沉儀長(zhǎng)5.4m，前后臂分別為3.6m和1.8m。當(dāng)在半剛性基層瀝青路面上測(cè)定時(shí)，宜采用長(zhǎng)度為5.4m的貝克曼梁彎沉儀，并采用BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)車(chē)。這是因?yàn)殡S著公路路面剛度提高，彎沉儀影響半徑也越來(lái)越大。統(tǒng)計(jì)表明，60年代中級(jí)路面的彎沉影響半徑為0.51m；70年代三級(jí)瀝青路面為11.5m，二級(jí)路面為1.52m；90年代高等級(jí)公路興建后，路面彎沉影響半徑普遍已發(fā)展到3m，有的已達(dá)到4m以上

8、。在這種情況下，3.6m彎沉儀臂長(zhǎng)的支點(diǎn)已落入彎沉影響區(qū)，這樣很難避免由于荷載車(chē)造成的支架下降變形的影響，使測(cè)定的彎沉值偏小，造成測(cè)量誤差。因此，若采用3.6m的彎沉儀，測(cè)定時(shí)應(yīng)檢驗(yàn)支點(diǎn)有無(wú)變形，此時(shí)應(yīng)用另一臺(tái)檢驗(yàn)用的彎沉儀安裝在測(cè)定用彎沉儀的后方，其測(cè)點(diǎn)架于測(cè)定用彎沉儀的支點(diǎn)旁。當(dāng)汽車(chē)開(kāi)出時(shí)，同時(shí)測(cè)定兩臺(tái)彎沉儀的彎沉讀數(shù)，如檢驗(yàn)用彎沉儀百分表有讀數(shù)，即應(yīng)記錄，將兩臺(tái)彎沉儀的測(cè)定彎沉相加，得到測(cè)點(diǎn)彎沉，并進(jìn)行支點(diǎn)變形修正。當(dāng)在同一結(jié)構(gòu)層上測(cè)定時(shí)，可在不同位置測(cè)定5次，求其平均值，以后每次測(cè)定時(shí)以此作為修正值。2.3 彎沉測(cè)試頻率測(cè)定代表彎沉值時(shí)，應(yīng)以每公里每一雙車(chē)道為一評(píng)定路段。每路段檢查80

9、100個(gè)點(diǎn)。對(duì)多車(chē)道公路必須按車(chē)道數(shù)與雙車(chē)道之比，相應(yīng)增加測(cè)點(diǎn)數(shù)。 2.4 溫度修正對(duì)于瀝青路面來(lái)說(shuō)，彎沉強(qiáng)度測(cè)定是在瀝青路面上進(jìn)行的，而表層區(qū)域受天氣影響變化較大，夏天瀝青路面發(fā)軟，冬天又變硬發(fā)脆。因此，如在夏天測(cè)定時(shí)，由于過(guò)硬，也會(huì)產(chǎn)生失真現(xiàn)象。所以，需要定出一個(gè)溫度為測(cè)定彎沉的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。路面彎沉值是以20°C為測(cè)定瀝青路面彎沉值的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。當(dāng)瀝青面層厚度小于或等于5cm時(shí)，不需要溫度修正；當(dāng)路面溫度在20°C±2°C時(shí)，也不進(jìn)行溫度修正；其他情況下測(cè)定彎沉值均應(yīng)進(jìn)行溫度修正。溫度修正及回彈彎沉的計(jì)算宜按下列步驟進(jìn)行。測(cè)定時(shí)的瀝青層平均溫度按下式計(jì)算

10、：T(T25TMTE)3式中T測(cè)定時(shí)瀝青層平均溫度；T25根據(jù)T0得出的路表下25mm處的溫度，°C；TM根據(jù)T0得出的瀝青層中間深度的溫度，°C；TE根據(jù)T0得出的瀝青層底面處的溫度，°C；T0為測(cè)定時(shí)路表溫度與測(cè)定前5d平均氣溫的平均值之和，°C0；與日平均氣溫為日最高氣溫與最低氣溫的平均值。然后由瀝青層平均溫度從路面彎沉溫度修正系數(shù)曲線查找出瀝青路面彎沉溫度修正系數(shù)：L20LT·K式中K溫度修正系數(shù)；L20換算為20°C的瀝青路面回彈彎沉值，0.01mm；LT測(cè)定時(shí)瀝青面層內(nèi)平均溫度為T(mén)時(shí)的回彈彎沉值，0.01mm。2.5 路面

11、彎沉的計(jì)算路面測(cè)點(diǎn)的回彈彎沉值：LT2(L1-L2)式中LT在路面溫度T時(shí)的回彈彎沉值，0.01mm；L1車(chē)輪中心臨近彎沉儀測(cè)頭時(shí)百分表的最大讀數(shù)，0.01mm；L2汽車(chē)駛出彎沉影響半徑后百分表的終讀數(shù)，0.01mm。當(dāng)需要進(jìn)行彎沉儀支點(diǎn)變形修正時(shí)，路面測(cè)點(diǎn)的回彈彎沉值：LT2(L1-L2)6(L3-L4)式中L3車(chē)輪中心臨近彎沉儀測(cè)頭時(shí)檢驗(yàn)用彎沉儀的最大讀數(shù)，0.01mm；L4汽車(chē)駛出彎沉影響半徑后檢驗(yàn)用彎沉儀的終讀數(shù)，0.01mm。彎沉代表值是彎沉測(cè)量值的上波動(dòng)界限，用下式計(jì)算：LrLZa·S式中Lr一個(gè)評(píng)定路段的代表彎沉，0.01mm；L一個(gè)評(píng)定路段內(nèi)經(jīng)各項(xiàng)修正后的各測(cè)點(diǎn)彎沉的

12、平均值；S一個(gè)評(píng)定路段內(nèi)經(jīng)各項(xiàng)修正后的全部測(cè)點(diǎn)彎沉的標(biāo)準(zhǔn)差；Za與保證率有關(guān)的系數(shù)，采用下列數(shù)值。高速、一級(jí)公路Za2.0二級(jí)公路Za1.645二級(jí)以下公路Za1.5計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)，應(yīng)將超出L±(23)S的彎沉特異值舍棄。對(duì)舍棄的彎沉值過(guò)大的點(diǎn)，應(yīng)找出其周?chē)缦捱M(jìn)行處理。2.6 目前彎沉測(cè)試的主要存在問(wèn)題(1)原先的柔性路面設(shè)計(jì)規(guī)范容許彎沉的定義為路面在設(shè)計(jì)使用年限末期的最不利季節(jié)在標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下容許出現(xiàn)的最大彎沉值，它不能直接作為竣工驗(yàn)收指標(biāo)，否則標(biāo)準(zhǔn)偏低，易出現(xiàn)早期破壞。(2)目前半剛性基層的瀝青路面彎沉測(cè)試多數(shù)采用3.6m的貝克曼梁彎沉儀，但很少考慮由荷載車(chē)造成的支架下降

13、變形的影響。(3)彎沉測(cè)試車(chē)的輪壓不足，從而導(dǎo)致回彈彎沉值偏小。(4)彎沉測(cè)試車(chē)不稱(chēng)重或裝載偏位、噸位不足，從而導(dǎo)致軸載與標(biāo)準(zhǔn)軸載偏差過(guò)大，而引起彎沉值偏小。(5)彎沉儀測(cè)頭的位置不正確。一般來(lái)說(shuō)，測(cè)試時(shí)彎沉儀的梁臂不得碰到輪胎，測(cè)頭應(yīng)置于測(cè)點(diǎn)上，即輪隙中心前方35cm處。(6)溫度修正不正確，往往僅利用當(dāng)時(shí)的氣溫進(jìn)行彎沉修正。(7)代表彎沉測(cè)定時(shí)間不正確，代表彎沉應(yīng)在路面竣工后第一年不利季節(jié)。3 其它測(cè)定路面彎沉的方法3.1 自動(dòng)彎沉儀測(cè)定路面彎沉自動(dòng)彎沉儀是利用貝克曼梁測(cè)定原理快速連續(xù)測(cè)定的設(shè)備，并在標(biāo)準(zhǔn)條件下每隔一定距離連續(xù)測(cè)試路面的總彎沉及測(cè)定路段的總彎沉的平均值。洛克魯瓦型自動(dòng)彎沉測(cè)

14、定車(chē)由測(cè)試汽車(chē)、測(cè)量機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)三部分組成，測(cè)量機(jī)構(gòu)安裝在測(cè)試車(chē)底盤(pán)下面，測(cè)臂夾在后軸輪隙中間。自動(dòng)彎沉儀測(cè)試時(shí)的速度必須保持穩(wěn)定，應(yīng)控制在3.03.5km/h范圍內(nèi)。另外，當(dāng)路面嚴(yán)重?fù)p壞、不平整、有坑槽時(shí)，測(cè)定設(shè)備有可能損壞，或者當(dāng)平曲線半徑過(guò)小時(shí)，都不能檢測(cè)。3.2 落錘式彎沉儀測(cè)定路面彎沉車(chē)載落錘式路面彎沉快速測(cè)定儀是目前世界上最先進(jìn)的一種路面彎沉強(qiáng)度無(wú)損檢測(cè)設(shè)備之一。分為拖掛落錘式(或外載式)與內(nèi)載落錘式兩種。落錘式彎沉儀是在標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的重錘落下一定高度發(fā)生沖擊荷載的作用下，測(cè)定路基或路面表面所產(chǎn)生的瞬間變形，即測(cè)定在動(dòng)態(tài)荷載作用下產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)彎沉及彎沉盆。落錘式彎沉儀由荷載發(fā)生裝置、彎沉檢測(cè)裝置、運(yùn)算控制系統(tǒng)與車(chē)輛牽引系統(tǒng)等組成。測(cè)定時(shí)啟動(dòng)落錘裝置，落錘瞬即自由落下，沖擊力作用在承載板上，又立即自動(dòng)提升到原來(lái)位置固定。同時(shí)，各個(gè)傳感器檢測(cè)結(jié)構(gòu)層表面變形，記錄系統(tǒng)將位移信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，并得到峰值，即路面彎沉，同時(shí)得到彎沉盆。每一側(cè)點(diǎn)重復(fù)測(cè)定應(yīng)不少于3次，因?yàn)榈谝诲N測(cè)定的結(jié)果往往不穩(wěn)定，故必須打二錘及第