某路面彎沉變化及測試

1、瀝青路面彎沉變化及測試本文論述了瀝青路面彎沉變化的三個階段及分析測定彎沉的正確時間 ，著重介紹貝克曼梁彎沉儀測試彎沉的關(guān)鍵所在，并簡要介紹了其它三種測試路面彎沉的方法。關(guān)鍵詞：瀝青路面 彎沉 測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，路面彎沉作為一項重要的檢測指標(biāo)，反映了路面的整體強(qiáng)度質(zhì)量。在路面工程分項工程的質(zhì)量評定中，高速公路和一級公路的彎沉分值分別為 15 和 20 分，如彎沉達(dá)不到，該分項不可能達(dá)到優(yōu)良。由此可見，了解路面彎沉的變化規(guī)律、正確測試路面彎沉，對正確評價路面質(zhì)量有著極其重要的作用。1 路面彎沉的變化規(guī)律

2、路表彎沉的變化，是一個多方面因素綜合作用的復(fù)雜過程。路基路面各層的材料性質(zhì)、結(jié)構(gòu)組成類型、壓實狀況、壓實程度、溫濕度環(huán)境、氣候條件、交通組成、檢測時的環(huán)境條件以及所使用的儀器設(shè)備及檢測人員的檢測水平等均對彎沉的大小產(chǎn)生很大影響。瀝青路面的表面彎沉變化過程分為三個階段。路面竣工后的前1 2 年為第一階段。在這一階段，由于車輛荷載的重復(fù)碾壓，漸趨壓實，加上半剛性基層材料隨著齡期強(qiáng)度增長，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。這是因為，一方面半剛性基層的強(qiáng)度增長已十分緩慢，并逐漸趨于相對穩(wěn)

3、定狀態(tài)；另一方面，由于車輛荷載的重復(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)計不當(dāng)，沒有嚴(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缺陷的擴(kuò)展而轉(zhuǎn)移 ，并自動實現(xiàn)了整個系統(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穩(wěn)定。因此，路表彎沉進(jìn)入了一個相對穩(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?，在此期間路面整體結(jié)構(gòu)處于最大剛度狀態(tài)。但是，在測定材料參數(shù)時，養(yǎng)生時間最長的基層材料的設(shè)計齡期也只有6 個月。這個時間，正好接近于路面竣工后第一年的不利季節(jié)。而且統(tǒng)計結(jié)果表明，路面黃健：瀝青路面彎沉變化及測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

5、最大剛度狀態(tài)，而取得瀝青路面的設(shè)計狀態(tài)。這個狀態(tài)，也正是我們測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、彎沉儀的選擇、溫度修正及彎沉計算等方面提出有關(guān)要點和注意事項。2.1 標(biāo)準(zhǔn)車標(biāo)準(zhǔn)車為雙軸、后軸每側(cè)為雙輪胎的載重汽車，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)見表 1。測定彎沉用的標(biāo)準(zhǔn)車參數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)軸載等級 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-100 1001±50 ±0.5 0.7

6、00±.05 21.300±.5BZZ-60 60±130 ±0.5 0.500±.05 19.500±.5輪隙寬度應(yīng)滿足能自由插入彎沉儀測頭的測試要求測試車可根據(jù)需要按公路等級選擇，高速公路、一級及二級公路應(yīng)采用后軸10t 的 BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)車；其他等級公路可采用后軸6t 的 BZZ-60 標(biāo)準(zhǔn)車。測定彎沉用的標(biāo)準(zhǔn)車是很重要的，我國一直規(guī)定用解放牌CA-10B 型及黃河牌 JN-150 型作為兩個荷載等級的標(biāo)準(zhǔn)車。但這兩種車型逐漸淘汰和不再生產(chǎn)，漸趨滅絕。因此，規(guī)范對標(biāo)準(zhǔn)車的規(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)

7、的車型皆可使用。測試前，應(yīng)測定測試車的軸重、輪壓、輪胎接地面積，與標(biāo)準(zhǔn)車的要求相差不應(yīng)超過表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。彎沉儀長度有兩種：一種3.6m ，前后臂分別為2.4m 和 1.2m ；另一種加長的彎沉儀長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定時，宜采用長度為5.4m 的貝克曼梁彎沉儀，并采用BZZ-100 標(biāo)準(zhǔn)車。這是因為隨著公路路面剛度提高，彎沉儀影響半徑也越來越大。統(tǒng)計表明，60 年代中級路面的彎沉影響半徑為 0.5 1m；70 年代三級瀝青路面為11.5m ，二

8、級路面為 1.5 2m；90 年代高等級公路興建后，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。在這種情況下，3.6m 彎沉儀臂長的支點已落入彎沉影響區(qū)，這樣很難避免由于荷載車造成的支架下降變形的影響，使測定的彎沉值偏小，造成測量誤差。因此，若采用3.6m 的彎沉儀，測定時應(yīng)檢驗支點有無變形 ，此時應(yīng)用另一臺檢驗用的彎沉儀安裝在測定用彎沉儀的后方，其測點架于測定用彎沉儀的支點旁。當(dāng)汽車開出時，同時測定兩臺彎沉儀的彎沉讀數(shù)，如檢驗用彎沉儀百分表有讀數(shù)，即應(yīng)記錄，將兩臺彎沉儀的測定彎沉相加，得到測點彎沉，并進(jìn)行支點變形修正。當(dāng)在同一結(jié)構(gòu)層上測定時，可在不同位置測定5 次，求其平均值

9、，以后每次測定時以此作為修正值。2.3 彎沉測試頻率測定代表彎沉值時，應(yīng)以每公里每一雙車道為一評定路段。每路段檢查80 100個點。對多車道公路必須按車道數(shù)與雙車道之比，相應(yīng)增加測點數(shù)。2.4 溫度修正對于瀝青路面來說 ，彎沉強(qiáng)度測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，如在夏天測定時，由于過硬，也會產(chǎn)生失真現(xiàn)象。所以，需要定出一個溫度為測定彎沉的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。路面彎沉值是以 20°C為測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，不需要溫度修正；當(dāng)路面溫度在 20 ° C±2°C

10、時，也不進(jìn)行溫度修正；其他情況下測定彎沉值均應(yīng)進(jìn)行溫度修正。溫度修正及回彈彎沉的計算宜按下列步驟進(jìn)行。測定時的瀝青層平均溫度按下式計算：T(T25 TMTE)3式中 T測定時瀝青層平均溫度；T25根據(jù) T0 得出的路表下處的溫度， °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為測定時路表溫度與測定前5d 平均氣溫的平均值之和，° C0；與曰平均氣溫為曰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

11、修正系數(shù)；L20換算為 20 °C的瀝青路面回彈彎沉值， 0.01mm ；LT測定時瀝青面層內(nèi)平均溫度為T 時的回彈彎沉值， 0.01mm 。2.5 路面彎沉的計算路面測點的回彈彎沉值：LT 2(L1-L2)式中 LT在路面溫度 T 時的回彈彎沉值， 0.01mm ；L1車輪中心臨近彎沉儀測頭時百分表的最大讀數(shù)，0.01mm ；L2汽車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)行彎沉儀支點變形修正時，路面測點的回彈彎沉值：LT 2(L1-L2) 6(L3-L4)式中 L3車輪中心臨近彎沉儀測頭時檢L4汽車駛出彎沉影響半徑后檢驗用驗用彎沉儀的最大讀數(shù)，0.01mm ；彎

12、沉儀的終讀數(shù)， 0.01mm 。彎沉代表值是彎沉測量值的上波動界限，用下式計算：LR L ZA·S式中 LR一個評定路段的代表彎沉，；L一個評定路段內(nèi)經(jīng)各項修正后的各測點彎沉的平均值；S一個評定路段內(nèi)經(jīng)各項修正后的全部測點彎沉的標(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、一級公路ZA二級公路 ZA二級以下公路 ZA計算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差時，應(yīng)將超出 L±(23)S 的彎沉特異值舍棄。對舍棄的彎沉值過大的點，應(yīng)找出其周圍界限進(jìn)行處理。2.6 目前彎沉測試的主要存在問題(1) 原先的柔性路面設(shè)計規(guī)范容許彎沉的定義為路面在設(shè)計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

13、最大彎沉值，它不能直接作為竣工驗收指標(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造成的支架下降變形的影響。(3) 彎沉測試車的輪壓不足，從而導(dǎo)致回彈彎沉值偏小。(4) 彎沉測試車不稱重或裝載偏位、噸位不足，從而導(dǎo)致軸載與標(biāo)準(zhǔn)軸載偏差過大，而引起彎沉值偏小。(5) 彎沉儀測頭的位置不正確。一般來說，測試時彎沉儀的梁臂不得碰到輪胎，測頭應(yīng)置于測點上，即輪隙中心前方35cm 處。(6) 溫度修正不正確，往往僅利用當(dāng)時的氣溫進(jìn)行彎沉修正。(7) 代表彎沉測定時間不正確，代表彎沉應(yīng)在路面竣工后第一年不利季節(jié)。3 其它測

14、定路面彎沉的方法3.1 自動彎沉儀測定路面彎沉自動彎沉儀是利用貝克曼梁測定原理快速連續(xù)測定的設(shè)備 ，并在標(biāo)準(zhǔn)條件下每隔一定距離連續(xù)測試路面的總彎沉及測定路段的總彎沉的平均值。洛克魯瓦型自動彎沉測定車由測試汽車、測量機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)三部分組成，測量機(jī)構(gòu)安裝在測試車底盤下面，測臂夾在后軸輪隙中間。自動彎沉儀測試時的速度必須保持穩(wěn)定，應(yīng)控制在 3.0 3.5km/h 范圍內(nèi)。另外，當(dāng)路面嚴(yán)重?fù)p壞、不平整、有坑槽時，測定設(shè)備有可能損壞，或者當(dāng)平曲線半徑過小時，都不能檢測。3.2 落錘式彎沉儀測定路面彎沉車載落錘式路面彎沉快速測定儀是目前世界上最先進(jìn)的一種路面彎沉強(qiáng)度無損檢測設(shè)備之一。分為拖掛落錘式

15、( 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 ，測定路基或路面表面所產(chǎn)生的瞬間變形 ，即測定在動態(tài)荷載作用下產(chǎn)生的動態(tài)彎沉及彎沉盆。落錘式彎沉儀由荷載發(fā)生裝置、彎沉檢測裝置、運算控制系統(tǒng)與車輛牽引系統(tǒng)等組成 。測定時啟動落錘裝置 ，落錘瞬即自由落下 ，沖擊力作用在承載板上 ，又立即自動提升到原來位置固定。同時，各個傳感器檢測結(jié)構(gòu)層表面變形，記錄系統(tǒng)將位移信號輸入計算機(jī)，并得到峰值，即路面彎沉，同時得到彎沉盆。每一側(cè)點重復(fù)測定應(yīng)不少于 3 次，因為第一錘測定的結(jié)果往往不穩(wěn)定，故必須打二錘及第三錘，舍去第一錘的結(jié)果。3.3 激光彎沉測定儀激光彎沉測定儀是專門用來測定路面微小彎沉用的 ，這種微小彎沉一般在微米數(shù)量級 。例如，冬季氣候條件下的瀝青混凝土路面，用一