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對(duì)路面彎沉變化測(cè)試的幾點(diǎn)思考論文
摘要: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)量有著極其重要的作用。
本文通過(guò)對(duì)3種典型的路面彎沉檢測(cè)設(shè)備的使用性能,彎沉檢測(cè)中的注意事項(xiàng),采集數(shù)據(jù)蘊(yùn)涵信息的描述,總結(jié)了3種檢測(cè)設(shè)備彎沉測(cè)試的關(guān)鍵所在。
關(guān)鍵詞:路面;彎沉;測(cè)試;設(shè)備
路面彎沉是反映路面各結(jié)構(gòu)層整體強(qiáng)度和剛度的重要指標(biāo),同時(shí)也與路面的使用狀態(tài)存在著一定的內(nèi)在聯(lián)系。
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(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強(qiáng)度增長(zhǎng)已十分緩慢,并逐漸趨于相對(duì)穩(wěn)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。
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,從而使得結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷的進(jìn)一步發(fā)展得到抑制。
2、路面現(xiàn)場(chǎng)彎沉測(cè)試
2.1貝克曼梁彎沉測(cè)試
用貝克曼梁測(cè)試彎沉,作為施工驗(yàn)收及補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)時(shí)彎沉檢驗(yàn)的手段,是我國(guó)通行的做法,同時(shí),在我國(guó)也一直是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本參數(shù)。
1)在我國(guó)現(xiàn)階段,一般測(cè)試的是路面回彈彎沉而非總彎沉;
2)溫度修正不準(zhǔn)確,往往僅利用當(dāng)時(shí)的氣溫進(jìn)行溫度修正;
3)測(cè)試前必須對(duì)彎沉測(cè)試車軸重、裝載是否偏位、輪壓等指標(biāo)進(jìn)行復(fù)查;
4)目前我國(guó)多采用半剛性基層瀝青路面,因此宜采用5.4m彎沉儀,以避免支點(diǎn)沉降的影響;
5)應(yīng)注意彎沉儀測(cè)頭的位置,測(cè)頭應(yīng)置于測(cè)點(diǎn)上,即輪隙中心前方3cm-5cm;
6)代表彎沉測(cè)試的時(shí)間應(yīng)選在路面竣工后第一年的最不利季節(jié)。
2.2 JG型自動(dòng)彎沉儀彎沉測(cè)試
JG型自動(dòng)彎沉儀的基本工作原理與貝克曼梁彎沉測(cè)試的原理相同,都是簡(jiǎn)單的杠桿原理。其本質(zhì)是貝克曼梁的自動(dòng)化形式。它利用了檢測(cè)車本身后軸的軸重,安裝在汽車底盤下方類似于貝克曼梁支架的測(cè)量架,實(shí)現(xiàn)了彎沉測(cè)試的自動(dòng)化。
該方法測(cè)試的彎沉數(shù)據(jù)是路面在車輛荷載作用下的總彎沉,可為路面養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)提供可靠的強(qiáng)度數(shù)據(jù),同時(shí)可用于新建路面、路基的施工質(zhì)量控制及施工質(zhì)量驗(yàn)收。
2.3落錘式彎沉儀彎沉檢測(cè)
落錘式彎沉儀(FWD)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制下的液壓系統(tǒng)提升并釋放——重錘,對(duì)路面施加一脈沖荷載,來(lái)模擬行車荷載對(duì)路面的作用。通過(guò)起落架上7—9個(gè)高頻速度傳感器測(cè)定距加載板不同距離處路面的彎沉。FWD彎沉測(cè)試數(shù)據(jù)為路面結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步分析評(píng)價(jià)提供了豐富的信息。
FWD彎沉測(cè)試系統(tǒng)直接在路面上模擬運(yùn)動(dòng)著的汽車輪載,從根本上改變了傳統(tǒng)靜態(tài)彎沉測(cè)試系統(tǒng)的缺陷,反映了路面結(jié)構(gòu)的“現(xiàn)場(chǎng)”真實(shí)特性。FWD應(yīng)用范圍廣,可用于瀝青路面及水泥混凝土路面,還可用于路面結(jié)構(gòu)脫空識(shí)別及路面板間傳荷效率分析。路面彎沉測(cè)試精度為1μm,系統(tǒng)誤差2%,為反算路面各層材料參數(shù)創(chuàng)造了條件。該設(shè)備測(cè)速快,自動(dòng)化程度高,測(cè)試時(shí)對(duì)交通干擾小。
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)定車由測(cè)試汽車、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)試車底盤下面,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3.0～3.5km/h范圍內(nèi)。另外,當(dāng)路面嚴(yán)重?fù)p壞、不平整、有坑槽時(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 激光彎沉測(cè)定儀
激光彎沉測(cè)定儀是專門用來(lái)測(cè)定路面微小彎沉用的,這種微小彎沉一般在微米數(shù)量級(jí)。例如,冬季氣候條件下的瀝青混凝土路面,用一般貝克曼梁彎沉儀已無(wú)法測(cè)量。由于機(jī)械之間摩擦所產(chǎn)生的誤差已將微變彎沉覆蓋,因此只有用激光衍射辦法才能測(cè)出它的微小彎沉值。激光彎沉測(cè)定儀具有操作簡(jiǎn)易、精度高、讀數(shù)穩(wěn)定、體積小、質(zhì)量特輕等特點(diǎn)。
3.3相互換算
當(dāng)用自動(dòng)彎沉車或落錘式彎沉儀測(cè)定時(shí),首先應(yīng)建立自動(dòng)彎沉車或落錘式彎沉儀與貝克曼梁檢測(cè)之間的相關(guān)關(guān)系,并將自動(dòng)彎沉車或落錘式彎沉儀測(cè)得的彎沉值換算為貝克曼梁的彎沉值,再計(jì)算路段的代表彎沉值。用自動(dòng)彎沉車或落錘式彎沉儀測(cè)定路表彎沉?xí)r,應(yīng)按5m的間距等距離布設(shè)測(cè)點(diǎn)。
4、路面彎沉測(cè)試設(shè)備的選用
我國(guó)現(xiàn)階段的路面彎沉測(cè)試,公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程雖然推薦了自動(dòng)彎沉儀及FWD,但同時(shí)強(qiáng)調(diào)了貝克曼梁測(cè)定回彈彎沉,評(píng)定路面承載能力,回彈彎沉用于路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的權(quán)威性。同時(shí),我國(guó)的路面驗(yàn)收、舊路補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)也是以回彈彎沉為控制指標(biāo)。因此,進(jìn)行自動(dòng)彎沉儀、FWD、貝克曼梁彎沉對(duì)比試驗(yàn)很有必要。
相對(duì)于貝克曼梁,自動(dòng)彎沉儀、FWD具有測(cè)速快、精度高、自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)。FWD由于很好地模擬了行車荷載對(duì)路面的動(dòng)力作用,并且可以得到測(cè)點(diǎn)彎沉?xí)r程曲線,現(xiàn)階段被認(rèn)為是最有效的路面承載能力評(píng)價(jià)設(shè)備。
目前,FWD、自動(dòng)彎沉儀還不能完全替代貝克曼梁,若找出各種檢測(cè)設(shè)備的相關(guān)關(guān)系對(duì)自動(dòng)化彎沉檢測(cè)設(shè)備的推廣應(yīng)用大有好處。
由于各種彎沉測(cè)試設(shè)備荷載性質(zhì)不同,即使試驗(yàn)中可保證荷載大小相同,但加荷方式相差很大,路面彎沉受溫度、濕度、材料性質(zhì)、路面結(jié)構(gòu)組成等一系列因素的影響,所以,任何相關(guān)關(guān)系式只是在一定的范圍內(nèi)對(duì)某一特定路面是正確的。同一條路在不同的季節(jié),不同的剩余壽命其對(duì)比關(guān)系都是不同的,甚至差別很大。因此,在引用時(shí)應(yīng)慎重考慮。
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