對(duì)路面彎沉變化規(guī)律的研究

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國內(nèi)外普遍采用回彈彎沉值來表示路基路面的承載能力，回彈彎沉值越大，承載能力越小，反之則越大。通常所說的回彈彎沉值是指標(biāo)準(zhǔn)后軸載雙輪組輪隙中心處的最大回彈彎沉值。在路表測(cè)試的回彈彎沉值可以反映路基、路面的綜合承載能力。本文從彎沉值的概念入手，分析了路面彎沉的變化規(guī)律，并進(jìn)一步闡述了路面彎沉的變化規(guī)律的測(cè)試試驗(yàn)。

　　1.彎沉值的幾個(gè)概念

　　1.1 彎沉 彎沉是指在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下，路基或路面表面輪隙位置產(chǎn)生的總垂直變形（總彎沉）或垂直回彈變形值（回彈彎沉），以0.01mm為單位。

　　1.2 設(shè)計(jì)彎沉值 根據(jù)設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上預(yù)測(cè)通過的累計(jì)當(dāng)量軸次、公路等級(jí)。面層和基層類型而確定的路面彎沉設(shè)計(jì)值。

　　1.3 竣工驗(yàn)收彎沉值 竣工驗(yàn)收彎沉值是檢驗(yàn)路面是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求的指標(biāo)之一。，當(dāng)胳面厚度計(jì)算以設(shè)計(jì)彎沉值為控制指標(biāo)時(shí)，則驗(yàn)收彎沉值應(yīng)小于或等于設(shè)計(jì)彎沉值；當(dāng)厚度計(jì)算以層底拉應(yīng)力為控制指標(biāo)時(shí)，應(yīng)根據(jù)拉應(yīng)力計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)厚度，重新計(jì)算路面彎沉值，該彎沉值即為竣工驗(yàn)收彎沉值。

　　1.4 彎沉值的測(cè)試方法 彎沉值的測(cè)試方法較多，目前用的最多的是貝克曼梁法，在我國已有成熟的經(jīng)驗(yàn)，但由于其測(cè)試速度等因素的限制，各國都對(duì)快速連續(xù)或動(dòng)態(tài)測(cè)定進(jìn)行了研究，現(xiàn)在用得比較普遍的有法國洛克魯瓦式自動(dòng)彎沉儀，丹麥等國家發(fā)明并幾經(jīng)改進(jìn)形成的落錘式彎沉儀（FWD），美國的振動(dòng)彎沉儀等。

　　2.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，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?yàn)?，一方面半剛性基層的?qiáng)度增長已十分緩慢，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(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。

　　3.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、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)。

　　3.1 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)。

　　測(cè)試前，應(yīng)測(cè)定測(cè)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。

　　3.2 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(cè)定時(shí)，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。

　　3.3 彎沉測(cè)試頻率測(cè)定代表彎沉值時(shí)，應(yīng)以每公里每一雙車道為一評(píng)定路段。每路段檢查80～100個(gè)點(diǎn)。對(duì)多車道公路必須按車道數(shù)與雙車道之比，相應(yīng)增加測(cè)點(diǎn)數(shù)。

　　3.4 溫度修正對(duì)于瀝青路面來說，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)。

　　3.5 路面彎沉的計(jì)算路面測(cè)點(diǎn)的回彈彎沉值：

　　LT＝2（L1-L2）

　　式中LT——在路面溫度T時(shí)的回彈彎沉值，0.01mm；

　　L1——車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：

　　LT＝2（L1-L2）＋6（L3-L4）

　　式中L3——車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：

　　LR＝L＋ZA·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ZA＝2.0二級(jí)公路ZA＝1.645二級(jí)以下公路ZA＝1.5計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)，應(yīng)將超出L±（2～3）S的彎沉特異值舍棄。對(duì)舍棄的彎沉值過大的點(diǎn)，應(yīng)找出其周圍界限進(jìn)行處理。

　　測(cè)定路面彎沉還有一些其它的方法，例如：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；落錘式彎沉儀測(cè)定路面彎；激光彎沉測(cè)定儀，激光彎沉測(cè)定儀是專門用來測(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)。