張煒

(貴州省銅仁公路管理局試驗(yàn)檢測(cè)中心)

瀝青路面彎沉測(cè)試技術(shù)研究

張煒

(貴州省銅仁公路管理局試驗(yàn)檢測(cè)中心)

瀝青路面彎沉是檢測(cè)路面承載能力的一個(gè)重要指標(biāo)，也是評(píng)價(jià)瀝青路面施工質(zhì)量好壞的重要組成部分，主要分析了目前在瀝青路面彎沉檢測(cè)中常用的承載板法、貝克曼梁法和落錘式彎沉儀法，同時(shí)對(duì)彎沉檢測(cè)新技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)研究。

瀝青路面;彎沉;貝克曼梁;FWD

1 引言

在目前我國(guó)瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系中彎沉是表征瀝青路面強(qiáng)度的一個(gè)重要指標(biāo)，也是檢測(cè)瀝青路面施工質(zhì)量的重要指標(biāo)。隨著我國(guó)公路建設(shè)規(guī)模的不斷增長(zhǎng)，需要建立完善的路面長(zhǎng)期使用性能評(píng)價(jià)體系，以便于對(duì)路面狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)的掌握。目前我國(guó)在路面彎沉和承載能力檢測(cè)方面技術(shù)水平還相對(duì)較低，直到落錘式彎沉儀在公路工程中的應(yīng)用大大提高了路面完成檢測(cè)的效率、精度和效率。目前我國(guó)在瀝青路面彎沉檢測(cè)中常用的檢測(cè)技術(shù)還是貝克曼梁法，所以在落錘式彎沉儀法(FWD)和貝克曼梁法之間還需要不斷加強(qiáng)兩者之間的相關(guān)性研究。

2 彎沉檢測(cè)方法

2.1 貝克曼梁彎沉檢測(cè)

貝克曼梁檢測(cè)彎沉利用的是杠桿原理，通過(guò)百分表的讀數(shù)來(lái)計(jì)算彎沉的大小。我國(guó)規(guī)范中對(duì)貝克曼梁檢測(cè)完成的標(biāo)準(zhǔn)軸載、輪胎尺寸、輪胎間隙和接地壓力大小都有明確的規(guī)定。貝克曼梁的前臂和后臂長(zhǎng)度之比為2∶1，梁的總長(zhǎng)度分為3.6 m和5.4 m兩種。

用貝克曼梁進(jìn)行彎沉測(cè)量首先將梁插入兩輪隙之間，不能碰觸到輪胎，將百分表至于貝克曼梁的末端，指揮汽車(chē)緩慢前進(jìn)，隨著路面變形的增加，百分表的讀數(shù)會(huì)逐漸增大，讀取百分表轉(zhuǎn)動(dòng)最大值時(shí)的讀數(shù)，隨著汽車(chē)的往前運(yùn)行，其形成的彎沉盆的影響程度逐漸減小，待汽車(chē)停止后，百分表穩(wěn)定讀取讀數(shù)。當(dāng)路面面層厚度較厚時(shí)，可以結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)彎沉值進(jìn)行溫度修正。

2.2 承載板法

承載板法以載重不小于60 kN的汽車(chē)作為加載設(shè)備，并且在后軸之后0.8 m處加設(shè)一根反力支架，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試由千斤頂、球座和測(cè)力計(jì)組成。檢測(cè)過(guò)程中首先通過(guò)千斤頂進(jìn)行預(yù)加載，加載力的大小為0.05 MPa，保持1 min，保證承載板與路基能夠緊密接觸。之后采用逐級(jí)加載方式進(jìn)行加壓，在每次加載完成壓力表讀數(shù)穩(wěn)定之后讀取彎沉儀上百分表的讀數(shù)，然后將卸載千斤頂，使得壓力為0，待穩(wěn)定后再次讀取百分表上的讀數(shù)，在進(jìn)行幾次逐級(jí)加載之后，如果回彈變形值超過(guò)1 mm時(shí)就可以停止加載。待最后一次加載卸載循環(huán)結(jié)束后，取走千斤頂，重新讀取百分表初讀數(shù)，然后將汽車(chē)開(kāi)出10 m以外，讀取終讀數(shù)，兩只百分表的初、終讀數(shù)差之平均值即為總影響量a。

2.3 激光自動(dòng)彎沉儀

自動(dòng)彎沉儀的基本測(cè)試原理還是模仿貝克曼梁的工作原理，能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)過(guò)程中的行駛采樣、靜態(tài)彎沉類(lèi)，只是采用位移傳感器和激光測(cè)距儀來(lái)替換百分表從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)測(cè)量，在測(cè)量的過(guò)程中，同時(shí)改變了前后測(cè)臂的長(zhǎng)度比例，通過(guò)提前編制好的程序?qū)⑺鶞y(cè)彎沉值直接自動(dòng)記錄下來(lái)。自動(dòng)彎沉儀主要分為2大類(lèi):從車(chē)輪后方插入測(cè)試梁，所獲得的彎沉檢測(cè)結(jié)果跟貝克曼梁測(cè)得的回彈彎沉基本一樣;(測(cè)試梁從車(chē)輪前方插入，所測(cè)結(jié)果為總彎沉，與回彈彎沉有一定區(qū)別。在我國(guó)相關(guān)公路檢測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中也對(duì)自動(dòng)彎沉儀所適用的技術(shù)條件和相關(guān)的操作規(guī)程進(jìn)行了相應(yīng)的規(guī)定，自動(dòng)彎沉儀主要由測(cè)試車(chē)輛、測(cè)量機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)3部分組成。測(cè)試車(chē)輛的后軸荷載、輪胎接地壓強(qiáng)及當(dāng)量圓直徑保持與貝克曼梁檢測(cè)彎沉中相同的操作規(guī)程。但有所不同的是車(chē)輛的軸距和測(cè)梁的長(zhǎng)度要根據(jù)試驗(yàn)條件進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。測(cè)臂長(zhǎng)度一般在1.5～2.4 m范圍之間。車(chē)輛的行駛速度要控制在大約3 km/h，要保證速度的穩(wěn)定，具體的控制系統(tǒng)根據(jù)事先在電腦中設(shè)定好的工作程序通過(guò)相關(guān)光電傳輸設(shè)備來(lái)自動(dòng)自動(dòng)操作下部測(cè)量機(jī)構(gòu)的隨車(chē)行走測(cè)量。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠通過(guò)位移、溫度和距離等各種傳感器連續(xù)自動(dòng)采集單側(cè)或雙側(cè)測(cè)點(diǎn)的靜態(tài)彎沉峰值、彎沉盆以及溫度和距離等信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)傳輸之后可以實(shí)時(shí)在電腦屏幕進(jìn)行顯示也可以進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。

自動(dòng)彎沉儀采用的測(cè)量原理跟貝克曼梁法相同，兩者在數(shù)據(jù)上存在較好的相關(guān)性，但自動(dòng)彎沉儀的采樣頻率及自動(dòng)化程度高，能夠公路檢測(cè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。但是這類(lèi)設(shè)備的機(jī)械和電控系統(tǒng)較為復(fù)雜，對(duì)操作人員的技術(shù)素質(zhì)提出了較高的要求，同時(shí)設(shè)備的采購(gòu)及后期的養(yǎng)護(hù)維修價(jià)格也相對(duì)較高。但是由于自動(dòng)彎沉儀所具有的高效、快捷的優(yōu)點(diǎn)，目前已被頻繁用于高等級(jí)公路需要大量采樣的質(zhì)量驗(yàn)收和大中修養(yǎng)護(hù)管理的檢測(cè)工作中，能夠?qū)崿F(xiàn)在不封閉交通但采取必要安全措施的條件下進(jìn)行高速公路的彎沉測(cè)試作業(yè)

2.4 落錘式彎沉儀

落錘式彎沉儀是目前國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的路面彎沉檢測(cè)方法，在美國(guó)的SHRP計(jì)劃中得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)也驗(yàn)證可該種測(cè)量方法的穩(wěn)定性和可靠性，落錘式彎沉儀代表了目前路面彎沉檢測(cè)的水平和發(fā)展方向。落錘式彎沉儀是由拖車(chē)、控制系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)四部分組成的。拖車(chē)的主要作用是通過(guò)傳統(tǒng)裝置來(lái)提升或落下重錘，并產(chǎn)生一定的脈沖荷載作用于路面，施加的脈沖荷載接近于半正弦波，能夠更好的模擬路面的正常通行狀況，作用于路面的荷載大小和測(cè)得的路面彎沉能夠進(jìn)行精確采集，落錘式彎沉儀一般能夠同時(shí)對(duì)7～9個(gè)路面不同位置處的彎沉進(jìn)行同時(shí)測(cè)量，能夠更加準(zhǔn)確的反映出路面彎沉盆的實(shí)際狀況。落錘式彎沉儀在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中先將圓盤(pán)荷載和傳感器放至地面，傳動(dòng)裝置將重錘提升至設(shè)定好高度，然后自由落下，一個(gè)測(cè)點(diǎn)一般重復(fù)進(jìn)行三次。測(cè)量結(jié)果可以在控制端實(shí)時(shí)顯示。

落錘式彎沉儀能夠?qū)Σ煌男熊?chē)荷載進(jìn)行模擬，也能對(duì)荷載的作用時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，從而對(duì)不同行車(chē)速度下車(chē)輛對(duì)路面彎沉的影響進(jìn)行有效的反映，落錘式彎沉儀的測(cè)設(shè)精度可以精確到1 μm，能夠?qū)Σ煌牟牧辖M成的道路進(jìn)行有效的檢測(cè)和評(píng)價(jià)，一般落錘式彎沉儀一天可以進(jìn)行50 km左右的測(cè)量。落錘式彎沉儀測(cè)量結(jié)果的精度高，所以反算路面各結(jié)構(gòu)層的模量具有較高的可信度。

3 路面彎沉檢測(cè)方法相關(guān)性分析

3.1 試驗(yàn)概況

本文在試驗(yàn)過(guò)程中選取的公路為一條二級(jí)公路，該段公路沿線(xiàn)既有平原區(qū)也有山區(qū)，地下水位在3～4 m，路面設(shè)計(jì)寬度為15 m，路基設(shè)計(jì)寬度為18 m。設(shè)計(jì)行車(chē)速度為60 km/h，面層為6 cm瀝青混凝土，基層為30 cm二灰級(jí)配碎石。對(duì)比分析中準(zhǔn)備了落錘式彎沉儀一套、承載板一套和貝克曼梁兩臺(tái)。試驗(yàn)之前首先在測(cè)設(shè)路段進(jìn)行大壯定點(diǎn)，試驗(yàn)過(guò)程嚴(yán)格按照《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》進(jìn)行操作。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)線(xiàn)性回歸分析，分析貝克曼梁、承載板和落錘式彎沉儀幾項(xiàng)試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性。

從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看三種彎沉檢測(cè)設(shè)備在路面各結(jié)構(gòu)層上所測(cè)的彎沉值之間有良好的、穩(wěn)定的相關(guān)性。在面層測(cè)量中只列出了貝克曼梁和落錘式彎沉儀之間的相關(guān)系數(shù)，因?yàn)樨惪寺涸囼?yàn)、FWD試驗(yàn)與承載板試驗(yàn)間沒(méi)有發(fā)現(xiàn)顯著的相關(guān)性，可能與瀝青的粘性有關(guān)，還需要進(jìn)一步進(jìn)行分析和研究。

通過(guò)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明落錘式彎沉儀計(jì)算得到的路基回彈模量值從總體上要大于通過(guò)承載板法和貝克曼梁法得到的基礎(chǔ)回彈模量。貝克曼梁法和承載板法測(cè)得的彎沉值較為相近，但是兩者反算之后獲得的模量值卻有明顯的差距，這主要是由于兩者之間在計(jì)算原理不同所導(dǎo)致的。

表1 試驗(yàn)結(jié)果分析

4 結(jié)語(yǔ)

在路面彎沉檢測(cè)中由于FWD能夠?qū)π熊?chē)荷載進(jìn)行模擬，在測(cè)量精度和效率方面也具有明顯的優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)瀝青路面檢測(cè)中有著廣闊的應(yīng)用前景，本文分析了我國(guó)瀝青路面檢測(cè)中常用的彎沉檢測(cè)技術(shù)，重點(diǎn)對(duì)落錘式彎沉儀檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究，以其為我國(guó)瀝青路面檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展提供積極的參考。

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U416.1

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1008－3383(2015)10－0037－01

2015－02－11