1、路面弯沉的变化规律
路表弯沉的变化,是一个多方面因素综合作用的复杂过程。路基路面各层的材料性质、结构组成类型、压实状况、压实程度、温湿度环境、气候条件、交通组成、检测时的环境条件以及所使用的仪器设备及检测人员的检测水平等均对弯沉的大小产生很大影响。
沥青路面的表面弯沉变化过程分为三个阶段。路面竣工后的前1～2年为第一阶段。在这一阶段,由于车辆荷载的重复碾压,渐趋压实,加上半刚性基层材料随着龄期强度增长,从而导致路表弯沉将逐渐减小,大约在路面竣工后的第2年达到最小值。
路面竣工后的第2年到第4年为第二阶段。在这一阶段,表现为路表弯沉的不断增长。这是因为,一方面半刚性基层的强度增长已十分缓慢,并逐渐趋于相对稳定状态;另一方面,由于车辆荷载的重复作用以及水、温度状况的变化,加之路面混合料本身因拌和不均匀,而导致强度不均匀性等因素的影响,结构内部的微观缺陷将因局部范围的应力集中而扩展,并逐渐出现小范围的局部破坏,从而导致路面结构整体刚度的下降,使得路表弯沉急剧增大。
路面竣工3-4年后直至达到极限破坏状态为弯沉变化的第三阶段。在这一阶段,路面由于各种复杂因素产生的局部强度不足的问题已充分暴露,内部缺陷附近局部区域积蓄的高密度能量也已通过缺陷的扩展而转移,并自动实现了整个系统的能量平衡,从而使得结构内部损伤的进一步发展得到抑制。
2、路面现场弯沉测试
2.1贝克曼梁弯沉测试
用贝克曼梁测试弯沉,作为施工验收及补强设计时弯沉检验的手段,是我国通行的做法,同时,在我国也一直是路面结构设计的基本参数。
1)在我国现阶段,一般测试的是路面回弹弯沉而非总弯沉;
2)温度修正不准确,往往仅利用当时的气温进行温度修正;
3)测试前必须对弯沉测试车轴重、装载是否偏位、轮压等指标进行复查;
4)目前我国多采用半刚性基层沥青路面,因此宜采用5.4m弯沉仪,以避免支点沉降的影响;
5)应注意弯沉仪测头的位置,测头应置于测点上,即轮隙中心前方3cm-5cm;
6)代表弯沉测试的时间应选在路面竣工后第一年的最不利季节。
2.2 JG型自动弯沉仪弯沉测试
JG型自动弯沉仪的基本工作原理与贝克曼梁弯沉测试的原理相同,都是简单的杠杆原理。其本质是贝克曼梁的自动化形式。它利用了检测车本身后轴的轴重,安装在汽车底盘下方类似于贝克曼梁支架的测量架,实现了弯沉测试的自动化。
该方法测试的弯沉数据是路面在车辆荷载作用下的总弯沉,可为路面养护管理系统提供可靠的强度数据,同时可用于新建路面、路基的施工质量控制及施工质量验收。
2.3落锤式弯沉仪弯沉检测
落锤式弯沉仪(FWD)通过计算机控制下的液压系统提升并释放重锤,对路面施加一脉冲荷载,来模拟行车荷载对路面的作用。通过起落架上79个高频速度传感器测定距加载板不同距离处路面的弯沉。FWD弯沉测试数据为路面结构的进一步分析评价提供了丰富的信息。
FWD弯沉测试系统直接在路面上模拟运动着的汽车轮载,从根本上改变了传统静态弯沉测试系统的缺陷,反映了路面结构的现场真实特性。FWD应用范围广,可用于沥青路面及水泥混凝土路面,还可用于路面结构脱空识别及路面板间传荷效率分析。路面弯沉测试精度为1m,系统误差2%,为反算路面各层材料参数创造了条件。该设备测速快,自动化程度高,测试时对交通干扰小。
3、其它测定路面弯沉的方法
3.1 自动弯沉仪测定路面弯沉
自动弯沉仪是利用贝克曼梁测定原理快速连续测定的设备,并在标准条件下每隔一定距离连续测试路面的总弯沉及测定路段的总弯沉的平均值。洛克鲁瓦型自动弯沉测定车由测试汽车、测量机构、数据采集系统三部分组成,测量机构安装在测试车底盘下面,测臂夹在后轴轮隙中间。自动弯沉仪测试时的速度必须保持稳定,应控制在3.0～3.5km/h范围内。另外,当路面严重损坏、不平整、有坑槽时,测定设备有可能损坏,或者当平曲线半径过小时,都不能检测。 3.2 激光弯沉测定仪
激光弯沉测定仪是专门用来测定路面微小弯沉用的,这种微小弯沉一般在微米数量级。例如,冬季气候条件下的沥青混凝土路面,用一般贝克曼梁弯沉仪已无法测量。由于机械之间摩擦所产生的误差已将微变弯沉覆盖,因此只有用激光衍射办法才能测出它的微小弯沉值。激光弯沉测定仪具有操作简易、精度高、读数稳定、体积小、质量特轻等特点。
3.3相互换算
当用自动弯沉车或落锤式弯沉仪测定时,首先应建立自动弯沉车或落锤式弯沉仪与贝克曼梁检测之间的相关关系,并将自动弯沉车或落锤式弯沉仪测得的弯沉值换算为贝克曼梁的弯沉值,再计算路段的代表弯沉值。用自动弯沉车或落锤式弯沉仪测定路表弯沉时,应按5m的间距等距离布设测点。
4、路面弯沉测试设备的选用
我国现阶段的路面弯沉测试,公路路基路面现场测试规程虽然推荐了自动弯沉仪及FWD,但同时强调了贝克曼梁测定回弹弯沉,评定路面承载能力,回弹弯沉用于路面结构设计的权威性。同时,我国的路面验收、旧路补强设计也是以回弹弯沉为控制指标。因此,进行自动弯沉仪、FWD、贝克曼梁弯沉对比试验很有必要。
相对于贝克曼梁,自动弯沉仪、FWD具有测速快、精度高、自动化程度高的优点。FWD由于很好地模拟了行车荷载对路面的动力作用,并且可以得到测点弯沉时程曲线,现阶段被认为是最有效的路面承载能力评价设备。
目前,FWD、自动弯沉仪还不能完全替代贝克曼梁,若找出各种检测设备的相关关系对自动化弯沉检测设备的推广应用大有好处。
由于各种弯沉测试设备荷载性质不同,即使试验中可保证荷载大小相同,但加荷方式相差很大,路面弯沉受温度、湿度、材料性质、路面结构组成等一系列因素的影响,所以,任何相关关系式只是在一定的范围内对某一特定路面是正确的。同一条路在不同的季节,不同的剩余寿命其对比关系都是不同的,甚至差别很大。因此,在引用时应慎重考虑。