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對路面彎沉變化測試的幾點思考論文
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,如彎沉達不到,該分項不可能達到優(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。
本文通過對3種典型的路面彎沉檢測設(shè)備的使用性能,彎沉檢測中的注意事項,采集數(shù)據(jù)蘊涵信息的描述,總結(jié)了3種檢測設(shè)備彎沉測試的關(guān)鍵所在。
關(guān)鍵詞:路面;彎沉;測試;設(shè)備
路面彎沉是反映路面各結(jié)構(gòu)層整體強度和剛度的重要指標(biāo),同時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度增長已十分緩慢,并逐漸趨于相對穩(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展而轉(zhuǎn)移,并自動實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的能量平衡,從而使得結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷的進一步發(fā)展得到抑制。
2、路面現(xiàn)場彎沉測試
2.1貝克曼梁彎沉測試
用貝克曼梁測試彎沉,作為施工驗收及補強設(shè)計時彎沉檢驗的手段,是我國通行的做法,同時,在我國也一直是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)。
1)在我國現(xiàn)階段,一般測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)時的氣溫進行溫度修正;
3)測試前必須對彎沉測試車軸重、裝載是否偏位、輪壓等指標(biāo)進行復(fù)查;
4)目前我國多采用半剛性基層瀝青路面,因此宜采用5.4m彎沉儀,以避免支點沉降的影響;
5)應(yīng)注意彎沉儀測頭的位置,測頭應(yīng)置于測點上,即輪隙中心前方3cm-5cm;
6)代表彎沉測試的時間應(yīng)選在路面竣工后第一年的最不利季節(jié)。
2.2 JG型自動彎沉儀彎沉測試
JG型自動彎沉儀的基本工作原理與貝克曼梁彎沉測試的原理相同,都是簡單的杠桿原理。其本質(zhì)是貝克曼梁的自動化形式。它利用了檢測車本身后軸的軸重,安裝在汽車底盤下方類似于貝克曼梁支架的測量架,實現(xiàn)了彎沉測試的自動化。
該方法測試的彎沉數(shù)據(jù)是路面在車輛荷載作用下的總彎沉,可為路面養(yǎng)護管理系統(tǒng)提供可靠的強度數(shù)據(jù),同時可用于新建路面、路基的施工質(zhì)量控制及施工質(zhì)量驗收。
2.3落錘式彎沉儀彎沉檢測
落錘式彎沉儀(FWD)通過計算機控制下的液壓系統(tǒng)提升并釋放——重錘,對路面施加一脈沖荷載,來模擬行車荷載對路面的作用。通過起落架上7—9個高頻速度傳感器測定距加載板不同距離處路面的彎沉。FWD彎沉測試數(shù)據(jù)為路面結(jié)構(gòu)的進一步分析評價提供了豐富的信息。
FWD彎沉測試系統(tǒng)直接在路面上模擬運動著的汽車輪載,從根本上改變了傳統(tǒng)靜態(tài)彎沉測試系統(tǒng)的缺陷,反映了路面結(jié)構(gòu)的“現(xiàn)場”真實特性。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)脫空識別及路面板間傳荷效率分析。路面彎沉測試精度為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)備測速快,自動化程度高,測試時對交通干擾小。
3、其它測定路面彎沉的方法
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、測量機構(gòu)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)三部分組成,測量機構(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)重損壞、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 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,用一般貝克曼梁彎沉儀已無法測量。由于機械之間摩擦所產(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出它的微小彎沉值。激光彎沉測定儀具有操作簡易、精度高、讀數(shù)穩(wěn)定、體積小、質(zhì)量特輕等特點。
3.3相互換算
當(dāng)用自動彎沉車或落錘式彎沉儀測定時,首先應(yīng)建立自動彎沉車或落錘式彎沉儀與貝克曼梁檢測之間的相關(guān)關(guān)系,并將自動彎沉車或落錘式彎沉儀測得的彎沉值換算為貝克曼梁的彎沉值,再計算路段的代表彎沉值。用自動彎沉車或落錘式彎沉儀測定路表彎沉?xí)r,應(yīng)按5m的間距等距離布設(shè)測點。
4、路面彎沉測試設(shè)備的選用
我國現(xiàn)階段的路面彎沉測試,公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程雖然推薦了自動彎沉儀及FWD,但同時強調(diào)了貝克曼梁測定回彈彎沉,評定路面承載能力,回彈彎沉用于路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的權(quán)威性。同時,我國的路面驗收、舊路補強設(shè)計也是以回彈彎沉為控制指標(biāo)。因此,進行自動彎沉儀、FWD、貝克曼梁彎沉對比試驗很有必要。
相對于貝克曼梁,自動彎沉儀、FWD具有測速快、精度高、自動化程度高的優(yōu)點。FWD由于很好地模擬了行車荷載對路面的動力作用,并且可以得到測點彎沉?xí)r程曲線,現(xiàn)階段被認為是最有效的路面承載能力評價設(shè)備。
目前,FWD、自動彎沉儀還不能完全替代貝克曼梁,若找出各種檢測設(shè)備的相關(guān)關(guān)系對自動化彎沉檢測設(shè)備的推廣應(yīng)用大有好處。
由于各種彎沉測試設(shè)備荷載性質(zhì)不同,即使試驗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比關(guān)系都是不同的,甚至差別很大。因此,在引用時應(yīng)慎重考慮。
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