舊水泥路面承載能力影響因素及檢測方法

摘要：本文分析了水泥路面結(jié)構(gòu)承載能力的影響因素，討論了接縫和板底脫空對水泥路面結(jié)構(gòu)承載能力的影響，介紹FWD、路面雷達(dá)等現(xiàn)代無損測試技術(shù)對路面結(jié)構(gòu)承載能力的應(yīng)用，準(zhǔn)確評價水泥路面的承載能力，對舊公路進(jìn)行評估和改造具有重要意義。

關(guān)鍵詞：舊路評價；水泥路面；承載能力；檢測方法

一、引言

改革開放30年以來，我國公路得到高速發(fā)展，修筑了大量公路，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。然而，由于早期技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏低和交通荷載重型化的原因，許多早期修筑的水泥路面出現(xiàn)了破損，影響公路的承載能力。因此，了解舊水泥混凝土路面承載力的影響因素，準(zhǔn)確評價舊水泥路面的承載能力，對舊公路的評估和改造具有重要意義。

二、舊水泥路面承載能力的影響因素

路面結(jié)構(gòu)承載能力是路面結(jié)構(gòu)抵抗外部荷載及環(huán)境作用，保持自身狀況完好的能力。通常采用彎沉值來評定路面結(jié)構(gòu)的承載能力。影響水泥路面承載力的主要因素是接縫在大量重復(fù)荷載作用下逐漸喪失傳荷能力和板底脫空影響對路面結(jié)構(gòu)的承載能力。

混凝土板在不同的溫度變化下產(chǎn)生的收縮和膨脹，這些變形受到板與基礎(chǔ)之間的摩阻力、粘結(jié)力以及板的自重和車輪荷載等的約束，致使板內(nèi)產(chǎn)生過大應(yīng)力，造成板的拱脹或斷裂等破壞。為了預(yù)防這種破壞，水泥混凝土路面在縱向和橫向兩個方向均設(shè)置接縫，但接縫的傳荷能力隨著車輛荷載作用次數(shù)的增加會逐漸衰減，因此接縫傳荷能力直接影響板內(nèi)的應(yīng)力，尤其對板邊、板角的影響更大，所以接縫傳荷能力的衰減是引起路面板結(jié)構(gòu)性能降低的主要因素之一。

板底脫空的原因主要有三個方面：設(shè)計原因、施工質(zhì)量原因和養(yǎng)護(hù)管理水平。板下基礎(chǔ)在車輛荷載的重復(fù)作用下產(chǎn)生一定的塑性變形，使混凝土路面板底與基層之間出現(xiàn)空隙，即出現(xiàn)了板下局部脫空。同時溫度的變化引起板向上或向下翹曲，加速了板與基礎(chǔ)之間的分離，形成板底脫空。脫空的出現(xiàn)又為水的侵入創(chuàng)造了條件，當(dāng)路面接縫或裂縫養(yǎng)護(hù)不及時，雨水從破損處侵入基層，滲入的水在板下形成積水。積水與基層材料中的細(xì)料形成泥漿并沿面板接縫縫隙處噴濺出來，形成卿泥，卿泥的出現(xiàn)進(jìn)一步加劇了板底的脫空。這樣周而復(fù)始、惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致路面損壞。因此，確定脫空板塊并判定與評價脫空嚴(yán)重程度對路面的承載能力非常重要。

三、水泥路面承載能力的檢測方法

目前公路承載能力檢測主要采用彎沉儀測定路面結(jié)構(gòu)的彎沉，通過彎沉值（轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)）大小判定路面的實際承載能力。我國公路部門通常采用貝克曼梁彎沉儀來測定路面結(jié)構(gòu)彎沉。

采用任何一種測試方法所測得的路表彎沉都受到路面結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)層剛度和厚度、路基土類型和狀態(tài)、溫度和濕度及交通水平等諸多因素的影響，但選擇先進(jìn)、合適的測試方法非常重要。對于脫空嚴(yán)重的路段應(yīng)結(jié)合實際情況，利用以快捷、準(zhǔn)確的現(xiàn)代測試技術(shù)如FWD、路面雷達(dá)對脫空等進(jìn)行全面的評定。因此，本文建議采用落錘式彎沉儀、雷達(dá)等無損檢測設(shè)備對舊路進(jìn)行檢測，測定路面的脫空狀況和接縫傳荷能力。

1、落錘式彎沉儀（FWD）

落錘式彎沉儀（FWD）由法國和瑞典最先研制成功，我國FWD的應(yīng)用研究是自上世紀(jì)80年代中后期開始。與傳統(tǒng)貝克曼梁彎沉儀相比，F(xiàn)WD具有測量精確、信息量大、使用方便、快速、安全、節(jié)省人力的特點，此外還擁有如下明顯的優(yōu)點：

①有效解決了靜力加載問題；

②較好的模擬了行車荷載作用，可快速方便的提供整個彎沉信息；

③荷載可調(diào)，可用于路面結(jié)構(gòu)的荷載響應(yīng)分析；

④數(shù)據(jù)采集參照系統(tǒng)穩(wěn)定，工作完全自動化，是進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)狀況評定的有力工具；

⑤利用FWD動態(tài)彎沉盆曲線變化趨勢可調(diào)查水泥混凝土路面接縫及傳力桿的傳荷效果。

FWD的工作原理可簡化為如圖1所示：

圖1 落錘式彎沉儀檢測工作原理 圖2 探地雷達(dá)工作示意圖

2、探地雷達(dá)（GPR）

探地雷達(dá) （GPR）是一種用于確定地下介質(zhì)分布的光譜電磁設(shè)備。雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用于路基路面檢測開始于20世紀(jì)90年代，近年來我國部分單位開始應(yīng)用探地雷達(dá)于路基、路面厚度和橋梁的破損檢測等方面。

探地雷達(dá)檢測技術(shù)實質(zhì)上是一種特高頻電磁波的發(fā)射與接收技術(shù)（見圖2）。雷達(dá)波由自身激振產(chǎn)生，直接向路基路面發(fā)射高頻電磁波，利用電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、電磁場強(qiáng)度與波形將隨所通過介質(zhì)的電性質(zhì)（如介電常數(shù)Er）及幾何形態(tài)的變化差異，根據(jù)接收到的回波時間、幅度和波形等信息獲得路基路面的采樣信號，確定目標(biāo)體的空間結(jié)構(gòu)和位置，從而達(dá)到無損、快速、高精度、大面積的檢測要求。

四、評價方法

傳統(tǒng)的水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)承載力采用貝克曼梁彎沉儀測定的彎沉值和鉆芯強(qiáng)度試驗來評價。有了落錘式彎沉儀，則可利用測得的最大彎沉值和彎沉盆，通過對路面各層結(jié)構(gòu)模量的反算，應(yīng)用理論解分析評定路面的結(jié)構(gòu)承載能力。同時利用FWD和GPR評價路面接縫傳荷能力和板體脫空程度。

1、接縫傳荷能力

表征接縫傳荷能力的直接指標(biāo)應(yīng)是接縫兩側(cè)所承受的荷載之比值，國內(nèi)通常采用撓度法和應(yīng)變法兩種反映接縫傳荷能力的評價方法。

接縫兩側(cè)彎沉差指標(biāo)，即：不管是加荷邊還是未加荷邊，兩者的差即為評定傳荷能力的指標(biāo)。當(dāng)差值為0時為完全傳荷，差值越大傳荷能力越差。但即使彎沉差相同，彎沉值較小者縫邊受力狀況肯定好些。

2、脫空板的評價

根據(jù)國內(nèi)外的實踐經(jīng)驗，脫空板的評價采取對比綜合判定脫空程度：①采用落錘式彎沉儀在同一塊水泥混凝土板上測定多點彎沉值及彎沉盆，根據(jù)各點值之間的異常情況判定脫空位置及脫空范圍；②通過對混凝土路面板塊靜回彈彎沉測定，通過經(jīng)驗法即彎沉值超過0.2mm的，應(yīng)確定為板底脫空；③觀察雨后卿泥現(xiàn)象和錯臺發(fā)展程度以及接縫傳荷能力等；④邊緣和角隅處錘擊聽音等經(jīng)驗方法。

五、小結(jié)

本文分析了舊水泥路面結(jié)構(gòu)承載能力的影響因素，討論了接縫和板底脫空對水泥路面結(jié)構(gòu)承載能力的影響，利用現(xiàn)代無損測試技術(shù)對路面結(jié)構(gòu)承載能力進(jìn)行評價，對舊公路進(jìn)行評估和改造具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]張風(fēng)程等.用FWD進(jìn)行板下地基脫空狀況的評定[J].公路與汽運(yùn)，2002

[2]王穎等.混凝土接縫傳荷能力與方法分析[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報，2005（4）

[3]李華，邵臘庚.舊水泥混凝土路面評價指標(biāo)的研究[J].湖南交通科技，2004（1）

[4]曾勝.路面性能評價與分析方法研究[D].中南大學(xué)，2003