反算模量與室內(nèi)動態(tài)模量相關(guān)性分析

黃超 文飛 金好乾 張吟釵

摘 要：以京港澳高速公路瀝青路面為研究對象，選取不同PCI路面破損的試驗段進行彎沉檢測，采用SIMOOD反算軟件進行模量反演，現(xiàn)場取芯在室內(nèi)進行切割成標準試件，運用萬能試驗機進行室內(nèi)動態(tài)模量試驗，研究發(fā)現(xiàn)室內(nèi)動態(tài)模量與反算模量成對數(shù)關(guān)系。

關(guān)鍵詞：模量反算;動態(tài)模量;相關(guān)性;

引言

由于落錘式彎沉儀（FWD）具有測試精度高、省時和省力等特點被廣泛運用于路面的無損檢測，在2017年新版規(guī)范中明確指出FWD用于路面的彎沉檢測。反算模量不僅用于路面設(shè)計而且也可以用于評價路面的剩余壽命，在路面設(shè)計中起著重要的作用。現(xiàn)有的反算軟件在模量反算中都有一些缺點，到目前為止，在模量反算中仍然沒有一個準確的標準。模量反算的準確性是目前軟件最大的一個局限性。彎沉檢測可分為靜態(tài)和動態(tài)兩種，傳統(tǒng)的貝克曼梁（BB）檢測彎沉費時費力，而落錘式彎沉儀（FWD）作為無損檢測設(shè)備，可準確、高效、安全的反映輪胎對路面的實際作用，具有測試速度快、對路面無損等優(yōu)點而得到世界各國的廣泛應(yīng)用[1]。國內(nèi)外對彎沉的研究取得了較好的研究成果，周亮等[2]基于FWD彎沉數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)瀝青層反算模量與瀝青層溫度間存在較好的指數(shù)關(guān)系，并建立了瀝青反算模量與瀝青層溫度回歸模型;Solatifar等[3]對FWD現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)和動荷載時程主曲線，提出了一種路面力學-經(jīng)驗程序方法可反演出路面模量值;本文采用了SIMOOD反算軟件分別進行計算并和試驗室所得模量進行對比分析。

1 現(xiàn)場試驗條件及測試方案

1.1現(xiàn)場試驗測試概況

現(xiàn)場試驗路為京港澳高速公路改擴建工程，湖北段全長339km。其中試驗路段分別選取在病害較多路段、常規(guī)路段。對典型病害進行統(tǒng)計做標記進行彎沉檢測并進行深層取芯并觀察路面結(jié)構(gòu)層完整性。

1.2現(xiàn)場彎沉檢測

試驗采用CFWD-10T全自動車載落錘式彎沉儀，車上裝有能模擬實際行車荷載的作用效果的落錘系統(tǒng)。該裝置通過提起重錘從一定的高度自由下落而產(chǎn)生的50kN 沖擊荷載。為了使荷載分布均勻，在承載板和路面之間裝有一張薄且硬的橡皮墊。FWD的承載板直徑30cm，測試過程中FWD的各個位移傳感器距離荷載中心距離為：0cm（D1）、30cm（D2）、45cm（D3）、60cm（D4）、90cm（D5）、120cm（D6）、150cm（D7）。

2模量反算與室內(nèi)模量分析

2.1瀝青層現(xiàn)場FWD模量反算

根據(jù)現(xiàn)場彎沉測試剔除反常彎沉數(shù)值，對彎沉結(jié)果進行反算。反算過程中為了提高反算精度將原路面結(jié)構(gòu)層簡化成三層：瀝青面層（AC）、半剛性基層（BC）和路基（SG）。分別采用軟件BAKFAA和SIDMOD進行反算，可以看出二者結(jié)果結(jié)果具有較好的一致性，其結(jié)果如圖1所示。反算過程中可以看出SIDMOD的收斂速度明顯快與BAKFAA，且SIDMOD軟件不受初值的影響，因此后續(xù)采用SIDMOD進行反算。運用反算軟件SIDMOD對現(xiàn)場測試的彎沉盆數(shù)據(jù)進行模量反算，從反算的結(jié)果可以看出路面病害較多處基層的模量值較小，與處置后的試驗段反算模量對比可以看出處置后的路段基層強度明顯大于病害處基層模量，其結(jié)果如圖2所示。在病害點位處取芯發(fā)現(xiàn)該出的基層芯樣不完整，病害自上而下貫穿至底基層。由彎沉盆數(shù)據(jù)和反算結(jié)果可以看出，模量反算并不是一個線性問題，分析反算結(jié)果可知基層的模量對三號傳感器的彎沉值比較的敏感，由前面的彎沉值值分析可知三號傳感器是彎沉值的拐點;土基模量對7號傳感器的彎沉值較敏感。當路表彎沉值過大時，反算的結(jié)果出現(xiàn)土基模量值、基層模量值會被弱化。

現(xiàn)場試驗路段采用深層取芯機進行取芯，室內(nèi)運用切割機把芯樣切割成φ100x150mm標準試件。利用UTM萬能材料試驗機在20℃溫度條件下進行室內(nèi)動態(tài)模量測試。分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)室內(nèi)動態(tài)模量與反算模量成對數(shù)關(guān)系，E0 = 4040.4ln（EFWD） - 29322，R2 = 0.9686，如圖3所示。

（1）室內(nèi)動態(tài)模量比彎沉盆反算模量要大，基層的模量對三號傳感器的彎沉值比較的敏感，土基模量對7號傳感器的彎沉值較敏感。當路表彎沉值過大時，反算的結(jié)果出現(xiàn)土基模量值、基層模量值會被弱化。

（2）模量反演結(jié)果表明反算模量與室內(nèi)模量成對數(shù)關(guān)系。

參考文獻：

[1]查旭東. 路面結(jié)構(gòu)層模量反算方法綜述[J]. 交通運輸工程學報， 2002， 2（4）： 1-6.

[2]周亮， 凌建明， 林小平， 等. 瀝青層反算模量的溫度修正系數(shù)[J]. 同濟大學學報（自然科學版）， 2011， 39（11）：1641-1645.

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