瀝青路面彎沉測試技術研究

張煒

(貴州省銅仁公路管理局試驗檢測中心)

瀝青路面彎沉測試技術研究

張煒

(貴州省銅仁公路管理局試驗檢測中心)

瀝青路面彎沉是檢測路面承載能力的一個重要指標，也是評價瀝青路面施工質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中常用的承載板法、貝克曼梁法和落錘式彎沉儀法，同時對彎沉檢測新技術進行了相關研究。

瀝青路面;彎沉;貝克曼梁;FWD

1 引言

在目前我國瀝青路面結構設計體系中彎沉是表征瀝青路面強度的一個重要指標，也是檢測瀝青路面施工質量的重要指標。隨著我國公路建設規(guī)模的不斷增長，需要建立完善的路面長期使用性能評價體系，以便于對路面狀況進行實時的掌握。目前我國在路面彎沉和承載能力檢測方面技術水平還相對較低，直到落錘式彎沉儀在公路工程中的應用大大提高了路面完成檢測的效率、精度和效率。目前我國在瀝青路面彎沉檢測中常用的檢測技術還是貝克曼梁法，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兩者之間的相關性研究。

2 彎沉檢測方法

2.1 貝克曼梁彎沉檢測

貝克曼梁檢測彎沉利用的是杠桿原理，通過百分表的讀數來計算彎沉的大小。我國規(guī)范中對貝克曼梁檢測完成的標準軸載、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度之比為2∶1，梁的總長度分為3.6 m和5.4 m兩種。

用貝克曼梁進行彎沉測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，指揮汽車緩慢前進，隨著路面變形的增加，百分表的讀數會逐漸增大，讀取百分表轉動最大值時的讀數，隨著汽車的往前運行，其形成的彎沉盆的影響程度逐漸減小，待汽車停止后，百分表穩(wěn)定讀取讀數。當路面面層厚度較厚時，可以結合經驗公式對彎沉值進行溫度修正。

2.2 承載板法

承載板法以載重不小于60 kN的汽車作為加載設備，并且在后軸之后0.8 m處加設一根反力支架，現場測試由千斤頂、球座和測力計組成。檢測過程中首先通過千斤頂進行預加載，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。之后采用逐級加載方式進行加壓，在每次加載完成壓力表讀數穩(wěn)定之后讀取彎沉儀上百分表的讀數，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，在進行幾次逐級加載之后，如果回彈變形值超過1 mm時就可以停止加載。待最后一次加載卸載循環(huán)結束后，取走千斤頂，重新讀取百分表初讀數，然后將汽車開出10 m以外，讀取終讀數，兩只百分表的初、終讀數差之平均值即為總影響量a。

2.3 激光自動彎沉儀

自動彎沉儀的基本測試原理還是模仿貝克曼梁的工作原理，能夠實現檢測過程中的行駛采樣、靜態(tài)彎沉類，只是采用位移傳感器和激光測距儀來替換百分表從而實現了自動測量，在測量的過程中，同時改變了前后測臂的長度比例，通過提前編制好的程序將所測彎沉值直接自動記錄下來。自動彎沉儀主要分為2大類:從車輪后方插入測試梁，所獲得的彎沉檢測結果跟貝克曼梁測得的回彈彎沉基本一樣;(測試梁從車輪前方插入，所測結果為總彎沉，與回彈彎沉有一定區(qū)別。在我國相關公路檢測試驗過程中也對自動彎沉儀所適用的技術條件和相關的操作規(guī)程進行了相應的規(guī)定，自動彎沉儀主要由測試車輛、測量機構和數據采集處理系統(tǒng)3部分組成。測試車輛的后軸荷載、輪胎接地壓強及當量圓直徑保持與貝克曼梁檢測彎沉中相同的操作規(guī)程。但有所不同的是車輛的軸距和測梁的長度要根據試驗條件進行適當的調整。測臂長度一般在1.5～2.4 m范圍之間。車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)根據事先在電腦中設定好的工作程序通過相關光電傳輸設備來自動自動操作下部測量機構的隨車行走測量。數據采集系統(tǒng)能夠通過位移、溫度和距離等各種傳感器連續(xù)自動采集單側或雙側測點的靜態(tài)彎沉峰值、彎沉盆以及溫度和距離等信號，信號經過傳輸之后可以實時在電腦屏幕進行顯示也可以進行實時存儲。

自動彎沉儀采用的測量原理跟貝克曼梁法相同，兩者在數據上存在較好的相關性，但自動彎沉儀的采樣頻率及自動化程度高，能夠公路檢測人員的勞動強度。但是這類設備的機械和電控系統(tǒng)較為復雜，對操作人員的技術素質提出了較高的要求，同時設備的采購及后期的養(yǎng)護維修價格也相對較高。但是由于自動彎沉儀所具有的高效、快捷的優(yōu)點，目前已被頻繁用于高等級公路需要大量采樣的質量驗收和大中修養(yǎng)護管理的檢測工作中，能夠實現在不封閉交通但采取必要安全措施的條件下進行高速公路的彎沉測試作業(yè)

2.4 落錘式彎沉儀

落錘式彎沉儀是目前國際上應用最廣泛的路面彎沉檢測方法，在美國的SHRP計劃中得到了廣泛的應用，同時也驗證可該種測量方法的穩(wěn)定性和可靠性，落錘式彎沉儀代表了目前路面彎沉檢測的水平和發(fā)展方向。落錘式彎沉儀是由拖車、控制系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)四部分組成的。拖車的主要作用是通過傳統(tǒng)裝置來提升或落下重錘，并產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得的路面彎沉能夠進行精確采集，落錘式彎沉儀一般能夠同時對7～9個路面不同位置處的彎沉進行同時測量，能夠更加準確的反映出路面彎沉盆的實際狀況。落錘式彎沉儀在實際測量過程中先將圓盤荷載和傳感器放至地面，傳動裝置將重錘提升至設定好高度，然后自由落下，一個測點一般重復進行三次。測量結果可以在控制端實時顯示。

落錘式彎沉儀能夠對不同的行車荷載進行模擬，也能對荷載的作用時間進行調整，從而對不同行車速度下車輛對路面彎沉的影響進行有效的反映，落錘式彎沉儀的測設精度可以精確到1 μm，能夠對不同的材料組成的道路進行有效的檢測和評價，一般落錘式彎沉儀一天可以進行50 km左右的測量。落錘式彎沉儀測量結果的精度高，所以反算路面各結構層的模量具有較高的可信度。

3 路面彎沉檢測方法相關性分析

3.1 試驗概況

本文在試驗過程中選取的公路為一條二級公路，該段公路沿線既有平原區(qū)也有山區(qū)，地下水位在3～4 m，路面設計寬度為15 m，路基設計寬度為18 m。設計行車速度為60 km/h，面層為6 cm瀝青混凝土，基層為30 cm二灰級配碎石。對比分析中準備了落錘式彎沉儀一套、承載板一套和貝克曼梁兩臺。試驗之前首先在測設路段進行大壯定點，試驗過程嚴格按照《公路路基路面現場測試規(guī)程》進行操作。

3.2 試驗結果分析

通過線性回歸分析，分析貝克曼梁、承載板和落錘式彎沉儀幾項試驗檢測數據之間的相關性。

從試驗結果來看三種彎沉檢測設備在路面各結構層上所測的彎沉值之間有良好的、穩(wěn)定的相關性。在面層測量中只列出了貝克曼梁和落錘式彎沉儀之間的相關系數，因為貝克曼梁試驗、FWD試驗與承載板試驗間沒有發(fā)現顯著的相關性，可能與瀝青的粘性有關，還需要進一步進行分析和研究。

通過大量的試驗數據表明落錘式彎沉儀計算得到的路基回彈模量值從總體上要大于通過承載板法和貝克曼梁法得到的基礎回彈模量。貝克曼梁法和承載板法測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算原理不同所導致的。

表1 試驗結果分析

4 結語

在路面彎沉檢測中由于FWD能夠對行車荷載進行模擬，在測量精度和效率方面也具有明顯的優(yōu)勢，在我國瀝青路面檢測中有著廣闊的應用前景，本文分析了我國瀝青路面檢測中常用的彎沉檢測技術，重點對落錘式彎沉儀檢測技術進行研究，以其為我國瀝青路面檢測技術的發(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