貝克曼梁板底脫空判據在“白改黑”道路工程應用的研究

官建安

(福州市規劃設計研究院 福建福州 350108)

0 引言

隨著我國人民生活水平的提高，對城市道路服務品質的要求越來越高，越來越多的舊水泥混凝土路面通過加鋪瀝青面層來恢復和提高行駛舒適度、降低交通噪聲。

舊路面改造工程，最重要的是對原有路面結構的評價，它直接影響到工程造價、設計方案以及實施難度和施工期間影響范圍內居民的生活工作。

合理的設計方案是建立在對舊水泥路面病害和成因的正確調查、判斷、分析的結果上，水泥路面病害中板底脫空的調查手段有人工調查、探地雷達、聲波儀、貝克曼梁彎沉儀、落錘式彎沉儀等，其中探地雷達和聲波儀的檢測僅有一些研究單位具有。限于條件，目前福建城市道路改建工程中落錘式彎沉儀也較少采用，最普遍采用的是通過人工調查和貝克曼梁法測彎沉的結果結合來判定水泥路面板板底是否存在脫空現象。

由于舊水泥路面板底脫空影響因素多，許多研究者都注意到板底是否脫空對設計方案影響很大，因此關于此方面的研究很多。本文通過對這些研究成果的歸納對比，試圖為簡單易用的貝克曼梁法測得的彎沉值找到比較合理的板底脫空判據應用到城市道路建設工程中。

1 相關規范對路面板板底脫空的規定

(1)《公路水泥混凝土路面養護技術規范》(JTJ 073.1-2001)[1]，《公路水泥路面設計規范》(JTJ D40-2002)[2]，明確規定水泥混凝土路面板脫空判據為20/100mm。

(2)《公路瀝青路面設計規范》(JTJ D50-2006)[3]、《公路水泥路面設計規范》(JTJ D40-2011)[4]、《城鎮道路路面設計規范》，關于水泥混凝土路面加鋪瀝青面層的相關條文中，對舊路面板板底脫空，要求綜合判定，但在條文說明中仍提出脫空判據為20/100mm；《城鎮道路養護技術規范》(CJJ36-2016)[5]中未明確脫空彎沉判據，但要求舊水泥路面維修時當彎沉在0.2mm～1.0mm時采用鉆孔注漿處理病害。

(3)《公路瀝青路面設計規范》(JTJ D50-2017)[6]正文和條文說明中都沒有脫空判據為20/100mm的提法。

(4)美國瀝青學會：彎沉差不大于0.05mm或平均彎沉不大于0.36mm時，可認為板底不存在脫空情況且接縫傳荷能力較好[3]。

(5)美國一些州的板角脫空彎沉判據如表1所示[7]。

表1 板角脫空彎沉判據 1/100mm

2 相關研究的情況

肖鑫、張起森、李強在文獻[8]中以梅觀高速K51+800--K60+500和K60+500--K70+100兩段(各有9km)工程實測結果，通過比較貝克曼梁法、落錘彎沉儀法和路面雷達各自的判斷結果，得到了以下結論：

(1)貝克曼梁法測定的彎沉，如果用彎沉值0.2mm作為脫空判據，則以落錘彎沉儀法驗證的結果是，落錘彎沉儀法判定存在板底脫空，貝克曼梁法必定也是，但貝克曼梁法判定脫空的，落錘彎沉儀不一定判定脫空。

(2)如果用探地雷達驗證貝克曼梁法的判斷結果，也存在相同情況。值得注意的是,當貝克曼梁法測出的彎沉值達到0.3mm以上時,探地雷達結果判定結果與之極為接近。

(3)通過實測數據并通過現場灌漿驗證，文獻[9]提出了同時測定板角彎沉、橫縫中點彎沉、與接縫傳荷系數3個數值共同判定班底彎沉是否存在的方法，經在梅觀高速工地驗證，準確率達到80%以上。

邱麗章、王端宜等[7]通過有限元法計算了四邊自由的路面板進行了計算，當板中彎沉在0.04mm、0.0526mm和0.0284mm情況下，不發生邊角空的計算彎沉值對應的分別是0.161mm、0.205mm、0.117mm。文獻[7]通過鉆孔注漿驗證，FWD截距法和超聲波法判定板底脫空的正確率大于80%。

胡昌斌、劉發水、林曉威編著的《南方地區公路水泥混凝土路面加鋪改建技術》[9]第二章中用ABAQUS有限元計算軟件模擬路面板的板邊彎沉、彎沉差和接縫傳荷系數在軸載、路面板厚度、地基模量、路面板模量、水穩基層模量、碎石墊層模量、土基模量以及接縫深度、脫空面積、脫空厚度等參數發生變化時的變化規律，得到以下結論：板角接縫彎沉影響因素排名前三的是軸重、土基模量和接縫深度；板角彎沉差影響因素排名前三的是接縫深度、脫空面積和軸重，接縫傳荷系數影響因素排名前三的是接縫深度、脫空面積和土基模量。以下是文獻[3]中在標準軸載彎沉0.2mm條件下路面參量變化情況下的計算結果如圖1～圖3所示。

圖1 板角彎沉與單軸軸重關系圖

圖2 土基模量與傳荷系數關系圖

圖3 土基模量與受荷板板角彎沉關系圖

3 路面板彎沉測量情況和城市道路交通中中重型車輛分布情況

筆者在市政工程設計單位工作，參加過許多城市道路“白改黑”的設計項目，經常遇到一些舊水泥混凝土路面外觀條件很好，但是僅僅因為彎沉值稍微超過0.2mm就判斷為板底脫空，需要注漿消除脫空。但是城市道路有它自己的特點，例如，沿海城市氣候潮濕，地下水位高，城市道路又不可能像公路一樣設計高路堤來減少地下水的影響，在土基回彈模量方面有天然的劣勢。同樣，水穩層如果受地下水影響，模量也會降低。另外，城市道路就水泥路面面板的厚度又各不相同，用標準軸載測得的彎沉值采用一個值來判斷是否存在板底脫空不夠客觀，不能較好地給城市道路“白改黑”設計提供依據。同時，現在很多城市為了改善交通狀況，降低污染，一些區域對中重型貨車和大型客車限行，客觀上一些道路沒有或很少軸重100kN或以上的車輛通行，標準軸載彎沉達到0.2mm的路面，實際車輛通過時其板角彎沉遠小于0.2mm。

4 結論

水泥路面板底注漿不僅造價高還存在工期長，對市民出行影響大，注漿過程中水泥漿污染、鉆孔粉塵、噪音等也易引起市民不滿。上文所述，根據一些實際工程檢驗結果和理論研究結果，按標準軸載下板角0.2mm來判斷舊路面板底是否存在脫空對一般路面來說過于嚴格。如果按文獻[3]的計算結果，板底無脫空情況下，同樣路面結構，軸載70kN下彎沉為標準軸載的0.7倍，而軸載150kN下彎沉為標準軸載的1.5倍，反過來，如果軸載70kN下測得板角彎沉為0.2mm，則標軸載下彎沉應是0.3mm，此時仍滿足美國瀝青學會和大部分州的板底不脫空要求。

因此,建議在城市道路中重型貨車限行區域內的“白改黑”工程中，如果僅有貝克曼梁測試手段時，用板角0.3mm來作為板底脫空判據，這樣可以大大減少不必要的舊路面病害處理工作，加快工期，減少對交通的干擾。

參考文獻

[1] JTJ073.1-2001 公路水泥混凝土路面狀護技術規范[S].2001.

[2] JTJ D40-2002 公路水泥路面設計規范[S].2002.

[3] 《公路瀝青路面設計規范》編寫組.公路瀝青路面設計規范釋義手冊[Z].北京：人民交通出版社，2008.

[4] JTJ D40-2011 公路水泥路面設計規范[S].2011.

[5] CJJ36-2016 城鎮道路養護技術規范[S].2006.

[6] JTJ D50-2017 公路瀝青路面設計規范[S].2017.

[7] 邱麗章，王端宜.水泥混凝土路面板底脫空的彎沉判據研究[J].公路，2006(11)：5-9.

[8] 肖鑫，張起森，李強.水泥混凝土路面板底脫空研究——以梅觀高速為例[J].公路交通科技，2016(4):40-45.

[9] 胡昌斌，劉發水，林曉威.南方地區公路水泥混凝土路面加鋪改建技術[M].北京：人民交通出版社，2016.