路面厚度检测（精选7篇）
路面厚度检测 篇1
1 路面厚度代表值与极值的允许偏差
路面各结构层厚度的检测方法与结构层的层位和种类有关, 基层和砂石路面的厚度可用挖坑法测定, 沥青面层及水泥混凝土路面板的厚度应用钻孔法测定。对于路面各层施工完成后及工程交工验收检查使用时, 必须进行厚度的检测。
1.1 抽检频率
水泥混凝土面层, 每200 m每车道检查2处;沥青混凝土、沥青碎石及沥青贯入式面层, 每200 m每车道检查1处;水泥稳定粒料基层及石灰稳定土底基层, 每200 m每车道检查1处。
1.2 仪具与材料
1) 挖坑用的镐、铲、凿子、锤子、小铲、毛刷。2) 取样用路面取芯钻机及钻头、冷水机。钻头的标准直径为100 mm, 如芯样仅供测量厚度, 不作其他试验时, 对沥青面层与水泥混凝土板也可用直径50 mm的钻头;对基层材料有可能损坏试件时, 也可用直径50 mm的钻头, 但钻孔深度均必须达到层厚。3) 量尺:钢板尺、钢卷尺、卡尺。4) 补坑材料;与检查层位的材料相同。5) 补坑用具;夯、热夯, 水等。6) 其他:搪瓷盘、棉纱等。
2 挖坑法测定路面厚度
(1) 按随机选点法决定挖坑检查的位置。如为旧路, 测点有坑洞等显著缺陷或处于接缝处时, 可在其旁边检测。
(2) 选一块约40 cm×40 cm的平坦表面作为试验地点, 用毛刷将其清扫干净。
(3) 根据材料坚硬程度, 选择镐、铲、凿子等适当的工具开挖这一层材料, 直至层位底面。在便于开挖的前提下, 开挖面积应尽量缩小, 坑洞大体呈圆形。边开挖边将材料铲出置于方盘内。
(4) 用毛刷将坑底清扫, 作为下一层的顶面。
(5) 将一把钢板尺平放横跨于坑的两边, 用另一把钢尺或卡尺等量具在坑的中部位置垂直伸至坑底, 测量坑底至钢板尺底面的距离, 即为检查层的厚度, 以cm计, 精确至0.1 cm。
(6) 用取样层的相同材料填补试坑。对有机结合料稳定类结构层, 应按相同配比用新拌的材料分层填补, 并用小锤夯实整平;对无机结构结合粒料结构层, 可用挖坑时取出的材料, 适当加水拌和后分层填补, 并用小锤夯实整平。
3 钻孔取样法测定路面厚度
(1) 按随机选点法决定挖坑检查的位置。如为旧路, 测点有坑洞等显著缺陷或处于接缝处时, 可在其旁边检测。
(2) 按钻取芯样的方法用路面取芯机钻孔。
(3) 仔细取出芯样, 清除表面灰土, 找出与下层的分界。
(4) 用钢板尺或卡尺沿圆周对称的十字方向四处量取表面至上下层界面的高度, 取其平均值, 即为该层的厚度, 准确至0.1cm。在施工过程中, 当沥青混合料尚未冷却时, 可根据需要随机选择测点, 用大改锥插入量取或挖坑量取沥青层的厚度, 但不得使用铁镐等扰动四周的沥青层。
(5) 用取样层的相同材料填补钻孔。对正在施工的沥青路面, 用相同级配的热拌沥青混合料分层填补, 并用热的铁锤或热夯夯实整平;旧路钻孔也可用乳化沥青混合料修补;对水泥混凝土面板, 应按相同配比用新拌的材料分层填补, 并用小锤夯实。新拌材料中宜掺加快凝早强的外掺剂。
4 地质雷达检测
用钻取芯法检测路面面层厚度时, 对面层有一定的破坏作用。随着科学技术的发展, 西方发达国家自20世纪80年代开始研究用地质雷达检测路面层厚度技术, 并取得了成功。该项检测技术是一种先进、高效、不损坏路面且连续的检测路面面层厚度的方法。
4.1 雷达路面检测仪
主要结构与功能用地质雷达测量路面厚度 (主要是沥青混凝土与水泥混凝土) , 在我国已有应用, 但用得不多。就已应用的情况来看, 效果比较理想。随着雷达技术的发展, 检测精度将会提高。在长距离、快速路面厚度的测量中, 应用雷达将有广阔的应用前景。雷达检测设备有两种, 一种是便携式, 宜于野外与局部检测;另一种是车载式, 适合于高速、大面积检测。
4.2 雷达快速检测厚度的基本原理
地质雷达检测公路路面面层厚度属于反射探测法。其基本原理是, 不同的介质具有不同的介电常数, 地质雷达向地下发射一定强度的高频电磁脉冲波, 电磁波在地下传播的过程中遇到不同介电常数的界面时, 一部分能量产生反射波, 一部分能量继续向地下传播, 地质雷达接收并记录这些反射信息。电磁波特定介质中的传播速度是不变的, 根据地质雷达记录的路面表面反射波与面层基层界面反射波的时间差, 按照一定的公式进行计算。
相对于雷达所用和高频电磁波 (900~2 500 MHz) 而言, 路面面层所用的材料都是低损耗介质, 电磁利用钻孔取芯标定雷达波的速度是一种较为准确、实用的确定雷达波传播速度的方法。即在地质雷达所测剖面上的某一点, 钻孔取芯量其实际厚度, 用剖面上该点的双程走时和实际厚度反算雷达波在面层内的传播速度。地质雷达检测公路路面厚度已全部实现了计算机化, 效率和可靠性均高, 并已达到实用阶段。
5 路面结构层厚度评定
对路段内路面结构层厚度按代表值的允许偏差和单个测定值的允许偏差进行评定。厚度代表值为厚度的算术平均值的下置信界限值。
当厚度代表值大于等于设计厚度减去代表值允许偏差时, 则按单个检查的偏差是否超过极限值来评定合格率;当厚度代表值小于设计厚度减去代表值允许偏差时, 则厚度指定标评为零分, 即不合格。沥青面层一般按沥青铺筑层总厚度进行评定, 但高速公路和一级公路多分为2~3层铺筑, 应进行上面一层厚度的检查与评定。
摘要：工程试验检测工作是道路和桥梁施工技术管理中的一个重要组成部分。文章就路面厚度检测技术进行了探讨。
关键词：路面,厚度,检测技术
参考文献
[1]杨立新.雷达在检测路面厚度中的应用[J].湖南交通科技, 2001, (1) .
浅谈公路路面厚度检测试验方法 篇2
路面各结构层厚度的检测一般与压实度同时进行, 当用灌砂法进行压实度检查时, 可量取挖坑灌砂深度即为结构层厚度。当用钻芯取样法检查压实度时, 可直接量取芯样高度。结构层厚度也可以采用水准仪量测法求得, 即在同一测点量出结构层底面及顶面的高程, 然后求其差值。这种方法元需破坏路面, 测试精度高。目前, 国内外还有用雷达、超声波等方法检测路面结构层厚度。对于基层或砂石路面的厚度可用挖坑法测定, 沥青面层与水泥混凝土路面板的厚度应用钻孔法测定。下面路面厚度检测方法适用于路面各层施工完成后的厚度检验及工程交工验收检查使用。
1 目的与适用范围
本方法适用于路面各层施工完成后的厚度检验及工程交工验收检查使用。
2 仪具与材料
本方法根据需要选用下列仪具和材料:
1) 挖坑用镐、铲、凿`子、锤子、小铲、毛刷。
2) 取样用路面取芯钻机及钻头、冷却水。钻头的标准直径为φ100m m, 如芯样仅供测量厚度, 不作其他试验时, 对沥青面层与水泥混凝土板也可用直径φ50mm的钻头, 对基层材料有可能损坏试件时, 也可用直径φ150mm的钻头, 但钻孔深度均必须达到层厚。
3) 量尺:钢板尺、钢卷尺、卡尺。
4) 补坑材料:与检查层位的材料相同。
5) 补坑用具:夯、热夯、水等。
6) 其它:搪瓷盘、棉纱等。
3 方法与步骤
1) 基层或砂石路面的厚度可用挖坑法测定, 沥青面层及水泥混凝土路面板的厚度应用钻孔法测定。
2) 用挖坑法测定厚度应按下列步骤执行:
a.根据现行规范的要求, 按公路基路面现场测试随机选点的方法, 随机取样决定挖坑检查的位置。如为旧路, 该点有坑洞等到显著缺陷或接缝时, 可在其旁边检测。
b.选一块约定40cm×40cm的平坦表面作为试验地点, 用毛刷将其清扫干净。
c.根据材料坚硬程度, 选择镐、铲、凿子等适当的工具, 开挖这一层材料, 直至层位底面。在便于开挖的前提下, 开挖面积应尽量缩小, 坑洞大体呈圆形, 边开挖边将材料铲出, 置搪瓷盘中。
d.用毛刷将坑底清扫, 确认为下一层的顶面。
e.将钢板尺平放横跨于坑的两边, 用另一把钢尺或卡尺等量具在坑的中部位置垂直伸至坑底, 测量坑底至钢板尺的距离, 即为检查层的厚度, 以cm计, 准确至0.1cm。
3) 用钻孔样法测定厚度应按下列步骤执行:
a.根据现行规范的要求, 按公路路基路面随机取样选点的方法, 决定钻孔检查的位置。如为旧路, 该点有坑洞等显著缺陷或接缝时, 可在其旁边检测。
b.按试验一的方法用路面取芯钻机钻孔, 芯样的直径应符合要求, 钻孔深度必须达到层厚。
c.仔细取出芯样, 清除底面灰土, 找出与下层的分界面。
d.用钢板尺或卡尺沿圆周对称的十字方向四处量取表面至上下层界面的高度, 取其平均值, 即为该层的厚度, 准确至0.1cm。
4) 在施工过程中, 当沥青混合料尚未冷却时, 可根据需要, 随机选择测点, 用大改锥插入量取或挖坑量取沥青层的厚度 (必要时用小锤轻轻敲打) , 但不得使用铁镐等扰动四周的沥青层。挖坑后清扫坑边, 架上钢板尺, 用另一钢板尺量取层厚, 或用改锥插入坑内量取深度后用尺读数, 即为层厚, 以cm计, 准确至0.1cm。
5) 按下列步骤用取样层的相同材料填补试坑或钻孔:
a.适当清理坑中残留物, 钻孔时留下的积水应用棉纱吸干。
b.对无机结合料稳定层及水泥混凝土路面板, 应按相同配比用新拌的材料分层填补并用小锤压实。水泥混凝土中宜掺加少量快凝早强的外掺剂。
c.对无结合料粒料基层, 可用挖坑时取出的材料, 适当加水拌和后分层补填, 并用小锤压实。
d.对正在施工的沥青路面, 用相同级配的热拌沥青混合料分层填补并用加热的铁锤或热夯压实。旧路钻孔也可用乳化沥青混合料修补。
e.所有补坑结束时, 宜比原面层略鼓出少许, 用重锤或压路机压实平整。
f.补坑工序如有疏忽、遗留或补得不好, 易成为隐患而导致开裂, 因此, 所有挖坑钻孔均应仔细做好。
4 计算
1) 按式 (1) 计算实测厚度Tli与设计厚度Toi之差。
式中:Tli——路面的实测厚度 (cm) ;
Toi——路面的设计厚度;
ΔTi——路面实测厚度与设计度的差值 (cm) 。
2) 计算一个评定路段检测的厚度的平均值、标准差、变异系数, 并计算代表厚度。
3) 当为检查路面总厚度时, 则将各层平均厚度相加即为路面总厚度。
5 报告
路面厚度检测报告应列表填写, 并记录与计算之差, 不足设计厚度为负, 大于设计厚度为正。
摘要：在路面工程中, 各个层次的厚度是和道路整体强度密切相关的。在路面设计中, 不管是刚性路面, 还是柔性路面, 其最终要决定的, 都是各个层次的厚度, 只有在保证厚度的情况下, 路面的各个层次及整体的强度才能得到保证。除了能保证强度外, 严格控制各结构层的厚度, 还能对路面的标高起到一定的控制作用, 是一个非常重要的指标。文章重点介绍了适用于路面各层施工完成后的厚度检验及工程交工验收检查使用的检测方法。
关键词：公路路面,厚度,测试,方法
参考文献
路面厚度检测 篇3
1 基本原理和方法
探地雷达检测沥青面层厚度属于反射波探测法, 运用1 GHz~2 GHz空气耦合天线, 采集电磁波在空气与路面中的传播, 假定沥青层中电磁波传播速度固定不变, 理论意义上将反射界面划分为两个层面, 采用波的传播原理对两个界面进行纵向的分层追踪进而得到沥青层厚度值 (见图1) 。
因此根据地质雷达记录的沥青层上面层与下面层反射波的双程时间差ΔT, 即可据公式计算出沥青层厚度值:
其中, v为电磁波在沥青层的传播速度, cm/ns;ΔT为电磁波在沥青层上、下面层反射双程时间差, ns。
相对于雷达所用的高频电磁波而言, 面层所用的材料都是低损耗介质, 属于非磁体、非导电介质, 速度可以简化为:
其中, c为电磁波在大气中的传播速度, 为30 cm/ns;εr为面层相对于空气的有效介电常数, 它取决于构成面层的所有物质的介电常数, 与构成面层的沥青混合料的产地、配合比、湿度、压实度及设计参数等密切相关。
2 实践应用
2.1 检测过程
1) 进行厚度检测前, 对所采用的测距轮按照相关规定进行标定, 取得标定参数值。
2) 根据要求选用2 GHz空耦天线对沥青路面厚度进行检测, 安装好测距轮, 连接天线, 保证天线距离路面43 cm~45 cm, , 固固定定好天线, 保证天线与路面平行。
3) 开启主机, 新建文件, 根据实际检测情况, 设定合适的测距轮标定参数、滤波参数、延时参数、时窗等参数, 在天线下方放置薄金属铁板, 铁板中心位置与天线中心位置垂直对齐。在车辆不行驶状态下, 先采集一段雷达数据, 接着模拟车辆行驶状态, 以尽可能大的幅度尽量一致的频率颠簸车辆, 采集一段数据, 即形成铁板文件, 作为路面找平的依据。
4) 拿开铁板, 汽车启动, 在不改变采集参数的情况下, 依据道路车道分布采集雷达数据, 并做好记录, 必要时进行人工手动打标。
5) 关闭主机, 拆卸天线及测距轮, 按位置存放相关配件。
2.2 数据分析
1) 将制作的铁板文件运用标定模块形成标定文件。2) 运用标定文件对所采集的数据进行路面找平, 并对找平后的文件进行交互式解释, 对沥青路面下面层与结构层的分界面进行点拾取。3) 实际分析时, 取一段比较平缓的路段所钻取芯样高度, 反算传播速度, 对整个层信息进行速度修正, 即可导出层文件, 得到路面面层厚度值。以太原市某条新建城镇道路为例, 地质雷达检测沥青混凝土面层得到的剖面图如图2~图4所示。
依据采集数据, 在检测路段现场选取一段比较平缓的路段作为代表, 随机钻孔。钻芯孔号换算速度表见表1。
根据钻孔所得芯样高度计拾取位置的双程时间, 软件会反算出电磁波在沥青层的传播速度, 根据这两组验证数据, 可以采用速度11.5 cm/ns进行整层修正, 即得到整个剖面内沥青面层的厚度值。
3 存在问题
1) 铁板文件作为标定文件的源文件, 在制作过程中存在许多人为的因素, 比如颠簸幅度无法具体实施, 频率不能保证完全一致等, 都可能引起最终结果的误差。
2) 钻孔的目的在于采取合理的传播速度, 但引起波速变化的原因很多, 如沥青面层材料配合比、强度等。在实际检测过程中波速是难以控制的变化量, 电磁波在面层厚度范围内的传播速度不可能为一个定值。特别是采取某一个固定的传播速度对整段城镇道路路面厚度进行修正, 不太合理。目前常用的校核办法都要借助试验段与钻孔取样不断对比, 才能保证高精度, 但对于城镇道路, 路线短, 尤其对于新建道路, 如果采用此方法, 没有体现探地雷达检测的优势。
3) 采用探地雷达进行无损检测后, 还要采取原始的钻孔进行反算速度, 对于工程规模较小的城镇道路, 反而不太经济。
4) 对于检测频率的确定, 目前没有明确的标准规定。依据CJJ 1—2008城镇道路工程施工与质量验收规范规定, 按照1 000 m2取一个点, 但雷达检测技术为一个连续剖面式的检测方式。在公路上的应用比较成熟, 依据JTG F80/1—2004公路工程质量检验评定标准双车道每200 m测1处, 但对于城镇道路, 路线短, 宽度窄, 一般会出现每个车道取1个点的情况, 而1个点不足以代表该车道路面厚度是否符合规范要求。
5) 测距轮显示的位置为检测路线的相对距离位置, 不能准确的定位, 对点进行实地放样, 在钻孔取样反算时存在一定的误差, 对于弯道较多的城镇道路, 尤为明显。测距轮的标定长度在检测过程中也会对整个长度产生误差。
4 结语
探地雷达技术在公路工程中的应用已经较成熟, 但对于城镇道路领域涉足尚浅, 在不断对比参考的过程中, 还存在一定的区别。只能在不断实践中, 深入研究, 编制出适合于城镇道路的相应规范标准。探地雷达技术路面厚度检测中, 能否取代钻孔取芯的方法, 在沥青路面和水泥混凝土路面上存在差异性。
摘要：在简述地质雷达基本原理和工作方法的基础上, 以某新建城镇道路路面厚度检测为例, 对地质雷达在沥青道路路面厚度检测方面的应用情况进行了论述, 通过研究分析, 提出了检测过程中存在的问题, 以推动探地雷达技术在道路探测中的不断发展。
关键词：地质雷达,城镇道路,路面厚度,探测
参考文献
[1]金峰, 张金荣.探地雷达在路面厚度检测中的应用浅析[J].山西建筑, 2008, 34 (26) :291-293.
[2]李志强.地质雷达检测沥青路面厚度误差分析及校核方法[J].道路工程, 2009 (2) :86-88.
沥青路面材料选择和合理厚度 篇4
关键词：沥青路面,材料选择,合理厚度
1 沥青面层的类型
沥青面层分为热拌沥青混凝土、热拌沥青碎石、乳化沥青碎石混合料、沥青贯入式和沥青表面处治五种类型。
沥青混凝土适用于铺筑高等级公路的面层。对高速公路, 一级公路的表面层、中面层、下面层以及交通量较大的二级公路的表面层宜用沥青混凝土;热拌沥青碎石适用于高速公路和一级公路沥青面层与基层之间的联结层或调平层, 也可用于交通量较小的二级公路的表面层;乳化沥青碎石混合料适用于三、四级公路的沥青面层, 将公路养护罩面, 以及各级公路的粘结层、调平层, 沥青贯入式适用于交通量较少的二级公路及二级以下公路的沥青面层, 也可用于高等级公路沥青面层与基层的之间的粘结层, 此时沥青贯入式不做上封层沥青表处适用于三、四级公路的面层, 以及旧沥青面层上加铺罩面或抗滑层、磨耗层等。
2 沥青材料的选择
高速公路、一级公路的沥青路面, 应选用符合“重交通道路石油沥青技术”的沥青, 或符合“改性沥青路面施工技术”规范中聚合物改性沥青。二、三级公路的沥青路面, 可采用符合“中、轻交通量道路石油沥青技术要求”的沥青或改性沥青。沥青路面所用沥青的标号, 应根据当地气候条件、面层结构类型、施工方法和施工季节确定;当地平均气温较高, 层铺法施工和施工季节温度较高时, 采用较高标号沥青, 反之则采用较低标号的沥青。乳化沥青应符合“道路乳化石油沥青技术要求”的规定, 对酸性石料、潮湿的石料以及低温季节施工, 宜选用阳离子乳化沥青。对碱性石料, 以及在与水泥、石灰、粉煤灰共同使用时, 宜选用阴离了乳化沥青, 为提高使用性能可选用改性乳化沥青。沥青不宜用作沥青面层, 一般仅作为透层沥青使用。
3 集料的选择
各种沥青面层的粗集料、细集料、填料, 应符合《公路沥青路面施工技术规范》 (JTJ032-94) 的有关规定。
优良的集料应该是坚固、清洁、级配良好, 有足够的机械强度, 具有耐磨性, 无扁平针长颗粒, 表面粗糙但吸水率小, 不含有妨碍水泥水化或与水泥反应引起膨胀的矿物。选择集料实际上是从可供应的集料来源中, 选择一种符合工程技术要求最经济的集料, 有很多试验方法用来评价集料的质量, 检验集料质量是否符合工程要求。但对于有些方面来说, 试验本身并不是检查集料工程实际性能的最可靠的方法, 检查集料最好的方法是工程应用实际结果、由于混凝土还应用了其他材料, 所以工程记录除集料外还要有其他材料的试验资料, 还要有混凝土施工记录等技术资料, 要全面分析有关技术资料, 即便某一结构破坏了, 并不意味着这种集料不适用, 混凝土破坏也可能是其他原因造成的, 也可能是配合比选择不恰当、捣实不良、养护不好等造成的。选样集料时要考虑到集料的质量和集料的价格, 一般应该注意:
(1) 很多种集料在很大范围内的不同级配的集料均可以配置优质混凝土, 当经过试验确定采用某一种级配的集料以后, 就应当从工程开始到工程终了都采用这一种级配的集料, 这样有利于混凝土的质量控制。在混凝土配合比确定以后各粗集料中小颗粒数量增多时, 要达到规定的坍落度, 混凝土的用水量要增加, 为了保持要求的坍落度, 增加用水量的同时没有增加水泥用量, 则混凝土的强度和耐久性均将降低。经验证明, 粗集料某一粒级数量过多或过少或很粗的砂和很细的砂都是一种级配缺陷。进行配合比设计时要加以特别注意, 砂的细度的波动会引起混凝土和易性的变化, 同时也难以保持均匀的含气量; (2) 有时可以进行混凝土对比试验选择集料。例如有两种集料, 一种粗集料颗粒形状较差, 另一种粗集料颗粒形状较好但价格较贵, 如果颗粒形状较差增加水泥用量增加的成本仍然比后一种便宜的话, 那么还是可以考虑选择前一种集料。又如有两种中砂, 细度模量分别接近中砂细度模量的上下限, 即一种较粗, 另一种较细, 较细的砂空隙率较小, 试验结果后者拌制的混凝土坍落度较大, 在这种情况下, 可以选用较细的砂, 可获得较好的经济技术效益; (3) 所用集料制造的混凝土的强度不符合要求就不得应用, 如果达到强度要多用很多水泥, 那么应用这种集料是不经济的并且对混凝土的耐久性会产生不利影响; (4) 用于严寒地区的混凝土集料, 应经试验证明或有类似的工程应用经验证明, 用这种集料制造的混凝土具有抗冻性。恶劣环境中使用的且对混凝土外观质量有要求的混凝土, 集料中不得含有软弱和易碎颗粒、也不得应用毛细管吸水性大的颗粒或风化过程。
4 半刚性基层上沥青面层合理厚度的确定
半刚性基层沥青路面中的沥青面层, 正常情况下, 只起着功能性作用, 主要是保证行车平稳、舒适, 并保护基层与延长基层的使用寿命等。现仅就下列一些技术问题加以论述:
4.1 路面的整体刚度
半刚性基层沥青路面的整体刚度, 应主要靠基层和底基层来提供, 特别是当半刚性基层材料的压缩模量与沥青面层的压缩模量接近时, 采用增加基层厚度来提高路面的整体刚度, 要比增加沥青面层的厚度经济得多。
4.2 沥青面层底面的弯拉应力
沥青面层底面弯拉应力的大小, 主要取决于相邻层的模量比和沥青面层的厚度。沥青面层与基层的模量比越大, 则弯拉应力越大, 面层越厚 (在相同的模量比情况下) , 则弯拉应力越小。在半刚性基层沥青路面体系中, 半刚性基层材料的模量与沥青面层的模量极为接近, 在这种情况下沥青面层底面弯拉应力很小, 其至不产生弯拉应力 (当两者模量相等) 。因而沥青面层的层底弯拉应力一般情况下, 沥青面层的厚度不起控制作用。
4.3 路面的车辙
路面的车辙通常是由包括土基在内的路面各结构层的累积残余变形所构成。在半刚性基层沥青路面体系中, 由于基层的刚度较大, 路面的车辙主要是在高温季节沥青面层的压缩变形及侧向挤出而形成。沥青面层越厚, 则车辙形成越快, 因此, 从车辙考虑, 沥青面层应尽量薄一些。
4.4 收缩裂缝
半刚性基层沥青路面收缩产生的原因有两种情况:第一种情况是骤然降温致使沥青路面中的温度低于沥青混合料的开裂温度时, 则沥青面层自身开裂;第二种情况是半刚性基层由于温差或水分蒸发先行开裂, 在行车荷载和温差的共同作用下, 裂缝逐渐反射到沥青层表面。这两种裂缝出现的规律都与沥青面层的厚度有一定的关系, 通常随着沥青面层厚度的增大而减少。但通过增大沥青面层的厚度来解决沥青路面的收缩裂缝问题往往是不经济的。
4.5 路面的平整度
沥青路面的平整度固然可通过一层层铺筑沥青面层而逐渐得到改善, 但根据平整度传递原理, 提高路面平整度最根本的办法是从路基开始就加以控制, 而不是各层不控制, 到了沥青面层再调整控制。
4.6 路面的噪声和行驶舒适性
实验表明, 当沥青面层的厚度在4cm-5cm及以内时, 对减少路面噪声、提高行驶舒适性效果较为明显, 而当沥青面层的厚度超过5cm以后继续增加厚度对路面的噪声和行驶舒适性已不产生实质性效果。
综上所述, 半刚性基层沥青路面中的沥青面层, 主要起功能性作用, 靠增加沥青面层厚度来提高路面的整体刚度和减小弯折应力是极不经济的, 况且沥青面层加厚对沥青路面的车辙形成是极为不利的。沥青面层的厚度, 与公路等级、交通量及组成, 以及沥青品种与质量有关。
参考文献
[1]刘益河, 张起森, 李志勇.沥青路面温度应力的光弹性研究[J].中国公路学报, 1991, 4.
非等厚设计的路面结构层厚度评定 篇5
省道236线揭阳南河大桥至池尾段路面大修工程(以下简称S236线揭阳段路面大修工程)是对现有公路水泥混凝土路面进行大修,在不改变原公路等级和公路主体横断面宽度的情况下,旧路面经处治后充当底基层,通过加铺路面结构提高道路通行能力及服务使用性能。该工程按双向六车道一级公路等级标准建设,起于揭阳市榕城区东山,沿现有公路路线走向,止于普宁市池尾镇,路线全长36.274 km,设计行车速度80 km/h,路基采用现有路基宽度37.5 m,水泥混凝土路面宽30.5 m。
2 旧路面结构层及其现状
S236线揭阳南河大桥至池尾段旧路标准为一级公路,其旧路面结构层为25 cm水泥混凝土面层+17 cm水泥稳定天然粒料基层+18 cm泥结碎石底基层,由于旧路面结构层质量较差,通车后交通流量大且达15年以上,水泥混凝土路面板出现裂缝及破碎的情况较严重,大部分路段路况等级现评价为“差”,路面已进入大修期。
3 新加铺路面结构
S236线揭阳段路面大修工程采用多锤头破碎机或冲击压路机对旧混凝土路面进行处治,经压稳后充当路面底基层,然后在其上铺筑随相对横向坡率变化的非等厚设计的17～23 cm(该厚度指从原旧路面横坡1.5%调整到2%的标准断面的基层基准厚度)水泥稳定级配碎石基层,再铺26 cm水泥混凝土面层,该工程直接加铺水泥混凝土路面结构见图1。
4 现行路面结构层厚度评定的适用范围局限性
对于新建、改建公路工程项目,路面面层的横坡通常都是通过路基顶面或调平层来实现的,路面结构层的设计厚度是一个确定的等厚值,可以按照现行部颁《公路工程质量检验评定标准(土建部分)》(JTG F80/1—2004)((以下简称《评定标准》)的路面结构层厚度评定方法对各分项工程进行评定,却无法适用于类似S236线揭阳段路面大修工程采用非等厚设计的路面基层。
旧路加铺非等厚设计的路面结构层的厚度指标同样是分项工程质量评定的重要实测检查项目之一,本文结合S236线揭阳段路面大修工程的路面基层厚度评定实例,通过非等厚设计的路面结构层变换等厚路面结构层厚度评定的方式,在此基础上分析证明提出以现场实测结构层厚度偏差来直接实现对非等厚设计的路面结构层厚度评定,克服《评定标准》只适用于等厚路面结构层厚度评定的范围局限性,同时指出《评定标准》关于路面结构层厚度评定内容方面存在的“允许偏差”定义不一致的问题。
5 非等厚设计的路面基层厚度评定实例
5.1 等厚路面结构层代换非等厚设计的路面结构层的假设
5.1.1 基本假设与原理
由t分布概念及其理论基础确定的质量指标评定方法可以知道,路面结构层厚度评定结果仅取决于评定路段内全部n个单点实测厚度值偏差的情况,只要通过现场单点实测厚度偏差在等厚路面结构层代换非等厚设计的路面结构层过程中保持前后不变的做法,等厚路面结构层的厚度评定结果就可以适用于被代换的非等厚设计的路面结构层。
5.1.2 等厚代换非等厚设计的路面结构层的厚度评定方法
先假设一个基准厚度为Xd的等厚路面结构层(以J表示)来代换非等厚设计的路面结构层(以I表示),将非等厚设计的路面结构层的单点实测厚度偏差直接转为等厚路面结构层的单点基准厚度偏差,再利用等厚路面结构层的单点基准厚度值计算算术平均值与标准差,最后按照《评定标准》的路面结构层厚度评定要求对非等厚设计的路面结构层进行评定。
5.1.3 术语与符号
路面结构层厚度评定的有关术语与符号见表1。
5.2 路面大修工程基层厚度评定的实例
S236线揭阳段路面大修工程的旧路面横坡为1.5%,而新建路面的设计横坡为2%,这样形成在其上加铺的路面基层在横向断面宽度范围内具有相对坡率0.5%的线性变化厚度,旧路面横坡由1.5%调整到2%的标准断面基层的基准对应厚度值为17～23 cm,该直接加铺路面基层的厚度在横断面宽度范围内的变化情况见图2。
5.2.1厚度测试的选点方法
评定路段内基层厚度测试采取随机选点方法,首先在测定桩号区间段内决定测点所在断面,以具体桩号表示,其次确定测点在横断面上的位置,以测点位置离路面中心线的距离Li表示。
5.2.2 非等厚设计的基层的单点设计厚度Xd(i)
以横断面上的路面中心线处基层设计厚度值为23 cm,机动车道外侧边缘处基层设计厚度值为17 cm,根据相对横向坡率0.5%和测点位置离路面中心线的距离Li,计算横断面上不同位置的基层单点设计厚度Xd(i),即:
式中:Xd(i)是非等厚设计基层的单点设计厚度,单位为cm;Li是横断面上测点位置离路面中心线的距离,单位为cm;1 200表示由旧路面横坡1.5%调整至基层顶面横坡2%时,基层基准厚度17～23 cm所对应的标准横断面宽度,单位为cm。
5.2.3 等厚基层的基准厚度Xd取值
对于S236线揭阳段路面大修工程的路面基层,可以取半幅横断面厚度值17～23 cm范围的中间值20 cm作为等厚基层的基准厚度Xd。本文后面的理论分析将证实等厚基层的基准厚度Xd可以任意取值,它对非等厚设计的基层厚度评定结果没有影响。
5.2.4 计算等厚基层的单点基准厚度值Xj
以非等厚设计基层现场检测的单点实测厚度值Xi减去单点设计厚度Xd(i),计算出非等厚设计基层的单点实测厚度偏差ΔXi,即:
将非等厚设计基层的单点实测厚度偏差ΔXi直接作为等厚基层的单点基准厚度偏差ΔXj,即有ΔXj=ΔXi。所以,等厚基层的单点基准厚度值Xj就由其基准厚度Xd与单点实测厚度偏差ΔXi构成,则有:
5.2.5 算术平均值X与标准差S的计算
等厚基层评定路段内全部n个单点基准厚度值Xj按数理统计计算算术平均值与标准差S,等厚基层的算术平均值与标准差S的计算表达式分别为:
式中:X和S分别为全部n个单点基准厚度值Xj的算术平均值(简称均值)和标准差;n是评定路段内路面基层的检测点数。
5.2.6 基准厚度代表值XL的计算
等厚基层的基准厚度代表值XL为评定路段内n个单点基准厚度值Xj的算术平均值的下置信界限值,即:
式中:tα是t分布表中随测点数和保证率(或置信度α)而变的系数,可查表。高速、一级公路基层和底基层采用的保证率为99%;其他公路基层和底基层采用的保证率为95%。
5.2.7 非等厚设计的基层厚度评定
评定路段内的非等厚设计的基层厚度评定按等厚基层的基准厚度代表值XL和单点合格值允许偏差进行厚度评定,各等级公路基层或底基层厚度的允许偏差见表2。
当基准厚度代表值XL减去基准厚度Xd的差值在代表值允许偏差ΔXL范围内时(即XL-Xd≥ΔXL),则按单点基准厚度偏差ΔXi不超过单点合格值来计算非等厚设计基层的厚度合格率;当基准厚度代表值Xt减去基准厚度Xd超过代表值允许偏差ΔXL时(即XL-Xd<ΔXL),则相应分项工程评为不合格。
6 标准差S的表达式及其含意
6.1 标准差S的计算表达式推导
将上述式(3)Xj=Xd+ΔXi代入等厚路面结构层的均值X的计算表达式(4)中,则有:
上式中的也就是路面结构层评定路段内全部n个单点实测厚度偏差ΔXi的算术平均值,以来表示,则等厚路面结构层的算术平均值的计算表达式化为:
上式(7)表明等厚路面结构层的均值X是由其基准厚度Xd与单点实测厚度偏差ΔXi的均值构成。将式(3)Xj=Xd+ΔXi和上式(7)代入等厚路面结构层的标准差S的计算表达式(5)中,简化得到标准差S的另一个计算表达式为:
式中:ΔX是评定路段内非等厚设计的路面结构层全部n个单点实测厚度偏差ΔXi的算术平均值,即。
6.2 标准差S的表达式含意
1)非等厚设计路面结构层全部n个单点实测厚度偏差ΔXi的的标准差S与等厚路面结构层的单点基准厚度值Xj的标准差S是同一个值,两者是完全一致的,都可以由评定路段内全部n个单点实测厚度偏差ΔXi计算得到。
2)式(8)表明,标准差S只跟单点实测厚度偏差ΔXi有关,而与等厚路面结构层的基准厚度Xd、单点实测基准厚度值Xj和均值都无关。这一点从标准差S的概念定义也可以知道:标准差S表示各检验值离散波动的程度,它是概率分布曲线的形状参数,其大小反映曲线的宽窄程度,与均值所决定的位置无关。
7 路面结构层的厚度评定
7.1 路面结构层厚度合格评定标准条件
非等厚设计的路面结构层变换为等厚度路面结构层以后,按照《评定标准》的附录H对等厚路面结构层厚度进行评定时,等厚路面结构层厚度的合格评定标准条件表达式为:
式中:XL为等厚路面结构层的基准厚度代表值,它是算术平均值的下置信界限值,见式(6);Xd为等厚路面结构层的基准厚度;ΔXL为《评定标准》的路面结构层实测项目内的厚度检查项目的代表值允许偏差。
将等厚度路面结构层的均值计算式(7)代入基准厚度代表值的计算式(6)S中,则有:
再将上式(10)代入式(9)中,简化得到以全部n个单点实测厚度偏差ΔXi及其算术平均值表示的路面结构层厚度评定合格判断式,即:
式中:ΔXL为厚度代表值允许偏差,各等级公路的路面结构层厚度代表值允许偏差见《评定标准》的路面结构层实测项目的厚度检查项目栏;与S分别是路面结构层评定路段内的全部n个单点实测厚度偏差ΔXi的算术平均值与标准差,它们的计算公式分别为:
7.2 路面结构层厚度的评定及其合格率的计算
路面结构层厚度评定满足合格条件判断式(11)时,则按单点实测厚度偏差ΔXi不超过单点合格值允许偏差来计算厚度合格率;路面结构层厚度评定不满足合格条件判断式(11)时,则相应分项工程评为不合格。
8 结论
1)标准差S只跟单点实测厚度偏差ΔXi有关,路面结构层厚度评定合格条件判定式实质上唯一考察的就是单点实测厚度偏差ΔXi的情况。由于等厚路面结构层没有改变单点实测厚度偏差ΔXi,因此根据合格条件判定式(11)对等厚路面结构层做出的厚度评定结果适用于非等厚设计的路面结构层。
2)无论等厚还是非等厚设计的路面结构层厚度评定,都可以根据评定路段内全部n个单点实测厚度偏差ΔXi计算其算术平均值与标准差,对照《评定标准》的路面结构层实测项目的厚度代表值允许偏差和单点合格值允许偏差的要求,按厚度评定合格条件判断式(11)进行评定,并计算合格率。
9《评定标准》关于路面结构层厚度评定内容方面的存在问题
《评定标准》的路面结构层实测项目对厚度代表值的允许偏差的定义是计算代表值减去规定代表值的差值,例如表2所示。但其附录H(路面结构层厚度评定)的第H.0.4条以文字表述路面结构层厚度合格判断标准条件时,其内容对厚度代表值的允许偏差定义是规定代表值减去计算代表值的差值,前后两处厚度代表值的允许偏差定义是不一致的,二者刚好相反,其附录H第H.0.4条的文字内容表述不够严谨,建议《评定标准》在以后的修订时加以更正。
摘要：针对旧混凝土路面加铺非等厚设计的路面结构层的厚度评定问题,结合路面大修工程实例提出非等厚设计的路面结构层变换等厚路面结构层的厚度评定方法,分析论证得出以单点实测厚度偏差实现路面结构层厚度评定的合格标准判断式,克服现行部颁质量检验评定标准仅适用于等厚路面结构层厚度评定的范围局限性,并指出其关于路面结构层厚度评定内容方面的存在问题。
关键词：路面结构层,厚度,评定,路面大修工程
参考文献
[1] JTG F80/1-2004,公路工程质量检验评定标准(土建部分)[S]
路面厚度检测 篇6
近二十多年来, 我国的公路建设发展迅速, 公路对国民经济发展的促进作用也越来越显著。但是, 我国在公路密度、技术等级和高等级公路比重等方面与发达国家相比还有很大差距。为满足经济发展对交通基础设施的需求, 对原有低等级公路进行改建和扩建势在必行。公路拓宽通常包括对原有公路线形和纵坡的改善、路基拓宽和填高以及路面补强和加铺等内容。
但是, 在公路拓宽工程中, 新填路基会发生一定程度的固结沉降, 而老路基基本上不产生沉降, 这导致整个路基在横断面上产生工后不均匀沉降, 进而在路面结构中产生附加应力。一旦该附加应力与轮载应力叠加以后超过路面材料的允许强度, 路面便会产生结构性破坏, 此时, 路面就发生较大规模的纵向裂缝, 进一步发展将严重影响行车安全和舒适性。在对其发生原因进行分析的过程中笔者发现, 拓宽类型中的路基共同作用层厚度与该类病害严重程度有着较为密切的关系。
二、路基拓宽的影响因素与路基共同作用层
1. 路基拓宽的影响因素。
公路拓宽工程应考虑老路与新路的关系以及工程所处的地形、地基等条件, 路基拓宽影响因素主要有地形地基条件、路基的拓宽范围、新路基填挖形式、新老边坡类型、共同作用层厚度等五类。
2. 路基共同作用层。
在旧路拓宽工程中, 若拓宽后道路路床顶面设计标高高于旧路路面标高, 全路幅范围内中间这一层新填路基称为路基共同作用层, 如图1所示。
拓宽工程中, 路基共同作用层的厚度通常在某一范围内变化, 特别是在某些公路需要将道路等级提高时, 通常原路纵断面线形无法满足新改建道路的纵断面线形标准, 致使不同路段有不同的新老路标高差, 也就有了不同厚度的路基共同作用层。本文, 笔者针对拓宽工程在路基横断面上发生工后差异沉降 (又称为不协调变形) 的情况, 应用有限元分析方法, 对不同路基共同作用层厚度下基层底面弯拉应力以及相应的路面结构疲劳寿命进行分析, 以期为类似工程病害的预防和整治提供参考。
三、拓宽工程路基不协调变形对路面结构的影响
拓宽路基不协调变形的取值参照同济大学黄琴龙博士的学位论文中的算例:老路宽10m, 单侧拓宽10m, 拓宽建成后10年的老路顶面层位处的工后沉降曲线如图2所示, 拓宽完成后的路面各结构层和路基共同作用层的材料参数见表1。
老路顶面处的不协调变形为工后差异沉降, 将该曲线作为边界条件施加于路基共同作用层的底面。由于其上的路面结构为半刚性基层的沥青路面结构, 刚度最大的结构层———二灰碎石基层对此最为敏感, 在其底面产生的额外附加应力和车辆荷载产生的荷载应力直接决定了该路面结构的结构寿命, 因此, 本次分析仅关注上述不协调变形引起的道路基层底面附加拉应力变化情况。
经过分析得到, 不同路基共同层厚度下的基层底面附加应力, 见表2。可以看出, 随着路基共同层厚度的增加, 基层底面附加最大弯拉应力明显降低。
我国公路沥青路面设计规范采用劈裂强度fsp作为极限弯拉应力。对二灰稳定粒料类采用如下疲劳方程:
式 (1) 中, Nf为疲劳寿命 (次数) , σ/s为应力强度比, 其中s是劈裂强度, σ为反复弯拉应力值。
据规范, 二灰碎石劈裂强度为0.5～0.8Mpa, 取fsp=0.65MPa。
通常情况以107作为材料的疲劳极限, 按疲劳方程, 取Nf=107时, 算得σ0=0.302MPa。
在不协调变形作用下, 在最不利断面处基层底面的总弯拉应力需要将两者进行叠加, 再推算出结构寿命, 如表3所示。
路基共同作用层厚度h与lg Nf间的关系如图3所示。
有限元分析结果得到, 新老路基结合处路面结构的附加应力较大, 并出现了应力集中现象。在不协调变形的作用下, 路面结构会在基层底面开裂, 最终形成贯穿整个路面厚度的裂缝。同时, 可以看出, 随着路基共同作用层厚度的增加, 不协调变形对路面结构的影响逐步变小, 路面结构疲劳寿命衰减得也越来越慢, 当h=6m时, 可以忽略不协调变形对疲劳寿命的影响。
路面厚度检测 篇7
路面状况传感器根据水、冰、雪的不同红外光谱特性, 通过对干燥路面反射的光谱信息和有覆盖物的情况下得到的光谱信息的对比, 实时检测路面的干、潮、积水状态, 测量水、冰、雪的覆盖类型和覆盖厚度。克服了现有接触式路面状态传感器安装复杂、维护困难的缺点, 而且具有实测面积大、目标更直接、路况信息更真实的优点。本论文详细阐述了多光谱在路面水厚度检测的应用。
2 传感器检测原理
2.1 测量波长的选择
红外光照射在水冰雪上发生散射、吸收、反射、折射等一系列作用[1], 路面状况根据水吸收光谱、冰吸收光谱、雪散射光谱筛选出三个波长红外光, λ2和λ3处于水和冰的吸收峰, 由于照面表面反射及水分子和固体颗粒对光信号的吸收和散射共同作用, 实测到的后向散射信号的表现如下, 其中水对三个波长的主要为反射和吸收, 后向散射系数λ1>λ3>λ2;冰对三个波长的后向散射系数λ1>λ2>λ3;雪对三个波长的后向散射系数[2]λ1>λ2>λ3;根据三个后向散射光信号与路面干燥时光信号的比值的大小及差值, 可以定性分析路面状况、计算出水冰雪厚度。
2.2 硬件电路结构
传感器使用单色性好、体积小、工作电压低的激光二极管提供阵列式红外光源, 以脉冲调制波发射红外光束, 利用反馈电流稳定光功率[3]、温度补偿稳定光谱;光电二极管接收反射回来的微弱的红外光信号, 利用两级电路进行滤波、放大, 然后进行AD转换, 送入微处理器, 进入模型计算 (如图1) 。
2.3 检测理论支持
将传感器以一定角度架设在路边, 在路面干燥时进行干标定, 获得干参数DP1、DP2、DP3, 一旦传感器位置角度等变化都会引起干参数变化, 需要重新进行干标定。各条件不变时干参数相对稳定, 传感器有干信号自动调整功能, 补偿路面和镜头污染引起的干参数的微量变化;各条件不变化时, 一旦路面潮湿、积水、结冰、积雪, 入射光由于照面表面反射及水分子和固体颗粒对光信号的吸收和散射共同作用, 实测到的三个后向散射光信号表现出不同的特点, 根据三个信号的大小关系可以判别路面状态 (如图2) , 根据判断的覆盖物种类进入不同的厚度计算公式;根据物质的吸光度可以计算覆盖物厚度, 测量理论基础为修正的朗伯-比尔定律, 采用三波长测量能够减小覆盖物颗粒度等引起的测量误差, 比单波长进行更精确的测量[4]。
基础朗伯 (Lambert) 定律阐述为:光被透明介质吸收的比例与入射光的强度无关。在光程上每等厚层介质吸收相同比例值的光。
基础比尔 (Beer) 定律阐述为:光被吸收的量正比于光程中产生光吸收的分子数目。
公式1中:Io—入射光强度;I—通过样品后的透射光强度;ln (Io/I) —称为吸光度;C—为样品浓度, 我们测量的是纯物质, C=1;d—为光程;ε—为光被吸收的比例系数, 它与吸收物质的性质及入射光的波长λ有关。
适用于本传感器的原理公式为:
公式2中:dp—干信号;os—有覆盖物时的光信号;d—覆盖物厚度;k—常数, 路面等条件的影响。
道面状况传感器采用的是三个波长的阵列光谱法, 根据水冰雪对三个波长的光信号具有不同的吸光系数, 可以判断覆盖物类型;根据物质的吸光度可以计算覆盖物厚度[4]。
公式推导:
干标定信号:DP1、DP2、DP3;接收信号:OS1、OS2、OS3;厚度:d1、d2、d3;水对三个波长的吸收率为:ε11、ε12、ε13;冰对三个波长的吸收率为:ε11、ε12、ε13;雪对三个波长的吸收率为:ε11、ε13、ε13。
解:
分析结果:选择多元线性回归方法分析数据, 假定被解释变量与多个解释变量之间具有线性关系, 是解释变量的多元线性函数, 称为多元线性回归模型。即
其中Y为被解释变量, Xj (j=1, 2, …, k) 为第j个解释变量, βj (j=1, 2, …, k) 为第j个未知参数, μ为随机误差项。
由以上推导可知, 只要有足够代表性的数据, 就可以求出对应水冰雪厚度的3组系数, 达到物质辨别和测量厚度的目的。
3 水厚测量试验
通过对多种石材的强度和亲水性进行试验考察, 选定用特制的铺有水泥面的花岗岩精密平台作为水标定试验的标准平台, 以高精度磁致伸缩液位传感器作为水厚度检测标准, 以人工和摄像头作为辅助观测方法。
通过多次试验总结出水标定可行的试验方法:
首先将试验平台调平, 然后将传感器架设于平台附近, 使其照射于平台中心, 进行干信号标定, 在平台上加水2mm, 使其自然蒸发至干燥, 完成一个试验周期。
4 试验结果分析
4.1 建模
设计的标定平台和标定方法为模型建立提供了充分的试验数据, 在此基础上进行了测量模型的建立。
从图3实验数据可以看出, 光信号2处于水的吸收峰, 所以道路表面一旦出现水膜, 光信号2会剧烈减小, 而且Ln (dp2/os2) 一直大于Ln (dp1/os1) 和Ln (dp3/os3) , 但是水厚增加到一定程度, 由于光信号2返回信号几乎接近最小值时, 与水厚的线性关系发生畸变, 但是Ln (dp1/os1) 和Ln (dp3/os3) 与水的线性度在2mm内一直保持良好。
模型建立的基本方法是利用matlab、spss数据分析软件, 对大量数据进行多元线性逐步回归分析, 得到光信号和不同物质的计算公式, 多次标定模型复相关系数均>0.92 (远高于可接受限值0.75) , 光信号变化能很好的解释覆盖物种类及厚度变化;该模型在条件不变的情况下, 得到很好的测量结果。
水厚度计算公式:
状态判断如表1。
4.2 验证
实验介绍:利用人工观察状态和传感器测量厚度与样机测量结果进行对比验证。
物质厚度单位:mm, 状态:0干1潮2水
5 结论
根据多次室内室外试验数据验证, 干、潮、水区分比较准确, 因为水潮和潮干分界较为模糊, 分界处状态和观察状态稍有出入, 但只是在相邻两个状态有所差异, 不影响状态变化走势, 测量的水厚和水蒸发线性趋势吻合。干信号根据目标路面标定后, 干信号的大小在较大范围内不影响路面状态的判断, 测量的水厚度误差会有差异, 证明传感器具有较强环境适应性。
参考文献
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[3]王铁流, 万薇.阵列式红外探测器在列车轴温监测系统的应用.电子产品世界, 2013 (2)
[4]许文海, 杨明伟, 唐文彦.多功能半导体激光器驱动电源的研制[J].红外与激光工程, 2004 (5)