沥青路面弯沉测试技术

沥青路面弯沉测试技术（共4篇）

沥青路面弯沉测试技术 篇1

沥青面层是位于路面基层上最重要的路面结构层, 它直接承受车轮荷载。所以路面弯沉作为一项重要的检查指标来检测路面的整体强度和刚度。另外, 路基路面各层的材料性质、结构组成类型、压实状况、压实程度、湿温度环境、气候条件、交通组成、检测时的环境条件等均对弯沉产生极大影响。

1 路面弯沉的变化

在路面竣工后的1~2年, 路表弯沉值最小, 在此期间路面整体结构处于最大刚度状态。路面竣工后的第2~4年, 由于车辆荷载的重复作用以及水、温度状况的变化, 加之路面混合料本身因拌和不均匀, 而导致强度不均匀性等因素的影响, 使路表弯沉不断增长。路面竣工3-4年后直至达到极限破坏状态这一阶段。可见, 沥青路面弯沉变化及测试竣工后第一年不利季节的弯沉值与最大刚度状态所对应的弯沉值比较接近。因此, 这个状态也正是我们测量路面弯沉代表值的状态。

2 贝克曼梁弯沉仪路面弯沉测试

沥青路面弯沉测试主要有贝克曼梁弯沉仪测定路面弯沉, 自动弯沉仪测定路面弯沉, 落锤式弯沉仪测定路面弯沉, 激光弯沉测定仪测定路面弯沉, 相互换算等几种方法。其中最常用的是贝克曼梁弯沉仪测定法。

2.1 标准车及弯沉仪

测试车可根据需要按公路等级选择, 高速公路、一级及二级公路应采用后轴10t BZZ-100标准车;其他等级公路可采用后轴6t的BZZ-60标准车。标准车为双轴、后轴每侧为双轮胎的载重汽车。

弯沉仪由贝克曼梁、百分表及表架组成。弯沉仪仅长度有两种:一种3.6m, 前后臂分别为2.4m和1.2m;另一种加长的弯沉仪长5.4m, 前后臂分别为3.6m和1.8m。当在半刚性基层沥青路面上测定时, 宜采用长度为5.4m的贝克曼梁弯沉仪, 并采用BZZ-100标准车。

2.2 弯沉仪误差修正

测定时应检验支点有无变形, 此时应用另一台检验用的弯沉仪安装在测定用弯沉仪的后方, 其测点架于测定用弯沉仪的支点旁。当汽车开出时, 同时测定两台弯沉仪的弯沉读数, 如检验用弯沉仪百分表有读数, 即应记录, 将两台弯沉仪的测定弯沉相加, 得到测点弯沉, 并进行支点变形修正。当在同一结构上测定时, 可在不同位置测定5次, 求其平均值, 以后每次测定时以此作为修正值。

2.3 弯沉测试频率

测定代表弯沉值时, 应以每公里每一双车道为一评定路段, 每路段检查80~100个点。对多车道公路必须按车道数与双车道之比, 相应增加测定数。

2.4 温度修正

弯沉值是以200C为测定沥青路面弯沉值的标准状态, 当沥青面层厚度小于或等于5cm时, 不需要温度修正;但路面温度在200C±20C时, 也不进行修正;其他情况下测定弯沉值均应进行温度修正。温度修正及回弹弯沉的计算宜按下列步骤进行。

测定时的沥青层平均温度按下式计算:

T= (T25+TM+TE) /3

式中, T-测定时沥青层平均温度;

T25-根据T0得出的路表下25mm处的温度℃;

TM-根据T0得出的沥青层中间深度的温度;

TE-根据T0得出的沥青层底面处的温度

T0-为测定时路表温度与测定请5d平均气温的平均值之和。

然后由沥青层平均温度, 从路面弯沉温度修正系数曲线查找出沥青路面弯沉温度修正系数。

L20=LT-X

式中, K-温度修正系数;

L20-换算为20℃的沥青路面回弹弯沉值, 0.01mm。

2.5 路面弯沉的计算

路面测点的回弹弯沉值:

LT=2 (L1-L2)

式中, LT-在路面温度T时的回弹弯沉值, 0.01mm:

L1-车轮中心临近弯沉仪测头时百分表的最大读数, 0.01mm:

L2-汽车驶出弯沉影响半径后百分表的终读数, 0.01mm。

当需要进行弯沉仪支点变形修正时路面测点的回弹弯沉值;

LT=2 (L1-L2) +6 (l3-L4)

式中L3-车轮中心临近弯沉仪测头时检验用弯沉仪的最大读数。0.01mm。

L4-汽车驶出弯沉影响半径后检验用弯沉仪的终读数, 0.01mm。

弯沉代表值是弯沉测量值的上波动界限, 用下式计算:

LR=L+ZA·S

式中LR-一个评定路段的代表弯沉, 0.01mm;

L-一个评定路段内经各项修正后的各测点弯沉的平均值;

S-一个评定路段内经各项修正后的全部测点弯沉的标准差;

ZA-与保证率有关的系数, 采用下列数值。

高速、一级公路ZA=2.0, 二级公路ZA=1.645, 二级以下公路ZA=1.5。

计算平均值和标准差时, 应将超车L± (2-3) S的弯沉特异值舍弃。对舍弃的弯沉值对大的点, 应找出其周围界限进行处理。

3 目前弯沉测试的主要存在问题

3.1 弯沉测试车的轮压不足, 从而导致回弹弯沉值偏小。

3.2 弯沉测试车不称重或装载偏位、吨位不足, 从而导致轴载与标准轴载偏差过大, 而引起弯沉值偏小。

3.3 弯沉仪测头的位置不正确。一般来说, 测试仪弯沉仪的梁臂不得碰到轮胎, 测头位置于测点上, 即轮隙中心前方3~5cm处。

3.4 温度修正不正确, 往往仅利用当时的气温进行弯沉修正。

3.5 代表弯沉测定时间不正确, 代表弯沉应在路面竣工后第一年不利季节。

路面弯沉测试时反映路面整体性的一个综合指标, 所以在检测过程中操作一定要规范, 确保工程质量。

沥青路面回弹弯沉温度修正方法 篇2

众所周知, 沥青混合料是一种感温性材料, 其强度随着温度的变化而变化, 在实际的沥青路面结构中, 由于外界温度的不断变化和温度传递的滞后影响, 使路表和沥青层不同深度的温度不断变化, 测得的弯沉值有较大的差异。因此, 实测弯沉值应当修正到标准温度的弯沉值。

1《公路路基路面现场测试规程》JTG E60-2008中所用的弯沉温度修正的主要问题

《公路路基路面现场测试规程》JTG E60-2008 (下称测试规程) 中规定满足两个要求必须对沥青路面弯沉进行温度修正:沥青层厚度小于或等天50mm不需要修正, 当路面面层平均温度在20±2℃以内时, 也不需要修正。即超出这两个范围时均需对弯沉值进行温度修正。温度修正主要解决两个问题:一是沥青路面结构层内温度代表值的确定及推算方法, 二是温度修正系数的确定。测试规程以美国AASHTO路面设计指南1993版的方法, 以沥青层平均温度作为代表温度, 这比较符合沥青层温度实际。即沥青层的平均温度T为:

T25为路表下25处的温度;

Tm为沥青层中间深度的温度;

Te为沥青层底面处的温度。

式 (1) 中T25、Tm、Te很难以实际测得, 因此规程中是由图1求得T25、Tm、Te, 按上式计算出T后再按图2求得温度修正系数。

图1中表明, 路表温度加前5天日平均气温平均值与不同深度的温度是成直线关系的, 但事实上是否呈直线关系值的推敲。众所周知, 一天当中气温是呈早上慢慢上升到最高, 下午又慢慢下降的规律的。假设上午气温在上升的某一时刻路表温度达到TP, 此时刻对应的沥青层某一深度温度为T1, 下午气温在下降的过程中必定有一时刻的路表温度也会达到TP, 此时沥青层的同一深度的温度为T2, 由于温度传递滞后的因素, T2肯定不会等于T1。即同一个路表温度在沥青层同一深度出现两个温度值, 按照此规律, 路表温度与不同深度的温度关系应该是一个闭合的曲线, 而非呈直线关系, 因此按照图1来推算沥青层平均温度误差大, 不能真实反映一天中沥青层间的实际温度变化情况, 而且仅能查图中所列六种路面厚度, 适用范围小, 再则, 查图表得来的值本身就带有一定的不准确性, 致使进一步增大数值的误差。

2《公路沥青路面设计规范》JTG D50-2006中弯沉值温度修正的特点

在总结了近年来的工程实践经验和科研成果, 和国内及援外工程试验路收集到的近十万个数据中的基础上, 新的《公路沥青路面设计规范》JTG D50-2006 (下称设计规范) 运用了涵数解决沥青层平均温度。经多种计算比较, 以测定前5小时的平均气温加上路表温度与沥青层平均温度之间的线性关系来表示, 其相关系数很高, 比起运用路表温度加前5天气温与沥青层平均温度的关系, 其解不再是双解而是唯一的。测定时的沥青层平均温度T与总厚度h、路表温度加前5h平均气温之和T。存在下列关系:T= (-2.65+0.52h) + (0.62-0.008h) T (2)

式 (2) 中T。所需的路表温度为弯沉测定时实际测得, 所需的前5小时气温可通过二个途径得到:一是在附近气象站查得前5小时每小时气温, 求其平均值;二是在测弯沉前5小时开始, 将温度计放在遮阳离地面1.2米处每小时记录气温, 求其平均值。

3 结语

沥青路面弯沉温度修正中, 沥青层平均温度的确定和不同平均温度下的修正系数是两个关键问题, 测试规程中的图解法与实际情况有出入, 而且不适用于各种路面厚度的查用, 此法得到的结果误差也大;设计规范中的涵数计算法更为符合沥青路面的实际温度变化情况, 比较全面的考虑了沥青层的温度及各种厚度情况, 实用方便。

摘要：沥青路面的强度随温度的变化而变化。本文对沥青路面弯沉测试中温度修正作了说明, 并对交通部《公路沥青路面设计规范》JTGD50-2006中采用的修正方法作了进一步分析。

关键词：沥青路面,回弹弯沉,温度修正

参考文献

[1]JTG E60-2008公路路基路面现场测试规程[S].

沥青路面弯沉测试技术 篇3

许多研究表明,对沥青路面而言,无论采用哪种层状体系理论,路表弯沉盆与荷载中心垂直弯沉值都存在一定的关系,并根据这些关系,对弯沉盆参数与路面反应如应力和应变做了许多的研究。以下为一些研究者提出的路面反应模型,根据沥青路面破损类型分疲劳开裂模型和车辙模型。

2 疲劳开裂模型

2.1 Jung模型

Jung(1988年)提出一种预测沥青混凝土面层底部拉应变的方法[1],该方法需用到FWD承载底板边缘弯沉值的斜率,其斜率是将弯沉盆的倒数代入多项式得到的。沥青面层底部的拉应变(εac)由曲率半径R确定:

其中,Hac为沥青面层厚度;a为FWD承载底板半径;D0为荷载中心的弯沉值;Dedge为承载板边缘的弯沉值,由曲线代入单个弯沉盆计算得到。

2.2 Thompson模型

Thompson(1989年,1995年)对全厚式路面和级配基层路面进行研究[2,3],提出使用弯沉盆纵剖面下的面积(AUPP)来确定沥青面层底部的拉应变(εac)。如图1所示,其面积AUPP由式(3)确定:

$AU{\rm P}{\rm P}=\frac{1}{2}(5D{}_0-2D{}_1-2D{}_2-D{}_3)\times 305$ (3)

其中,D0,D1,D2,D3分别为距荷载底板中心距离为0 mm,305 mm,610 mm,915 mm处的弯沉值,mm。

对全厚式沥青路面,沥青面层底部的拉应变(εac)的计算式为:

对级配基层沥青路面,沥青面层底部的拉应变(εac)与AUPP关系为:

Garg和Thompson(1998年)通过试验研究得出,AUPP是一种较为重要的弯沉盆参数,用AUPP来预测沥青面层底部的拉应变(εac),能得到较为准确的结果。由于AUPP反映的是弯沉盆的一项几何特性,因此用其预测εac不受路基和路面类型的影响。

2.3Hee Mun Park模型

Hee Mun Park(2001年)在其博士论文中对此作了大量的研究[4,5],在进行弯沉盆参数分析中发现,沥青面层底部的拉应变εac与基层损坏指数(BDI)有很好的相关性。对于全厚式沥青路面,面层底部的拉应变εac与BDI的关系为:

对骨料基层沥青路面,面层底部的拉应变εac与BDI的关系为:

其中,弯沉盆参数BDI可参见表1;Hac为沥青面层厚度,mm。

3 车辙模型

3.1 Thompson模型

Thompson(1989年)通过研究,用路基应力比(SSR)来估计路面体系的车辙潜力,路基应力比(SSR)定义为:

其中,SSR为路基应力比;σdsg为路基偏应力;qu为路基无侧限抗压强度。

通过用ILLIPAVE有限元程序进行数据拟合,得到以下回归方程用于确定基层柔性路面的SSR:

表2列出了重要季节(春季)的SSR设计标准,该标准对设计交通量下整个预测的表面车辙可接受水平进行限制。

3.2 Hee Mun Park模型

Hee Mun Park(2001年)在其博士论文中,对车辙问题主要考虑以下应变:沥青面层平均压应变εcac;基层顶面压应变εabc;路基顶面压应变εsg。研究中发现,各项应变分别与不同的弯沉盆参数有较好的相关性。其中,沥青面层平均压应变εcac与SCI的关系为:

基层顶面压应变εabc与基层损坏指数BDI间的关系为:

其中,Hbase为基层厚度,mm。

对全厚式沥青路面,路基顶面压应变εsg与基层损坏指数BDI相关性较好,两者关系为:

然而,对于骨料基层,路基顶面压应变εsg与基层弯曲指数BCI相关性较好,两者关系为:

4 结语

研究路面反应模型对了解道路使用寿命,分析路面结构状态及预测道路使用寿命等有着极其重要的作用。以上研究都是在利用FWD弯沉盆参数的基础上进行的,无论利用的是何种FWD弯沉盆参数,都从不同侧面反映了路面反应与FWD弯沉盆参数的内在关系。因FWD弯沉盆参数较多,这种研究人们会继续下去,继续推进这一研究工作的开展。

摘要：介绍了国外利用FWD弯沉盆参数研究沥青路面反应模型的现状,分别对一些研究者提出的疲劳开裂模型和车辙模型进行了具体阐述,指出无论采用哪种FWD弯沉盆参数,都从不同侧面反映了路面反应与FWD弯沉盆参数的内在关系。

关键词：路面反应模型,FWD弯沉盆参数,沥青路面,拉应变,压应变

参考文献

[1] Jung,F..Direct Calculation of Maximum Curvature and Strain in Asphalt Concrete Layers of Pavements from Load Deflection Basin Measurements.Transportation Research Record 1196, TRB,Washington D.C,1988:225-259.

[2] Thompson,.R.Area Under the Pavement Profile to Predict Strain.Informal Presentation at FWD Users Group Annual Meeting,Indianapolis.IN.1989:168-93.

[3] Thompson,M.R..ILLI-PAVE Based NDT Analysis Procedures.In:Nondestuctive Testing of Pavements and Backcalculation of Moduli,ASTM STP 1026.A.J.Bush Ⅲ and G. Y. Baladi,EDs.ASTM,Philadelphia,1989:229-244.

[4]Kim,Y.R.,H.M.Park.Use of Falling Weight DeflectometerMulti-Load Level Data for Pavement Strength Estimation.In:NCDOT Report(Project HWY-00-4).North Carolina StateUniversity,2001:32-80.

谈谈路面弯沉值及其变化测试 篇4

国内外普遍采用回弹弯沉值来表示路基和路面的综合承载能力, 回弹弯沉值越大, 承载能力越小, 反之则越大。通常所说的回弹弯沉值是指标准后轴载双轮组轮隙中心处的最大回弹弯沉值。在路表测试的回弹弯沉值可以反映路基、路面的综合承载能力。回弹弯沉值在我国已广泛使用且有很多的经验及研究成果, 它不仅用于路面结构的设计中, 用于施工控制及施工验收中, 同时还用在旧路补强设计中, 是公路工程的一个基本参数。所以, 正确的测试工作对公路建设和维护具有重要的意义。路面弯沉不仅反映路面各结构层及土基的整体强度和刚度, 而且与路面的使用状态存在着一定的内在联系。因此工程竣工前, 路面弯沉作为一项重要的检测指标, 反映了路面的整体强度质量。

1 弯沉值的凡个概念

1.1 弯沉

弯沉是指在规定的标准轴载作用下, 路基或路面表面轮隙位置产生的总垂直变形 (总弯沉) 或垂直回弹变形值 (回弹弯沉) , 以0.01mm为单位来计算。

1.2 设计弯沉值

根据设计年限内一个车道上预测通过的累计当量轴次、公路等级。面层和基层类型而确定的路面弯沉设计值。

1.3 竣工验收弯沉值

竣工验收弯沉值是检验路面是否达到设计要求的指标之一。当胳面厚度计算以设计弯沉值为控制指标时, 则验收弯沉值应小于或等于设计弯沉值;当厚度计算以层底拉应力为控制指标时, 应根据拉应力计算所得的结构厚度, 重新计算路面弯沉值, 该弯沉值即为竣工验收弯沉值。

1.4 弯沉值的测试方法

弯沉值的测试方法较多, 目前用的最多的是贝克曼梁法, 在我国已有成熟的经验, 但由于其测试速度等因素的限制, 各国都对快速连续或动态测定进行了研究, 现在用得比较普遍的有法国洛克鲁瓦式自动弯沉仪、丹麦等国家发明并几经改进形成的落锤式弯沉仪 (FWD) 和美国的振动弯沉仪等。

2 路面弯沉的变化规律

路表弯沉的变化是一个多方面因素综合作用的复杂过程。路基路面各层的材料性质、结构组成类型、压实状况、压实程度、温湿度环境、气候条件、交通组成、检测时的环境条件以及所使用的仪器设备及检测人员的检测水平等均对弯沉的大小产生很大影响。

沥青路面的表面弯沉变化过程分为三个阶段。路面竣工后的前1~2年为第一阶段。在这一阶段, 由于车辆荷载的重复碾压, 渐趋压实, 加上半刚性基层材料随着龄期强度增长, 从而导致路表弯沉将逐渐减小, 大约在路面竣工后的第二年达到最小值。

路面竣工后约2~4年为第二阶段。在这一阶段, 表现为路表弯沉的不断增长。这是因为, 一方面半刚性基层的强度增长已十分缓慢, 并逐渐趋于相对稳定状态;另一方面, 由于车辆荷载的重复作用以及水、温度状况的变化, 加之路面混合料本身因拌和不均匀, 而导致强度不均匀性等因素的影响, 结构内部的微观缺陷将因局部范围的应力集中而扩展, 并逐渐出现小范围的局部破坏, 从而导致路面结构整体刚度的下降, 使得路表弯沉急剧增大。

路面竣工约3~4年后直至达到极限破坏状态为弯沉变化的第三阶段。在这一阶段, 路面由于各种复杂因素产生的局部强度不足的问题已充分暴露, 内部缺陷附近局部区域积蓄的高密度能量也已通过缺陷的扩展而转移, 并自动实现了整个系统的能量平衡, 从而使得结构内部损伤的进一步发展得到抑制。

3 贝克曼梁弯沉仪路面弯沉测试

由于目前在路面检测工程中广泛使用的是贝克曼梁弯沉仪, 因此现着重介绍贝克曼梁弯沉仪的使用方法, 从标准车、弯沉仪的选择、温度修正及弯沉计算等方面提出有关要点和注意事项。

3.1 标准车

标准车为双轴、后轴每侧为双轮胎的载重汽车, 其标准轴荷载、轮胎尺寸、轮胎间隙及轮胎气压等技术参数见表1。

测试前, 应测定测试车的轴重、轮压、轮胎接地面积, 与标准车的要求相差不应超过表1规定的值。如有不符, 应适当调整。

3.2 弯沉仪的选择及弯沉仪误差修正

弯沉仪由贝克曼梁、百分表和表架组成。弯沉仪长度有两种:一种为3.6m, 前后臂分别为2.4m和1.2m;另一种为加长的弯沉仪, 长5.4m, 前后臂分别为3.6m和1.8m。当在半刚性基层沥青路面上测定时, 宜采用长度为5.4m的贝克曼梁弯沉仪, 并采用BZZ-100标准车。

3.3 弯沉测试频率

测定代表弯沉值时, 应以每公里每一双车道为一评定路段。每路段检查80～100个点。对多车道公路必须按车道数与双车道之比, 相应增加测点数。

3.4 温度修正

对于沥青路面来说, 弯沉强度测定是在沥青路面上进行的, 而表层区域受天气影响变化较大, 夏天沥青路面发软, 冬天又变硬发脆。因此, 如在夏天测定时, 由于过硬, 也会产生失真现象。所以, 需要定出一个温度为测定弯沉的标准状态。

3.5 路面弯沉的计算

路面测点的回弹弯沉值:LT=2 (L1-L2)

式中LT—在路面温度T时的回弹弯沉值, 0.01mm;

L1—车轮中心临近弯沉仪测头时百分表的最大读数, 0.01mm;L2—汽车驶出弯沉影响半径后百分表的终读数, 0.01mm。

当需要进行弯沉仪支点变形修正时, 路面测点的回弹弯沉值:

式中L3—车轮中心临近弯沉仪测头时检验用弯沉仪的最大读数, 0.01mm;

L4—汽车驶出弯沉影响半径后检验用弯沉仪的终读数, 0.01m m。

弯沉代表值是弯沉测量值的上波动界限, 用下式计算:LR=L+ZA·S

式中LR—一个评定路段的代表弯沉, 0.01mm;

L—一个评定路段内经各项修正后的各测点弯沉的平均值;

S—一个评定路段内经各项修正后的全部测点弯沉的标准差;

ZA—与保证率有关的系数, 采用下列数值。

高速、一级公路ZA=2.0;二级公路ZA=1.645;二级以下公路ZA=1.5。

计算平均值和标准差时, 应将超出L± (2~3) S的弯沉特异值舍弃。对舍弃的弯沉值过大的点, 应找出其周围界限进行处理。

测定路面弯沉还有一些其他的方法, 例如, 自动弯沉仪测定路面弯沉。自动弯沉仪是利用贝克曼梁测定原理快速的连续的测定设备, 并在标准条件下每隔一定距离连续测试路面的总弯沉及路段的总弯沉的平均值。此外还有落锤式弯沉仪测定路面弯沉和激光弯沉测定仪测定路面弯沉。激光弯沉测定仪是专门用来测定路面微小弯沉用的, 这种微小弯沉一般在微米数量级。