水泥路面板底脱空的弯沉判别方法

2013-07-28任红丽

交通运输研究 2013年4期

任红丽

（邢台市邢衡高速公路管理处，河北邢台 054000）

0 引言

近年来，随着弯沉的测量及其分析技术的发展，对弯沉的分析从单一的最大弯沉和静态荷载下的弯沉发展到对整个弯沉盆和行车荷载下动态弯沉的分析，并将局限于柔性路面意义上的弯沉概念发展到刚性路面的结构评价与设计分析之中，随之衍生出采用弯沉仪检测评价刚性路面板底脱空判别方法。

1 基于静弯沉的板底脱空判别方法

1.1 单一弯沉值法

当车辆行驶在水泥混凝土面层板上时，路面板受行车荷载作用会产生弯沉变形，因无脱空的路面板和存在脱空的路面板受力状态不同，故两种状态的路面板产生的应力及应变不同，即存在脱空的路面板应力及应变较大，而应变采用弯沉指标容易检测，方便比较。所以采用单一弯沉值作为评价指标判定板底脱空基于如下原理：以一定荷载作用下的弯沉值作为判别指标建立脱空判别标准，当路面板实测弯沉大于该标准时，认为存在板底脱空，否则认为不存在板底脱空[1，2]。

在《美国路面修复手册》中规定，凡弯沉值超过0.635mm的水泥混凝土路面板应确定为脱空板块。我国《公路水泥混凝土路面养护规范》（JTJ073.1-2001）采用标准荷载作用下0.2mm弯沉值作为脱空判别标准。

同济大学通过对上海地区水泥混凝土路面实测弯沉数据统计分析认为当路面板厚为22cm时，如果板边弯沉小于0.18mm，则路面板无脱空；如果板边弯沉在0.18～0.30mm之间，路面板可能脱空；如果板边弯沉大于0.30mm，路面板明显脱空[3]。

随着对路面板底脱空研究的增加和深入，国内外学者逐渐发现采用单一弯沉值作为脱空判别指标过于理想化，是不合适的，主要是弯沉值受水泥混凝土路面结构形式、实际状况等因素的影响存在不同[4,5]，不同使用情况下均采用同一个弯沉值作为脱空判别标准显然不合理；另外，弯沉实测值受环境因素、人为因素、设备因素等影响产生差异，进而影响结果。

1.2 相邻板角弯沉差法

由路面板底脱空演化模型及机理结合大量实测数据可知，板底脱空较早发生于路面板角位置。采用相邻板角弯沉差判别指标基本可以消除因检测工作环境、检测人员水平、检测设备精度等因素引起的实测误差。美国沥青混凝土加铺层设计手册采用40kN轴载作用下相邻板角静弯沉差0.05mm作为脱空判别标准，线性换算为我国100kN标准轴载，则相邻板角静弯沉差为0.12mm。

虽然采用相邻板角弯沉差脱空判别指标消除了板中弯沉值判别指标的部分不足，但由于水泥混凝土路面板接缝传荷能力、类型等因素对相邻板角弯沉值有较大影响，而相邻板角弯沉差脱空判别标准未体现其差异，并且相邻板角弯沉差脱空判别指标仅适用于相邻板一侧存在脱空情况，因此如果相邻板同时存在脱空情况，则无法进行判定。

2 基于动弯沉的板底脱空判别方法

2.1 截距法

截距法是美国AASHTO设计体系提出的一种基于动弯沉值的板底脱空检测判别方法[6]。其原理为分别测定27kN、40kN、67kN三级荷载水平下的路面板角弯沉，并建立荷载—弯沉曲线，如果板角无脱空，则荷载—弯沉曲线的延长线在坐标轴上的截距应小于等于0.05mm，否则可判定脱空存在（如图1所示）。

图1 AASHTO脱空判定方法

该判定依据未考虑水泥混凝土路面结构形式、接缝传荷能力等差异，缺乏足够的理论基础，而且截距法每个测位须要变动荷载水平测定三次弯沉，各测位对应的荷载—弯沉曲线均不相同也须一一建立，存在着检测工作量大、判别效率低的不足，不适用于大规模脱空检测。

2.2 弯沉盆变异法

由动弯沉检测原理可知，动荷载每次作用都可通过分布于距测点不同距离的传感器得到路面板在传感器位置处的多个弯沉，因为这些弯沉的连线成盆状，故称为弯沉盆曲线（如图2所示）。当路面板底无脱空时，距测点不同距离的弯沉随着距测点距离的增大而减小，弯沉盆曲线正常形状为凹曲线，而当路面板底存在脱空时，因为板底脱空的影响会出现远距离弯沉值大于近距离弯沉值的情况，即弯沉盆曲线发生变异（如图3所示），因此可根据弯沉盆曲线是否发生变异来判别路面板是否存在脱空，此即为弯沉盆变异法判别板底脱空的原理。

图2 弯沉盆曲线示意图

图3 脱空板和未脱空板的弯沉盆曲线

弯沉盆变异法能否准确可靠判别板底脱空的关键在于能否准确合理地拟合无脱空路面板正常弯沉盆曲线。常见的拟合曲线类型包括指数型、抛物线型、三次多项式型。拟合曲线的争议反映出弯沉盆变异法的不足之处，同一弯沉盆采用不同类型的拟合曲线所得到的判别结果往往存在差异，无法确定最佳拟合曲线意味着无法进行判别，因此弯沉盆变异法仅能作为路面板底脱空判别的辅助手段。