浅谈路基路面落锤式弯沉仪测定弯沉检验方法

2015-04-16安徽阜阳市建设工程质量检测站

精品 2015年12期

关键词：贝克曼重锤落锤

□ 刘　飞　安徽阜阳市建设工程质量检测站

□ 刘飞安徽阜阳市建设工程质量检测站

本文介绍落锤式弯沉仪适用范围、组成及测定步骤，并将其测定的动态弯沉转换至回弹弯沉值的方法步骤，用于评定道路承载能。

路基路面；弯沉检测；落锤式弯沉仪（FWD）；检验方法

1.概述

近年来，弯沉检测设备及其相应的检测技术得到了迅速的发展。采用落锤式弯沉仪（FWD）测定路面的动态弯沉并用来反算路面的回弹模量，作为目前世界上较先进的路面强度无损检测设备之一得到了广泛的应用，其代替传统的贝克曼梁法法已越来越得到人们的认可，并已列入《公路路基路面现场测试规程》（JTG E60-2008））指定弯沉检测设备之一。这对更深一步的开发使用FWD、充分发挥FWD的优点、准确地评价路面的结构状况具有重要的现实意义。

2.关于路面弯沉值以及弯沉的变化规律

2.1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。（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。（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。

2.2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2年达到最小值。路面竣工后的第2年到第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.适用范围

本方法适用于测定在落锤式弯沉仪标准质量的重锤落下的一定高度发生的冲击荷载作用下，路基或路面表面所产生的瞬时变形，即测定在动态荷载作用下产生的动态弯沉及弯沉盆。并可由此反算路基路面各层材料的动态弹性模量，作为设计参数使用。所测结果以转换至回弹弯沉值后可用于评定道路承载能力，也可用于调查水泥混凝土路面接缝的传力效果，探查路面板下的空洞等。

4.仪器与材料

4.1荷载发生装置

重锤的质量及落高根据使用目的与道路等级选择，荷载由传感器测定。重锤质量量为200kg±10kg，可采用50kN±2.5kN的冲击荷载。承载板为十字对称分开4部分且底部固定有橡胶片，直径为300mm。

4.2弯沉检测装置

由一组高精度位移传感器组成，自承载板中心开始，沿道路纵向隔开布置7个在0—250cm范围内，0、30、60、90四点，其他根据需要决定。

4.3运算及控制装置

能在冲击荷载作用的瞬间，记录冲击荷载及各个传感器所在位置测点的动态变形。

4.4牵引装置

牵引FWD并安装运算及控制装置的车辆。

5.方法与步骤

5.1准备工作

（1）调整重锤的质量及落高，使重锤的质量及产生的冲击荷载符合50kN±2.5kN。（2）在测试路段的路基或路面各层表布置测点。（3）检查FWD的车况及使用性能符合要求后，将其牵引至测定地点，将仪器打开，进入工作状态。牵引行驶速度不大于50km/h。

5.2测试步骤

（1）承载板中心位置对准测点，承载板自动落下，放下弯沉装置的各个传感器。（2）启动落锤装置，落锤瞬间即自由落下，冲击作用于承载板上，再立即自动提升至原来位置固定。同时，各个传感器检测结构层表面变形，记录峰值，即路面弯沉，每一测点测定3次，除去第一个测定值，取后两次测定值的平均值作为计算依据。（3）提起传感器及承载板，牵引至下一个测点，重复上述步骤，进行测定。

6.FWD与贝克曼梁弯沉仪对比试验

6.1路段选择

选择结构类型完全相同的路段，针对不同路面结构的代表性路段，进行两种方法的对比试验，以便将落锤式弯沉仪测定的动态弯沉换算成贝克曼梁测定的回弹弯沉值。选择对比路段长度300~500m，弯沉值应有一定的变化幅度。

6.2对比试验步骤

（1）采用与实际使用相同且符合要求的FWD及贝克曼梁弯沉仪测定车。其冲击荷载与贝克曼梁弯沉仪测定车的后轴双轮荷载相同。（2）标记对比路段的起点位置，先测定贝克曼梁定点测定回弹弯沉。标记测点位置，再将FWD的承载板对准标记点，位置偏差不超过30mm，测定其弯沉值，时间间隔不得超过10min。（3）通过对比试验得出回归方程式LB=a+bLFWD，LFWD、LB分别为落锤式弯沉仪、贝克曼梁弯测定的弯沉值，其相关系数不应小于0.95。