沥青路面弯沉测试技术研究

2015-06-21张炜

黑龙江交通科技 2015年10期

关键词：贝克曼百分表落锤

张炜

(贵州省铜仁公路管理局试验检测中心)

沥青路面弯沉测试技术研究

张炜

(贵州省铜仁公路管理局试验检测中心)

沥青路面弯沉是检测路面承载能力的一个重要指标，也是评价沥青路面施工质量好坏的重要组成部分，主要分析了目前在沥青路面弯沉检测中常用的承载板法、贝克曼梁法和落锤式弯沉仪法，同时对弯沉检测新技术进行了相关研究。

沥青路面;弯沉;贝克曼梁;FWD

1 引言

在目前我国沥青路面结构设计体系中弯沉是表征沥青路面强度的一个重要指标，也是检测沥青路面施工质量的重要指标。随着我国公路建设规模的不断增长，需要建立完善的路面长期使用性能评价体系，以便于对路面状况进行实时的掌握。目前我国在路面弯沉和承载能力检测方面技术水平还相对较低，直到落锤式弯沉仪在公路工程中的应用大大提高了路面完成检测的效率、精度和效率。目前我国在沥青路面弯沉检测中常用的检测技术还是贝克曼梁法，所以在落锤式弯沉仪法(FWD)和贝克曼梁法之间还需要不断加强两者之间的相关性研究。

2 弯沉检测方法

2.1 贝克曼梁弯沉检测

贝克曼梁检测弯沉利用的是杠杆原理，通过百分表的读数来计算弯沉的大小。我国规范中对贝克曼梁检测完成的标准轴载、轮胎尺寸、轮胎间隙和接地压力大小都有明确的规定。贝克曼梁的前臂和后臂长度之比为2∶1，梁的总长度分为3.6 m和5.4 m两种。

用贝克曼梁进行弯沉测量首先将梁插入两轮隙之间，不能碰触到轮胎，将百分表至于贝克曼梁的末端，指挥汽车缓慢前进，随着路面变形的增加，百分表的读数会逐渐增大，读取百分表转动最大值时的读数，随着汽车的往前运行，其形成的弯沉盆的影响程度逐渐减小，待汽车停止后，百分表稳定读取读数。当路面面层厚度较厚时，可以结合经验公式对弯沉值进行温度修正。

2.2 承载板法

承载板法以载重不小于60 kN的汽车作为加载设备，并且在后轴之后0.8 m处加设一根反力支架，现场测试由千斤顶、球座和测力计组成。检测过程中首先通过千斤顶进行预加载，加载力的大小为0.05 MPa，保持1 min，保证承载板与路基能够紧密接触。之后采用逐级加载方式进行加压，在每次加载完成压力表读数稳定之后读取弯沉仪上百分表的读数，然后将卸载千斤顶，使得压力为0，待稳定后再次读取百分表上的读数，在进行几次逐级加载之后，如果回弹变形值超过1 mm时就可以停止加载。待最后一次加载卸载循环结束后，取走千斤顶，重新读取百分表初读数，然后将汽车开出10 m以外，读取终读数，两只百分表的初、终读数差之平均值即为总影响量a。

2.3 激光自动弯沉仪

自动弯沉仪的基本测试原理还是模仿贝克曼梁的工作原理，能够实现检测过程中的行驶采样、静态弯沉类，只是采用位移传感器和激光测距仪来替换百分表从而实现了自动测量，在测量的过程中，同时改变了前后测臂的长度比例，通过提前编制好的程序将所测弯沉值直接自动记录下来。自动弯沉仪主要分为2大类:从车轮后方插入测试梁，所获得的弯沉检测结果跟贝克曼梁测得的回弹弯沉基本一样;(测试梁从车轮前方插入，所测结果为总弯沉，与回弹弯沉有一定区别。在我国相关公路检测试验过程中也对自动弯沉仪所适用的技术条件和相关的操作规程进行了相应的规定，自动弯沉仪主要由测试车辆、测量机构和数据采集处理系统3部分组成。测试车辆的后轴荷载、轮胎接地压强及当量圆直径保持与贝克曼梁检测弯沉中相同的操作规程。但有所不同的是车辆的轴距和测梁的长度要根据试验条件进行适当的调整。测臂长度一般在1.5～2.4 m范围之间。车辆的行驶速度要控制在大约3 km/h，要保证速度的稳定，具体的控制系统根据事先在电脑中设定好的工作程序通过相关光电传输设备来自动自动操作下部测量机构的随车行走测量。数据采集系统能够通过位移、温度和距离等各种传感器连续自动采集单侧或双侧测点的静态弯沉峰值、弯沉盆以及温度和距离等信号，信号经过传输之后可以实时在电脑屏幕进行显示也可以进行实时存储。

自动弯沉仪采用的测量原理跟贝克曼梁法相同，两者在数据上存在较好的相关性，但自动弯沉仪的采样频率及自动化程度高，能够公路检测人员的劳动强度。但是这类设备的机械和电控系统较为复杂，对操作人员的技术素质提出了较高的要求，同时设备的采购及后期的养护维修价格也相对较高。但是由于自动弯沉仪所具有的高效、快捷的优点，目前已被频繁用于高等级公路需要大量采样的质量验收和大中修养护管理的检测工作中，能够实现在不封闭交通但采取必要安全措施的条件下进行高速公路的弯沉测试作业

2.4 落锤式弯沉仪

落锤式弯沉仪是目前国际上应用最广泛的路面弯沉检测方法，在美国的SHRP计划中得到了广泛的应用，同时也验证可该种测量方法的稳定性和可靠性，落锤式弯沉仪代表了目前路面弯沉检测的水平和发展方向。落锤式弯沉仪是由拖车、控制系统、信息处理系统和输出系统四部分组成的。拖车的主要作用是通过传统装置来提升或落下重锤，并产生一定的脉冲荷载作用于路面，施加的脉冲荷载接近于半正弦波，能够更好的模拟路面的正常通行状况，作用于路面的荷载大小和测得的路面弯沉能够进行精确采集，落锤式弯沉仪一般能够同时对7～9个路面不同位置处的弯沉进行同时测量，能够更加准确的反映出路面弯沉盆的实际状况。落锤式弯沉仪在实际测量过程中先将圆盘荷载和传感器放至地面，传动装置将重锤提升至设定好高度，然后自由落下，一个测点一般重复进行三次。测量结果可以在控制端实时显示。

落锤式弯沉仪能够对不同的行车荷载进行模拟，也能对荷载的作用时间进行调整，从而对不同行车速度下车辆对路面弯沉的影响进行有效的反映，落锤式弯沉仪的测设精度可以精确到1 μm，能够对不同的材料组成的道路进行有效的检测和评价，一般落锤式弯沉仪一天可以进行50 km左右的测量。落锤式弯沉仪测量结果的精度高，所以反算路面各结构层的模量具有较高的可信度。

3 路面弯沉检测方法相关性分析

3.1 试验概况

本文在试验过程中选取的公路为一条二级公路，该段公路沿线既有平原区也有山区，地下水位在3～4 m，路面设计宽度为15 m，路基设计宽度为18 m。设计行车速度为60 km/h，面层为6 cm沥青混凝土，基层为30 cm二灰级配碎石。对比分析中准备了落锤式弯沉仪一套、承载板一套和贝克曼梁两台。试验之前首先在测设路段进行大壮定点，试验过程严格按照《公路路基路面现场测试规程》进行操作。

3.2 试验结果分析

通过线性回归分析，分析贝克曼梁、承载板和落锤式弯沉仪几项试验检测数据之间的相关性。

从试验结果来看三种弯沉检测设备在路面各结构层上所测的弯沉值之间有良好的、稳定的相关性。在面层测量中只列出了贝克曼梁和落锤式弯沉仪之间的相关系数，因为贝克曼梁试验、FWD试验与承载板试验间没有发现显著的相关性，可能与沥青的粘性有关，还需要进一步进行分析和研究。

通过大量的试验数据表明落锤式弯沉仪计算得到的路基回弹模量值从总体上要大于通过承载板法和贝克曼梁法得到的基础回弹模量。贝克曼梁法和承载板法测得的弯沉值较为相近，但是两者反算之后获得的模量值却有明显的差距，这主要是由于两者之间在计算原理不同所导致的。