公路路基路面检测中的回弹弯沉检测技术

2020-12-29李舒海

四川建材 2020年12期

李舒海

(健研检测集团有限公司，福建厦门 361000)

1 工程概况

本工程为福建省国省道干线纵二线紫帽塘头至磁灶井边段的改造工程，路线起于晋江市紫帽镇塘头村泉三高速与324国道交叉处，项目建设标准为一级公路，设计速度60 km/h，主车道采用双向八车道，行车道宽度31 m，辅道设计速度40 km/h，行车道宽度10 m，桩号范围：K201+780～K205+781.216，路线全长4.001 km。

主车道路面结构为：上面层4cm细粒式改性沥青混凝土(AC-13C)+中面层6 cm中粒式改性沥青混凝土(AC-20C)+下面层粗粒式沥青混凝土(AC-25C)；辅道路面结构为：上面层4 cm细粒式改性沥青混凝土(AC-13C)+下面层6 cm中粒式改性沥青混凝土(AC-20C)；桥面结构为：上面层4 cm细粒式改性沥青混凝土(AC-13C)+下面层6 cm中粒式改性沥青混凝土(AC-20C)。全线共设桥梁2座，其中大桥425 m/1座，中桥65 m/1座，主线共设涵洞4道，均为混凝土箱涵。

2 回弹弯沉检测技术的定义

回弹弯沉检测技术是具体基于某一参数值进行计算分析，规定以0.01 cm为计算单位，在公路路基路面检测中以标准轴载的外作用力为基准，检测公路路基和路面所构成的表面缝隙位置产生的总体垂直变形值、垂直回弹值[1]。换句话说，回弹弯沉检测技术在公路路基路面检测时，既可以高效检测出路基路面的强度和刚度，又可以检测公路的使用情况，并通过更改回弹弯沉值延长公路的使用年限。若回弹弯沉的检测值高于标准值，则表明公路路面发生变形的可能性较大，且公路的抗疲劳性能较弱，对应就无法承重荷载大的车辆；若回弹弯沉的检测值低于标准值，则表明公路路面发生变形的可能性较小，且公路的抗疲劳性能较高，其能够承重荷载大的车辆，其使用寿命也对应延长。

3 常见的公路路基路面回弹弯沉检测方法

3.1 贝克曼梁法

贝克曼梁法是通过载重车辆实现对路面的加载，在加载过程中借助百分表准确记录其回弹弯沉值，该方法适用于各种类型公路的路基路面检测，能够精确测量公路的整体承重效能，此外适用于路面结构设计。贝克曼梁法的工作原理主要是：将测定梁的一端放置在载重车辆后轴的双轮轮隙前方约12 cm的测点位置，之后在测定梁身的1/3处利用支点将其放在底座部位，在测定梁的另一端设立百分表，进而测定梁端头的升降值。在车辆行进过程中，实时记录百分表的最大读数；等待车辆驶离路面之后，再准确记录百分表的读数，这二者之间的百分表差值就是回弹弯沉值。

其中，静载贝克曼梁法检测出来的是静弯沉值，也就是说当车辆的轮载、行驶速度和轮胎加压时间均符合设计标准，此时测量出来的最大弯沉值[2]。需要注意的是，要稍微改正测量出来的弯沉值，并对弯沉仪的支点变形和温度进行改正，舍去弯沉值过大的测点。

3.2 自动弯沉仪

自动弯沉仪所测量出来的弯沉值为静力弯沉，且该方法是以贝克曼梁方法为参考，其适用于各种类型的路基、路面弯沉值检测，其主要是通过在测定车辆的前后轴之间的底盘处设立弯沉值测定梁。

自动弯沉仪的测量原理为：在正式测量之前，对自动弯沉仪进行调整记录，保障A/D转换板和位移传感器的精准度符合设计标准；在测量的过程中，要将原本处于测得车辆前后轴之间的测定梁放置在测定车辆的底盘前方，伴随着测定车辆的前进，位移传感器和A/D转换板等装置会自动检测记录出该测点测定车辆的弯沉值；测定车辆继续行驶，测定梁会被拉至下一测点，会继续测定出此处的弯沉值，最终数值可由计算机准确输出并处理。自动弯沉仪收集到的数据包括节点值、弯沉值以及弯沉盆值，这些数据均会以文本形式在计算机内保存[3]。在计算机中输入相关信息、参数或指令之后，会在屏幕上显示路面路基左右两处的弯沉峰值柱形图、温度、距离以及峰值大小；同时还会显示出弯沉盆图形，进而计算出其曲率半径，对所有的数据进行整理可得出测定值的平均值、标准差以及弯沉值。自动弯沉仪测定出的弯沉属于总弯沉，贝克曼梁法测定出的弯沉是回弹弯沉，对二者数据展开对比分析，可得出总弯沉和回弹弯沉的关系表达式，若将总弯沉换算为回弹弯沉，会更有利于测定路基、路面的强度和刚度。

3.3 稳态动力弯沉仪

稳态动力弯沉仪是借助动荷载发生器对公路路基路面赋予一个相同频率的周期性动荷载，且顺着荷载轴线设置速度传感器，注意传感器的间隔距离一致，最终获得动弯沉盆曲线图。在实际公路路基路面检测中，使用到的稳态动力弯沉仪主要分为两种，一种是轻型动力弯沉仪，其施加的动荷载值约为6 kN，另外一种是重型动力弯沉仪，其施加的动荷载值约为155 kN。

和上述贝克曼梁法、自动弯沉仪不同的是，稳态动力弯沉仪具备准确度高、测量速率高等优势，不足之处在于其施加的动荷载过小，无法准确表现实际车辆的行车轮载值。

4 回弹弯沉检测的试验方法和步骤

依据本工程特点和回弹弯沉检测效果，施工单位选取贝克曼梁法检测具体的路基路面。

4.1 测试设备与仪器

1)标准车。标准轴载参数见表1。

表1 标准轴载参数

2)弯沉仪。如图1所示，该设备主要构件包括贝克曼梁、百分表和表架，其中贝克曼梁的材质属于铝合金，贝克曼梁上方设有水准泡，其前臂的长度是后臂长度的2倍，需要注意前臂接触路面，后臂上安装着百分表。弯沉仪的长度分为两种：第一种长度为3.6 m，其前后臂的长度依次是2.4 m和1.2 m；第二种长度为5.4 m，其前后臂的长度依次是3.6 m和1.8 m。针对水泥混凝土路面、半刚性基层沥青路面回弹弯沉测定时，选取的是第二种弯沉仪，同时选取BZZ-100标准车。

图1 弯沉仪

3)接触式路面温度计：端部为平头，分度要<1℃。

4)其他：皮尺、口哨、白油漆或粉笔、指挥旗等。

4.2 试验方法与步骤

4.2.1 前期准备工作

1)对测定车辆进行全面检测，检测其车身、刹车以及其他指标是否良好，特别是要求测定车辆的轮胎内胎满足设计的充气压力。

2)可向测定车辆的车厢内装填铁块等重量级物品，并准确测量和记录车辆前后轴的总质量，要求前后轴都符合轴重标准，注意测定车辆行进过程中轴重始终保持不变。

3)测量测定车辆轮胎的接地面积大小。若路面为规整的硬质路面，可借助千斤顶将测定车辆后轴拉起，然后在轮胎下处铺设一张复写纸，再缓慢下落千斤顶，复写纸上即可印出轮胎印痕，最后利用求积仪器或者数方格的形式准确计算轮胎的接地面积大小，要求面积精确至0.1 cm2。

4)对弯沉仪、百分表的灵敏度进行检测。

5)若在沥青路面上展开测量工作，需要借助路表温度计测定出当天的温度以及路表的温度。

6)准确记录路面建设或者加工时的使用材料、路面结构、路面厚度、施工情况以及后期养护状况。

4.2.2 测试步骤

1)在需要测试的路段提前布置测点，测点要间隔一定的距离，测点要求布置在路面行车的车道轨迹上，并用白油漆或者粉笔将测点进行标记。

2)将测定车辆的后轮轮隙对准在测点后方约5 cm处。

3)弯沉仪的安装顺序要求和测定车辆的前进方向保持一致，弯沉仪布置在车辆后轮之间的缝隙位置，测定梁不可以和轮胎发生触碰，弯沉仪的测定梁端头放置于测点上，同时在测定梁上安装百分表，百分表要进行调零，通常可轻击弯沉仪用以检测其是否稳定归零。弯沉仪可用于单侧测定，也可用于双侧同步测定。

4)工作人员发出指令之后，测定车辆缓缓行驶，百分表会伴随着路面变形程度的增加而继续向前转动，等到百分表的转动到最大值时，立即读取并准确记录数据为L1，测定车辆继续行驶，百分表的表针会反向转动，当测定车辆的弯沉值影响曲率半径后，停止继续行驶，此时百分表还不够稳定，等至其表针稳定后读取并准确记录数据为L2，切记测定车辆的行驶速度需控制为6 km/h左右。