公路沥青路面弯沉值在耐久性评价中的应用

王辉、焦宝莉

（山东东泰工程咨询有限公司，山东 淄博 255000）

0 引言

进入21世纪，我国高速公路建设规模逐渐扩大，在给运输和日常出行带来更多便利的同时，也使得公路运营过程中路面病害问题日益凸显，高速公路沥青路面的耐久性问题逐渐引起人们的重视（图1为路面耐久性不足导致的病害）。目前对于沥青路面耐久性评价的方法有很多，但尚未形成统一的评价标准，评价方法缺乏系统性和针对性。沥青路面弯沉值一定程度上反映了沥青路面的结构强度与刚度，并且测量过程简单无损，测量数据质量高，可用于评价沥青路面的耐久性评价。但沥青路面耐久性与弯沉值的关系尚不明确，因此，对沥青路面弯沉值常用测定方法进行统计分析，研究沥青路面弯沉值与路面耐久性的关系，提出相应的耐久性评价方法，这在注重节能减排和可持续发展的今天具有积极意义。

图1 路面耐久性不足导致的病害

1 沥青路面弯沉值测试方法

沥青路面的弯沉值是指路面在荷载作用下的竖向变形，在一定程度上反映了路面结构的承载能力。实际工程中，通常对路面最大弯沉值和弯沉盆曲率半径进行测定。其中路面最大弯沉值可以用来评价由竖向变形造成的路面结构破坏；路面弯沉盆曲率半径可以用来评价结构层破坏引起的路面破坏。目前，常用的沥青路面弯沉测定主要有以下几种方法。

一是贝克曼梁法。贝克曼梁法是指利用杠杆原理制成的弯沉仪对沥青路面弯沉值进行测定的一种方法（见图2）。贝克曼梁法作为最基本的路面弯沉检验手段，在我国应用十分广泛。但贝克曼梁法在测定过程中采用后退法测量，需要驾驶员具备较好的驾驶技术。另外，贝克曼梁法作为人工测定方法，其工作量大、测定效率低、测定数据精确度较差，且采用此方法测得的弯沉值是静态弯沉值，仅代表静止状态下路面的弯沉特性，不能反映沥青路面在车辆运行作用下的承载力特性。

图2 贝克曼梁法测定基层弯沉值

二是自动弯沉仪法。自动弯沉仪的测量原理与贝克曼梁法相同，只是将贝克曼梁法中的百分表换成位移传感器。采用自动弯沉仪进行路面弯沉值的测量大大降低了测量人员的工作量，提高了测量效率，由于测量过程中车辆行驶速度较慢，测得的弯沉值近似于静态弯沉值。

三是落锤式弯沉仪法。落锤式弯沉仪 (FWD) 法是指利用标准重量的重锤对沥青路面施加冲击荷载，使沥青路面在冲击荷载的作用下产生变形，通过传感器对冲击荷载形成的弯沉盆各部位的变形进行采集的一种沥青路面弯沉测量方法。

落锤式弯沉仪（见图3）的动态加载可以很好地对车辆动态行驶过程进行模拟，测得的弯沉值为动态弯沉值，更加切合实际；测试结果还可以换算为回弹弯沉值来评价沥青路面的承载能力，也可以用于沥青路面结构空洞的检测。但是此弯沉测定方法只能对沥青路面某一点的弯沉值进行测量，数据较为离散，只能反映某一点的路面弯沉特性。

图3 落锤式弯沉仪

四是稳态动力弯沉仪法。稳态动力弯沉仪法是指对沥青路面施加外部荷载后，利用振动发生设备按照一定的频率对路面施加正弦荷载，通过布置于路面的传感器对沥青路面因荷载产生的弯沉量进行采集的一种路面弯沉值测量方法。采用稳态动力弯沉仪对沥青路面的弯沉值进行测量，数据精度高、测量速度快、不需要设置参考点，每一次测量可以得出多个弯沉值。但是为防止测量过程中设备在动荷载的作用下跳离路面，需要对路面施加较大的静载，这一过程改变了路面的力学性能。另外，与车辆实际荷载相比，施加的动荷载偏小，无法准确模拟路面在车辆荷载作用下的弯沉变形。

五是滚轮式弯沉仪法。滚轮式弯沉仪（RWD）法是指在轮式结构上安装高精度激光扫描装置，在行驶过程中对沥青路面产生的弯沉变形进行连续扫描测量，通过数据分析软件计算沥青路面弯沉值以及弯沉盆相关数据。滚轮式弯沉仪可以对沥青路面实际受力状态下的变形进行测量，而且其测量速度高于落锤式弯沉仪法，对于道路行车影响较小。

2 沥青路面耐久性与弯沉值的关系

2.1 沥青路面耐久性评价方法

沥青路面耐久性评价是公路养护运营中的重要环节。耐久性评价是指通过沥青路面各项性能指标或者综合性指标对其实际路用性能进行评价，为公路运营养护决策提供依据，有利于提高公路运营水平、减少道路养护成本。当前沥青路面耐久性评价方法有很多，通常从沥青路面的水稳定性、高温稳定性等方面入手。

在沥青路面水稳定性分析方面，实际工程常采用马歇尔浸水试验对不同因素下的相关指标进行测定，并通过正交分析法对测得的数据进行分析。采用该方法进行路面耐久性评价时需要现场采样，试验周期较长；且试验过程中仅对采样点处的相关指标进行测定，数据的代表性较差。

在沥青路面高温稳定性研究方面，实际工程常通过车辙预估模型对沥青路面车辙深度、有效作用次数等指标进行计算，并以上述指标为依据进行路面耐久性评价。该方法能够根据相关资料对沥青的耐久性进行预测，但其结果受模型参数取值的影响较大。

2.2 沥青路面弯沉值与其他耐久性评价方法

沥青路面弯沉值反映了路面的承载能力，其数值大小受到路基强度、道路基层模量、道路面层模量等因素的影响。道路基层与面层的强度是评价道路路用性能的重要指标，在一定程度上可以用来评价沥青路面耐久性；与其他评价方法相比，路面弯沉值的测量还具有过程简单、数据质量高、无损检测等优点。因此，探究实际工程中沥青路面弯沉值随时间的变化规律，对于减少公路运营养护成本，提高公路运营水平具有积极意义。

3 工程实例研究

3.1 工程概况

基于山东省部分高速公路实际运营情况进行了研究，该省高速公路车流量较大，在长期车辆荷载的作用下，沥青路面出现了不同程度的病害。为研究沥青路面弯沉值与耐久性关系，为沥青路面长期路用性能评价提供方法，对该省部分高速公路定检中沥青路面弯沉值及其运营年限等信息进行了收集调查，得到表1中的数据。

表1 沥青路面弯沉值检测表

3.2 沥青路面弯沉值数据分析

沥青路面弯沉值既能够反映该段道路各个结构层的整体强度，还能一定程度上反映该段路面的刚度。将各高速公路不同时期路面弯沉值进行分析，得到路面弯沉值随运营年限的变化图（见图4）。

图4 路面弯沉值随运营年限变化图

由图4可知，在高速通车运营1年后，在车辆荷载的反复作用下，沥青路面各结构层密实度增加，此时沥青路面受到外界环境的影响也较小，弯沉值相对稳定。随着运营时间的增长，沥青路面在降水、日照、温度等外界因素的作用下逐渐产生老化现象，沥青的黏结能力降低，降水逐渐渗入路面结构内部，该阶段沥青路面弯沉值持续增加，对于大孔隙沥青路面，因其受到外界降水等因素的影响较大，其弯沉值变化更为明显，说明其耐久性低于普通密实级配沥青混凝土路面。公路运营2～5年期间，沥青路面弯沉值随时间变化曲线斜率较大，这表明在外界环境因素以及车辆荷载的作用下，沥青路面逐渐产生了一定的病害，导致该阶段路面弯沉值变化较大。当公路运营时间超过5年后，沥青路面进入大修期，此阶段路面弯沉值的增加趋势趋于稳定。

3.3 弯沉值在沥青路面耐久性评价中的应用

根据上述研究可知，沥青路面的弯沉值能够一定程度上反映沥青路面的路用性能。在道路运营期间，应定时对路面弯沉值进行测量，对比不同时期的沥青路面弯沉值的变化，当路面弯沉值出现增高趋势时，说明在外界因素的影响下沥青路面路用性能及耐久性有所下降，应采取相关手段对路面进行处理；若沥青路面的弯沉值与上一阶段相比没有明显变化，则可以适当推迟路面养护或大中修的期限。

4 结论

我国前期建造的高速公路已进入大修期，沥青路面的耐久性问题逐渐引起了人们的重视。目前对于沥青路面耐久性的评价方法很多，但是对于沥青路面弯沉值与耐久性的关系研究较为欠缺。本文对沥青路面弯沉值常用的弯沉值测定方法及其优缺点进行了分析，并结合实际工程对沥青路面弯沉值在耐久性评价中的应用展开研究，主要得出以下结论。

一是工程中通常从沥青路面的水稳定性、高温稳定性等方面入手对路面耐久性进行评价，但上述方法存在试验周期较长、数据代表性较差、结果可靠性较低等缺点。

二是沥青路面弯沉值大小受到路基强度、道路基层模量、道路面层模量等因素的影响，在一定程度上可以反映沥青路面的承载能力。因此，随着运营时间的变化，沥青路面弯沉值也会发生变化，可以将弯沉值作为沥青路面耐久性的评价指标。

三是沥青路面建成初期，其路面结构处于强度上升阶段，路面弯沉值与道路建成期相比变化不大。随着运营时间增长，路面弯沉值会持续增长，对于不同类型路面结构，其弯沉值增长的速度不同，大孔隙结构路面相对于密实级配结构路面弯沉值增长更快。随着沥青路面大中修的进行，沥青路面弯沉值变化趋于平稳。

四是道路运营过程中，按时对沥青路面弯沉值进行测量：当路面弯沉值与上一阶段相比存在上升趋势时，应及时进行道路的养护与维修；若沥青路面弯沉值与上一阶段相比变化不大，可以适当推迟路面养护维修时间。