關于路面彎沉變化規(guī)律的若干探討

廖英明

摘要：路面彎沉不僅反映路面各結構層及土基的整體強度和剛度，而且與路面的使用狀態(tài)存在一定的內在聯(lián)系。因此工程竣工前，路面彎沉作為一項重要的檢測指標，反映了路面的整體強度質量。本文從彎沉值的概念入手，分析了路面彎沉的變化規(guī)律，并進一步闡述了路面彎沉的變化規(guī)律的測試試驗。

關鍵詞：路面彎沉 變化 規(guī)律 測試

0 引言

回彈彎沉值在我國已廣泛使用且有很多的經驗及研究成果，它不僅用于路面結構的設計中，用于施工控制及施工驗收中，同時還用在舊路補強設計中，是公路工程的一個基本參數(shù)，所以正確的測試具有重要的意義。路面彎沉不僅反映路面各結構層及土基的整體強度和剛度，而且與路面的使用狀態(tài)存在一定的內在聯(lián)系。因此工程竣工前，路面彎沉作為一項重要的檢測指標，反映了路面的整體強度質量。

1 彎沉值的幾個概念

1.1 彎沉 彎沉是指在規(guī)定的標準軸載作用下，路基或路面表面輪隙位置產生的總垂直變形（總彎沉）或垂直回彈變形值（回彈彎沉），以0.01mm為單位。

1.2 設計彎沉值 根據(jù)設計年限內一個車道上預測通過的累計當量軸次、公路等級。面層和基層類型而確定的路面彎沉設計值。

1.3 竣工驗收彎沉值 竣工驗收彎沉值是檢驗路面是否達到設計要求的指標之一。當路面厚度計算以設計彎沉值為控制指標時，則驗收彎沉值應小于或等于設計彎沉值；當厚度計算以層底拉應力為控制指標時，應根據(jù)拉應力計算所得的結構厚度，重新計算路面彎沉值，該彎沉值即為竣工驗收彎沉值。

1.4 彎沉值的測試方法 彎沉值的測試方法較多，目前用的最多的是貝克曼梁法，在我國已有成熟的經驗，但由于其測試速度等因素的限制，各國都對快速連續(xù)或動態(tài)測定進行了研究，現(xiàn)在用得比較普遍的有法國洛克魯瓦式自動彎沉儀，丹麥等國家發(fā)明并幾經改進形成的落錘式彎沉儀（FWD），美國的振動彎沉儀等。

2 路面彎沉的變化規(guī)律

路表彎沉的變化，是一個多方面因素綜合作用的復雜過程。路基路面各層的材料性質、結構組成類型、壓實狀況、壓實程度、溫濕度環(huán)境、氣候條件、交通組成、檢測時的環(huán)境條件以及所使用的儀器設備及檢測人員的檢測水平等均對彎沉的大小產生很大影響。瀝青路面的表面彎沉變化過程分為三個階段。路面竣工后的前1～2年為第一階段。在這一階段，由于車輛荷載的重復碾壓，漸趨壓實，加上半剛性基層材料隨著齡期強度增長，從而導致路表彎沉將逐漸減小，大約在路面竣工后的第2年達到最小值。路面竣工后的第2年到第4年為第二階段。在這一階段，表現(xiàn)為路表彎沉的不斷增長。這是因為，一方面半剛性基層的強度增長已十分緩慢，并逐漸趨于相對穩(wěn)定狀態(tài)；另一方面，由于車輛荷載的重復作用以及水、溫度狀況的變化，加之路面混合料本身因拌和不均勻，而導致強度不均勻性等因素的影響，結構內部的微觀缺陷將因局部范圍的應力集中而擴展，并逐漸出現(xiàn)小范圍的局部破壞，從而導致路面結構整體剛度的下降，使得路表彎沉急劇增大。路面竣工3-4年后直至達到極限破壞狀態(tài)為彎沉變化的第三階段。在這一階段，路面由于各種復雜因素產生的局部強度不足的問題已充分暴露，內部缺陷附近局部區(qū)域積蓄的高密度能量也已通過缺陷的擴展而轉移，并自動實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的能量平衡，從而使得結構內部損傷的進一步發(fā)展得到抑制。

3 貝克曼梁彎沉儀路面彎沉測試

由于目前工程上廣泛使用貝克曼梁彎沉儀，故現(xiàn)著重介紹貝克曼梁彎沉儀的使用方法，從標準車、彎沉儀的選擇、溫度修正及彎沉計算等方面提出有關要點和注意事項。

3.1 標準車 標準車為雙軸、后軸每側為雙輪胎的載重汽車，其標準軸荷載、輪胎尺寸、輪胎間隙及輪胎氣壓等技術參數(shù)見表1。

測試前，應測定測試車的軸重、輪壓、輪胎接地面積，與標準車的要求相差不應超過表1規(guī)定的值。如有不符，應適當調整。

3.2 彎沉儀的選擇及彎沉儀誤差修正 彎沉儀由貝克曼梁、百分表及表架組成。彎沉儀長度有兩種：一種3.6m，前后臂分別為2.4m和1.2m；另一種加長的彎沉儀長5.4m，前后臂分別為3.6m和1.8m。當在半剛性基層瀝青路面上測定時，宜采用長度為5.4m的貝克曼梁彎沉儀，并采用BZZ-100標準車。

3.3 彎沉測試頻率 測定代表彎沉值時，應以每公里每一雙車道為一評定路段。每路段檢查80～100個點。對多車道公路必須按車道數(shù)與雙車道之比，相應增加測點數(shù)。

3.4 溫度修正 對于瀝青路面來說，彎沉強度測定是在瀝青路面上進行的，而表層區(qū)域受天氣影響變化較大，夏天瀝青路面發(fā)軟，冬天又變硬發(fā)脆。因此，如在夏天測定時，由于過硬，也會產生失真現(xiàn)象。所以，需要定出一個溫度為測定彎沉的標準狀態(tài)。

3.5 路面彎沉的計算 路面測點的回彈彎沉值：LT＝2(L1-L2)

式中LT—在路面溫度T時的回彈彎沉值，0.01mm；

L1—車輪中心臨近彎沉儀測頭時百分表的最大讀數(shù)，0.01mm；

L2—汽車駛出彎沉影響半徑后百分表的終讀數(shù)，0.01mm。

當需要進行彎沉儀支點變形修正時，路面測點的回彈彎沉值：

LT＝2(L1-L2)＋6(L3-L4)

式中L3—車輪中心臨近彎沉儀測頭時檢驗用彎沉儀的最大讀數(shù)，0.01mm；

L4—汽車駛出彎沉影響半徑后檢驗用彎沉儀的終讀數(shù)，0.01mm。

彎沉代表值是彎沉測量值的上波動界限，用下式計算：LR＝L＋ZA·S

式中LR—一個評定路段的代表彎沉，0.01mm；

L—一個評定路段內經各項修正后的各測點彎沉的平均值；

S—一個評定路段內經各項修正后的全部測點彎沉的標準差；

ZA—與保證率有關的系數(shù)，采用下列數(shù)值。

高速、一級公路ZA＝2.0

二級公路ZA＝1.645

二級以下公路ZA＝1.5

計算平均值和標準差時，應將超出L±(2～3)S的彎沉特異值舍棄。對舍棄的彎沉值過大的點，應找出其周圍界限進行處理。

測定路面彎沉還有一些其它的方法，例如：自動彎沉儀測定路面彎沉，自動彎沉儀是利用貝克曼梁測定原理快速連續(xù)測定的設備，并在標準條件下每隔一定距離連續(xù)測試路面的總彎沉及測定路段的總彎沉的平均值；落錘式彎沉儀測定路面彎沉；激光彎沉測定儀，激光彎沉測定儀是專門用來測定路面微小彎沉用的，這種微小彎沉一般在微米數(shù)量級。