落錘彎沉與回彈彎沉的數(shù)值關(guān)系探討

孫力虹

(張家口城投路橋工程有限公司)

1 概 述

FWD(落錘式彎沉儀)是目前國際上先進(jìn)的路面強(qiáng)度無損檢測設(shè)備之一。落錘式彎沉儀測定路面的動態(tài)彎沉,能夠利用測得的彎沉盆反算路面結(jié)構(gòu)層的模量,為路面使用狀況的評定提供依據(jù)。另外,FWD在水泥混凝土路面板底脫空、接縫傳荷能力評定及剛性路面基層頂面當(dāng)量回彈模量的測試中也得到日益廣泛的應(yīng)用。

我國現(xiàn)行的路面彎沉常規(guī)檢測手段采用的是貝克曼梁法,基本原理是杠桿原理。在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下,路基或路面表面輪隙位置產(chǎn)生的垂直變形值(回彈彎沉),利用黃河載重汽車加載,人工讀取百分表的讀數(shù),以此來測量路基或路面表面的回彈彎沉值。

落錘式彎沉儀的工作原理是落錘式彎沉儀通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制下的液壓系統(tǒng)啟動落錘裝置,使一定質(zhì)量的落錘從一定高度自由落下,沖擊力作用于承載板上并傳遞到路面,從而對路面施加脈沖荷載,導(dǎo)致路面表面產(chǎn)生瞬時(shí)變形,分布于距測點(diǎn)不同距離的傳感器檢測結(jié)構(gòu)層表面的變形,記錄系統(tǒng)將信號傳輸至計(jì)算機(jī),即測定在動態(tài)荷載作用下產(chǎn)生的動態(tài)彎沉及彎沉盆。測試數(shù)據(jù)可用于反算路面結(jié)構(gòu)層模量,從而比較科學(xué)地評價(jià)路面的承載能力。

回彈彎沉和落錘彎沉在現(xiàn)行檢測規(guī)程中都可以采用,采用落錘式彎沉?xí)r,需對比兩者之間的關(guān)系,從而確定檢測結(jié)果。為了探討瀝青路面落錘彎沉與回彈彎沉之間的關(guān)系,2008年對張家口東商線、京化高速公路的瀝青混凝土路面分別進(jìn)行路面回彈彎沉與落錘彎沉的測試,二次測試中回彈彎沉測試采用 5.4m貝克曼梁,落錘彎沉采用 Dynatest8002型落錘式彎沉儀。通過測試數(shù)據(jù)分析,找出兩種測試方法檢測結(jié)果的相關(guān)性,得到兩者數(shù)值的規(guī)律性。

2 試驗(yàn)方法

在進(jìn)行回彈彎沉與落錘彎沉的對比試驗(yàn)時(shí),二條公路回彈彎沉檢測車均采用 BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)車。BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)車滿足《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》的要求,并采用 5.4m貝克曼梁。測試時(shí),回彈彎沉檢測車在前,FWD彎沉車緊隨其后,對于橋涵等構(gòu)造物范圍內(nèi)的路面鋪裝不進(jìn)行檢測。貝克曼梁每測一點(diǎn)后,立即用自噴漆對測點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記?；貜棌澇翙z測車駛離后,FWD緊隨其后對點(diǎn)測試落錘彎沉值。一般每 50m取一測點(diǎn)。選取路段詳見表 1。

表 1 每條公路選取的對比試驗(yàn)路段及路段的路面結(jié)構(gòu)

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 落錘彎沉與回彈彎沉的大小關(guān)系

從理論分析而言,對于同一路面總彎沉即為落錘彎沉值比回彈彎沉值要大。但對大量的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)落錘彎沉值與回彈彎沉值之間沒有上述理論所推的明顯規(guī)律,因此這里通過數(shù)據(jù)分析進(jìn)行驗(yàn)證。對于測試所得數(shù)據(jù),首先根據(jù)規(guī)程要求剔除異常值,然后對回彈彎沉(L)與落錘彎沉儀承載板中心彎沉(LD)進(jìn)行數(shù)值大小比較。

在省道東商線對比試驗(yàn)中,測得84組有效彎沉數(shù)據(jù),其中LD＞L的 83組,LD＜L的 1組,LD＞L點(diǎn)數(shù)占總點(diǎn)數(shù)的 98.8%。

對于京化高速公路,把各組的LD與 L按L從小到大的順序排列分組,并統(tǒng)計(jì)點(diǎn)數(shù)占總點(diǎn)數(shù)的比例。其中 LD＞L,的點(diǎn)數(shù)占總點(diǎn)數(shù)的 64.1%;LD≤L的點(diǎn)數(shù)占檢測總點(diǎn)數(shù)的35.9%。從表 2可以看出,京化高速的 LD與 L值大小關(guān)系與省道東商線具有不同的規(guī)律性,即落錘彎沉并不一定總是大于回彈彎沉,京化高速的LD與L值表現(xiàn)出了這樣的一個(gè)趨勢:隨著 L值的增大,對應(yīng)測試點(diǎn) LD值雖然也是逐漸增大的,但是LD增大的幅度相對于L逐漸增大的幅度是逐漸變小的。當(dāng)路面回彈彎沉值較小分布在一定范圍內(nèi)時(shí),LD值一般大于 L值,但是隨著路面回彈彎沉值的增大,這種關(guān)系越來越不明顯。從表 2可以看出LD-L的差值隨著 L增大由正值逐漸變化為負(fù)值,呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢。比較清楚地反映出了二種路面結(jié)構(gòu)LD與L的大小關(guān)系變化規(guī)律。

表 2 京化高速公路LD與 L的大小比較統(tǒng)計(jì)表

續(xù)表2

省道東商線檢測結(jié)果,基本上全線 LD＞L。但測值并沒有明顯的變化規(guī)律,但是京化高速 LD-L值則變化趨勢比較明顯,即隨著 L值的增大LD-L值逐漸變小,并最終由正值變?yōu)樨?fù)值。因此得出以下結(jié)論,不同的瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu),對靜態(tài)荷載和動態(tài)荷載的響應(yīng)規(guī)律不同,對于某些瀝青路面結(jié)構(gòu)來說,相同或相似的路面結(jié)構(gòu)對靜態(tài)荷載和動態(tài)荷載的響應(yīng)具有一定的規(guī)律性,這種規(guī)律不是一成不變的固定的數(shù)量關(guān)系,而是一種相近的變化趨勢。

3.2 落錘彎沉與回彈彎沉的相關(guān)性

在分析LD與 L間的相關(guān)關(guān)系時(shí),只采用剔除異常值后的點(diǎn)彎沉值。對于省道東商線,選取了 5個(gè)路段進(jìn)行對比試驗(yàn),各路段的相關(guān)方程及相關(guān)系數(shù)見表 3。

表 3 省道東商線LD與L之間的相關(guān)性

從表 3可以看出,K1+000～K 2+000段落錘彎沉與回彈彎沉的相關(guān)系數(shù)太小,按保證率 99%要求,相關(guān)系數(shù)臨界值0.798。表明LD與 L之間不是線性相關(guān)。其余路段相關(guān)性相當(dāng)好,把這 5個(gè)路段的彎沉數(shù)據(jù)進(jìn)行合并得到全部對比路段 LD與L的相關(guān)方程為 L=0.685 2LD-3.3857,r=0.922 1,見圖 1。

圖 1 東商線省道落錘彎沉與回彈彎沉的相關(guān)性散點(diǎn)圖

在京化高速公路,對 4個(gè)路段的行車道與硬路肩進(jìn)行了FWD與貝克曼梁的對比試驗(yàn)?？傮w來說LD與 L的相關(guān)性也是可以的,部分路段 LD與 L的相關(guān)系數(shù)有些偏低。這可能與檢測時(shí)彎沉值受行車荷載干擾有關(guān),最后把四個(gè)路段行車道與硬路肩的檢測數(shù)據(jù)全部合在一起其相關(guān)方程為

從以上二條公路 LD與 L相關(guān)性分析可以看出,LD與L具有較好的相關(guān)性,而且二條公路LD與L的相關(guān)性具有一個(gè)共同的特點(diǎn),就是同一條公路每個(gè)對比路段的測試數(shù)據(jù)合起來以后,LD與 L的相關(guān)性均比單個(gè)路段的相關(guān)性要好。其前提條件是每條公路各對比路段的結(jié)構(gòu)是相同或基本相同的。

4 結(jié) 論

對于一條道路的同一次檢測,落錘彎沉值不一定總比回彈彎沉值大,也不一定總比回彈彎沉值小。根據(jù)對文中二條道路檢測結(jié)果的分析,在路面結(jié)構(gòu)相同或相似的情況下,對于某些路面結(jié)構(gòu)類型,二者的大小關(guān)系具有一定的規(guī)律性。即隨著路面彎沉的增大,落錘彎沉的增大幅度相對于回彈彎沉的增大幅度逐漸變小。

落錘彎沉與回彈彎沉之間有較好的相關(guān)性。在對LD與L回歸的過程中,也采用了多項(xiàng)式進(jìn)行回歸,計(jì)算表明采用多項(xiàng)式進(jìn)行回歸稍好于線性回歸,且多項(xiàng)式的次數(shù)越高,相關(guān)系數(shù)就越高。但是鑒于多項(xiàng)式回歸相對于線性回歸相關(guān)系數(shù)的提高很微小,且增大了計(jì)算的復(fù)雜性,因此采用線性回歸的方法。

在進(jìn)行對比試驗(yàn)時(shí),落錘彎沉的精度一般為 0.001mm,而回彈彎沉一般用百分表讀數(shù),精度為 0.01mm。對于新建的高等級路面結(jié)構(gòu)其彎沉值可能很小,一個(gè)路段的落錘彎沉均有明顯的變化,但回彈彎沉值可能沒有多少改變。因此,這種情況可以用千分表讀數(shù),更利于數(shù)據(jù)分析。

[1] 公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)(JTG F80/1-2004)[S].北京:人民交通出版社 .

[2] 公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程(JTJ059-95).