貝克曼梁測定路面彎沉的工程應(yīng)用

任小艷(1.蘭州交通大學(xué);2.甘肅交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

1 前言

我國《瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》將標(biāo)準(zhǔn)車兩輪輪隙間的回彈彎沉作為路面設(shè)計(jì)中厚度計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，同時(shí)公路養(yǎng)護(hù)規(guī)范明確要求，我國高速公路每年都要檢測一次彎沉，以了解路面承載能力情況。因此路面回彈彎沉的檢測工作顯得尤為重要。貝克曼梁法以其操作、實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡單在我國應(yīng)用成熟，被確定為標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)。

2 貝克曼梁工作原理

貝克曼梁法利用杠桿原理制成杠桿式彎沉儀測定輪隙彎沉，由貝克曼梁、百分表及表架組成。貝克曼梁由合金鋁制成，上有水準(zhǔn)泡，其前臂(接觸地面)與后臂(裝百分表)長度比為2∶1。彎沉儀長度有兩種，分別是3.6 m和5.4 m。當(dāng)在半剛性基層、瀝青混凝土或水泥混凝土路面上測定時(shí)，宜采用長5.4 m的貝克曼梁;對柔性基層瀝青路面或混合式結(jié)構(gòu)瀝青路面可采用3.6m貝克曼梁，但應(yīng)進(jìn)行支點(diǎn)修正。

表1 貝克曼梁法測定彎沉?xí)r的參數(shù)指標(biāo)

3 工程應(yīng)用中常見問題及分析

由于貝克曼梁法測定路面回彈彎沉在我國應(yīng)用已久，已取得成熟的經(jīng)驗(yàn)，但實(shí)際工程中由于試驗(yàn)人員素質(zhì)參差不齊，對規(guī)范的理解和掌握差別較大等原因，該方法測定的路面回彈彎沉的準(zhǔn)確度和精度很難得到保證，主要現(xiàn)象及原因分析如下。

(1)選點(diǎn)代表性不足。選點(diǎn)位置沒有代表性，試驗(yàn)選點(diǎn)并沒有按照數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行隨機(jī)取樣，而是隨意選點(diǎn)，選點(diǎn)位置主觀性大，失去了試驗(yàn)點(diǎn)的代表意義;其次是選點(diǎn)數(shù)量不足，不能保證試驗(yàn)的頻率要求，數(shù)據(jù)過少試驗(yàn)結(jié)果變異系數(shù)偏大，根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法確定，為滿足95%的保證率，要求彎沉檢測率不得低于每公里每車道80個(gè)點(diǎn)。

(2)測試車不標(biāo)準(zhǔn)。工程試驗(yàn)選定測試車時(shí)，主要注重車型與規(guī)范一致，后軸為單軸雙輪組。事實(shí)上，該試驗(yàn)對測試車的要求是相當(dāng)嚴(yán)格和細(xì)致的。如后輪間隙必須足夠以保證貝克曼梁測頭能夠自由深入，車輪間隙過小，在車輛緩緩前進(jìn)過程中測頭會受到碰撞，通過靈敏的百分表就會有比較大的讀數(shù)差異。標(biāo)準(zhǔn)車BZZ-100，同時(shí)規(guī)定了車輛后軸重，更重要的是根據(jù)表1應(yīng)滿足壓強(qiáng)要求，實(shí)際工程中，實(shí)驗(yàn)測試車主要為工地運(yùn)料車，通過車身裝滿工程材料等物滿足車軸重100 kN的要求，但往往忽略了壓強(qiáng)的測試，沒有具體測試輪胎的實(shí)際接地面積并通過改變輪胎的充其量、更換輪胎等方式滿足壓強(qiáng)達(dá)到0.70 MPa的規(guī)定。輪胎的類型、輪胎的花紋、輪胎的層級等對試驗(yàn)結(jié)果都有一定的影響。

(3)百分表倒轉(zhuǎn)。貝克曼梁法通過測試車緩緩前進(jìn)擬測定路面在靜態(tài)荷載作用下的回彈彎沉。測試車在前進(jìn)過程中對測試點(diǎn)產(chǎn)生最大的彎沉量，隨著測試車遠(yuǎn)離測試點(diǎn)，彎沉量逐漸降低直至不變，通過最大彎沉與參與變形的計(jì)算確定路面的回彈彎沉。根據(jù)分析正確的測試現(xiàn)象應(yīng)該是百分表先順時(shí)針增大后逆時(shí)針減小直到最初讀數(shù)。實(shí)際工程中的常見現(xiàn)象主要有百分表倒轉(zhuǎn)，說明沒有彎沉增大的變化過程，即測試車停放位置比測試點(diǎn)靠前，測試車只有遠(yuǎn)離測點(diǎn)的過程，正確的停車位置應(yīng)在測點(diǎn)后方3～5 cm。另一種現(xiàn)象是百分表有增大有減小，但是百分表的終讀數(shù)小于初讀數(shù)，通過多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，此類現(xiàn)象發(fā)生原因是①百分表靈敏度不足影響試驗(yàn)結(jié)果;②百分表的測試面不平，百分表所測點(diǎn)位置發(fā)生變化;③測試車后輪間隙太小，測試車輪胎前進(jìn)過程中碰撞貝克曼梁，測點(diǎn)位置發(fā)生變化等情況。

(4)試驗(yàn)操作不規(guī)范。受到公路施工工期的影響，路面彎沉不能滿足在竣工后第一個(gè)不利季節(jié)測試的時(shí)間要求，所以大部分工程試驗(yàn)的條件是不標(biāo)準(zhǔn)的。對于瀝青路面，當(dāng)路面厚度超過5 cm時(shí)必須進(jìn)行溫度修正，如果沒有在不利季節(jié)試驗(yàn)還應(yīng)進(jìn)行季節(jié)的修正。實(shí)踐中，部分試驗(yàn)人員也進(jìn)行了實(shí)測溫度的測定進(jìn)行溫度修正，但必須指出的是溫度修正時(shí)不應(yīng)只測定試驗(yàn)時(shí)的路表溫度，尤其在大氣溫度發(fā)生突然變化時(shí)，路表溫度與路面整個(gè)結(jié)構(gòu)溫度差異最大，通常需要用路表以下25 mm深度溫度、結(jié)構(gòu)層1/2深度溫度、結(jié)構(gòu)層層底溫度以及試驗(yàn)前5 d的平均溫度進(jìn)行溫度修正。

隨著交通荷載不斷的重型化，我國瀝青路面設(shè)計(jì)時(shí)考慮車輛對路面產(chǎn)生的彎沉盆半徑為3 m。所以未能采用5.4 m貝克曼梁試驗(yàn)的結(jié)果要進(jìn)行支點(diǎn)修正，為了減小支點(diǎn)修正過程中產(chǎn)生的新誤差，所以有條件的盡可能采用5.4 m貝克曼梁進(jìn)行試驗(yàn)，以保證試驗(yàn)精度。

(5)數(shù)據(jù)處理不正確。對于彎沉的檢測數(shù)據(jù)應(yīng)采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行處理，以便對路面整體承載能力做出準(zhǔn)確的判斷。路面回彈彎沉代表值反映了路面的整體質(zhì)量，當(dāng)彎沉代表值不符合要求時(shí)，不能盲目進(jìn)行全面返工以造成不必要的工程浪費(fèi)，應(yīng)根據(jù)拉依達(dá)法對可疑數(shù)據(jù)進(jìn)行舍棄，重新計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。對舍棄的彎沉值大于+(2～3)S的點(diǎn)應(yīng)找出其周圍界限，進(jìn)行局部處理。

(6)試驗(yàn)人員責(zé)任心和職業(yè)素質(zhì)不足。貝克曼梁法測定路面回彈彎沉方法簡單，易于操作，但速度較慢，試驗(yàn)頻率要求高，工程試驗(yàn)人員易不認(rèn)真、不重視，對試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題又不會進(jìn)行及時(shí)分析改正，按照習(xí)慣以為有測試結(jié)果就行，忽略試驗(yàn)的規(guī)范性和精度要求。

4 結(jié)論

貝克曼梁法測定路面回彈彎沉已被應(yīng)用于公路施工、竣工驗(yàn)收、養(yǎng)護(hù)管理各個(gè)施工環(huán)節(jié)，路面貝克曼梁法測定路面彎沉雖然操作簡單，易于操作，但只有規(guī)范操作，正確領(lǐng)會試驗(yàn)規(guī)程要點(diǎn)才能準(zhǔn)確反映路面整體承載能力。

[1]費(fèi)月英，任小艷.公路工程檢測技術(shù)[M］.成都:西南交通大學(xué)出版社，2011.

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