水泥路面板底脫空的彎沉判別方法

任紅麗

（邢臺(tái)市邢衡高速公路管理處，河北 邢臺(tái) 054000）

0 引言

近年來(lái)，隨著彎沉的測(cè)量及其分析技術(shù)的發(fā)展，對(duì)彎沉的分析從單一的最大彎沉和靜態(tài)荷載下的彎沉發(fā)展到對(duì)整個(gè)彎沉盆和行車荷載下動(dòng)態(tài)彎沉的分析，并將局限于柔性路面意義上的彎沉概念發(fā)展到剛性路面的結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)與設(shè)計(jì)分析之中，隨之衍生出采用彎沉儀檢測(cè)評(píng)價(jià)剛性路面板底脫空判別方法。

1 基于靜彎沉的板底脫空判別方法

1.1 單一彎沉值法

當(dāng)車輛行駛在水泥混凝土面層板上時(shí)，路面板受行車荷載作用會(huì)產(chǎn)生彎沉變形，因無(wú)脫空的路面板和存在脫空的路面板受力狀態(tài)不同，故兩種狀態(tài)的路面板產(chǎn)生的應(yīng)力及應(yīng)變不同，即存在脫空的路面板應(yīng)力及應(yīng)變較大，而應(yīng)變采用彎沉指標(biāo)容易檢測(cè)，方便比較。所以采用單一彎沉值作為評(píng)價(jià)指標(biāo)判定板底脫空基于如下原理：以一定荷載作用下的彎沉值作為判別指標(biāo)建立脫空判別標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)路面板實(shí)測(cè)彎沉大于該標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，認(rèn)為存在板底脫空，否則認(rèn)為不存在板底脫空[1，2]。

在《美國(guó)路面修復(fù)手冊(cè)》中規(guī)定，凡彎沉值超過(guò)0.635mm的水泥混凝土路面板應(yīng)確定為脫空板塊。我國(guó)《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTJ073.1-2001）采用標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下0.2mm彎沉值作為脫空判別標(biāo)準(zhǔn)。

同濟(jì)大學(xué)通過(guò)對(duì)上海地區(qū)水泥混凝土路面實(shí)測(cè)彎沉數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析認(rèn)為當(dāng)路面板厚為22cm時(shí)，如果板邊彎沉小于0.18mm，則路面板無(wú)脫空；如果板邊彎沉在0.18～0.30mm之間，路面板可能脫空；如果板邊彎沉大于0.30mm，路面板明顯脫空[3]。

隨著對(duì)路面板底脫空研究的增加和深入，國(guó)內(nèi)外學(xué)者逐漸發(fā)現(xiàn)采用單一彎沉值作為脫空判別指標(biāo)過(guò)于理想化，是不合適的，主要是彎沉值受水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)形式、實(shí)際狀況等因素的影響存在不同[4,5]，不同使用情況下均采用同一個(gè)彎沉值作為脫空判別標(biāo)準(zhǔn)顯然不合理；另外，彎沉實(shí)測(cè)值受環(huán)境因素、人為因素、設(shè)備因素等影響產(chǎn)生差異，進(jìn)而影響結(jié)果。

1.2 相鄰板角彎沉差法

由路面板底脫空演化模型及機(jī)理結(jié)合大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知，板底脫空較早發(fā)生于路面板角位置。采用相鄰板角彎沉差判別指標(biāo)基本可以消除因檢測(cè)工作環(huán)境、檢測(cè)人員水平、檢測(cè)設(shè)備精度等因素引起的實(shí)測(cè)誤差。美國(guó)瀝青混凝土加鋪層設(shè)計(jì)手冊(cè)采用40kN軸載作用下相鄰板角靜彎沉差0.05mm作為脫空判別標(biāo)準(zhǔn)，線性換算為我國(guó)100kN標(biāo)準(zhǔn)軸載，則相鄰板角靜彎沉差為0.12mm。

雖然采用相鄰板角彎沉差脫空判別指標(biāo)消除了板中彎沉值判別指標(biāo)的部分不足，但由于水泥混凝土路面板接縫傳荷能力、類型等因素對(duì)相鄰板角彎沉值有較大影響，而相鄰板角彎沉差脫空判別標(biāo)準(zhǔn)未體現(xiàn)其差異，并且相鄰板角彎沉差脫空判別指標(biāo)僅適用于相鄰板一側(cè)存在脫空情況，因此如果相鄰板同時(shí)存在脫空情況，則無(wú)法進(jìn)行判定。

2 基于動(dòng)彎沉的板底脫空判別方法

2.1 截距法

截距法是美國(guó)AASHTO設(shè)計(jì)體系提出的一種基于動(dòng)彎沉值的板底脫空檢測(cè)判別方法[6]。其原理為分別測(cè)定27kN、40kN、67kN三級(jí)荷載水平下的路面板角彎沉，并建立荷載—彎沉曲線，如果板角無(wú)脫空，則荷載—彎沉曲線的延長(zhǎng)線在坐標(biāo)軸上的截距應(yīng)小于等于0.05mm，否則可判定脫空存在（如圖1所示）。

圖1 AASHTO脫空判定方法

該判定依據(jù)未考慮水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)形式、接縫傳荷能力等差異，缺乏足夠的理論基礎(chǔ)，而且截距法每個(gè)測(cè)位須要變動(dòng)荷載水平測(cè)定三次彎沉，各測(cè)位對(duì)應(yīng)的荷載—彎沉曲線均不相同也須一一建立，存在著檢測(cè)工作量大、判別效率低的不足，不適用于大規(guī)模脫空檢測(cè)。

2.2 彎沉盆變異法

由動(dòng)彎沉檢測(cè)原理可知，動(dòng)荷載每次作用都可通過(guò)分布于距測(cè)點(diǎn)不同距離的傳感器得到路面板在傳感器位置處的多個(gè)彎沉，因?yàn)檫@些彎沉的連線成盆狀，故稱為彎沉盆曲線（如圖2所示）。當(dāng)路面板底無(wú)脫空時(shí)，距測(cè)點(diǎn)不同距離的彎沉隨著距測(cè)點(diǎn)距離的增大而減小，彎沉盆曲線正常形狀為凹曲線，而當(dāng)路面板底存在脫空時(shí)，因?yàn)榘宓酌摽盏挠绊憰?huì)出現(xiàn)遠(yuǎn)距離彎沉值大于近距離彎沉值的情況，即彎沉盆曲線發(fā)生變異（如圖3所示），因此可根據(jù)彎沉盆曲線是否發(fā)生變異來(lái)判別路面板是否存在脫空，此即為彎沉盆變異法判別板底脫空的原理。

圖2 彎沉盆曲線示意圖

圖3 脫空板和未脫空板的彎沉盆曲線

彎沉盆變異法能否準(zhǔn)確可靠判別板底脫空的關(guān)鍵在于能否準(zhǔn)確合理地?cái)M合無(wú)脫空路面板正常彎沉盆曲線。常見的擬合曲線類型包括指數(shù)型、拋物線型、三次多項(xiàng)式型。擬合曲線的爭(zhēng)議反映出彎沉盆變異法的不足之處，同一彎沉盆采用不同類型的擬合曲線所得到的判別結(jié)果往往存在差異，無(wú)法確定最佳擬合曲線意味著無(wú)法進(jìn)行判別，因此彎沉盆變異法僅能作為路面板底脫空判別的輔助手段。

2.3 夾角法

夾角法是在綜合考慮截距法和彎沉盆變異法的基礎(chǔ)上提出的一種脫空判別方法。具體原理為首先根據(jù)實(shí)測(cè)彎沉值畫出彎沉盆圖，然后將圖中距測(cè)點(diǎn)30cm與180cm位置處的彎沉值用直線連接，并在距測(cè)點(diǎn)180cm彎沉值位置處作一水平線，以上兩直線之間夾角Q（見圖4）可通過(guò)式（1）計(jì)算。

圖4 夾角法判定脫空原理

式中：D30——距測(cè)點(diǎn)距離為30cm處的彎沉，μm；

D180——距測(cè)點(diǎn)距離為180cm處的彎沉，μm。

如果Q大于一定角度則認(rèn)為板底存在脫空，否則認(rèn)為板底不存在脫空。

夾角法與截距法和彎沉盆變異法相比，優(yōu)點(diǎn)是板底脫空識(shí)別率較高；缺點(diǎn)是誤判率也較高。與彎沉盆變異法類似，夾角法的最大缺點(diǎn)在于脫空分界角度的合理確定，采用不同分界角度所得到的判別結(jié)果往往存在差異。

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)有的舊水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)板底脫空彎沉判別方法較易受水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)類型、壽命、邊界狀況，基層強(qiáng)度、類型、環(huán)境和檢測(cè)人員、儀器等因素影響，評(píng)價(jià)結(jié)果變異性非常大，且這些方法存在著計(jì)算繁瑣、使用復(fù)雜等不足，實(shí)用性較差。亟待建立計(jì)算簡(jiǎn)單、使用方便、準(zhǔn)確可靠且具有較高實(shí)用性的板底脫空彎沉判別方法與標(biāo)準(zhǔn)。

[1]韓西，陳上均，鐘歷，等.砼路面板檢測(cè)方法綜述[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，25（4）：73-76.

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[3]邱麗章，王端宜.水泥混凝土路面板底脫空的彎沉判據(jù)研究[J].公路，2006，（11）：5-9.

[4]王昌衡，李冬發(fā)，童宏貽.水泥混凝土路面板脫空的彎沉值影響因素分析[J].公路工程，2008，33（4）： 54-57.

[5]湯立群，胡哲，劉逸平，等.脫空剛性路面的彎沉影響因素分析[J].暨南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005， 26（1）： 107-109.

[6]AASHTO.AASHTO Guide for Design of Pavement Structures[M].Washington,D.C.:American Association of State Highway Transportation Official,1993.

[7]曾勝，曾小軍，許佳.基于彎沉比的水泥混凝土路面板底脫空識(shí)別方法[J].長(zhǎng)沙理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，5（2）：14-19.