弯沉值

用于衡量路基和路面的设计强度的计算值

弯沉值就是荷载对路基/路面作用前后,路基/路面发生变形的大小,用1/100毫米作计算单位。计算弯沉值表示的是,在某一路段,按20米的间距,用一定轴载的车辆(一般用后轴6吨或10吨车辆)对路基/路面作用前后,产生的残余变形量的加权平均值。计算弯沉值与路基/路面的设计强度有直接的关系,计算弯沉值越小,则强度越高。公路改造前,对原有公路进行弯沉测量,可以了解原有公路的路况,并作为设计的指导资料;公路修建中或竣工后,弯沉测量可以检验路基/路面的施工是否达到设计强度要求。

内容简介
回弹弯沉是指在规定的标准轴载B22—100作用下,路基、路面表面轮隙位置产生的垂直回弹变形值。当路基路面在标准轴载作用下,其汽车轮胎与地面接触处必然产生回弹变形,该变形通过弯沉仪上百分表读数变化值来推求。在现场测试时,每一测点应选在路面行车车道的轨迹带上,并划上标记。为保证测试结果的可靠性,应将试验车的后轮隙对准测点后3~5cm处位置,而弯沉仪的测点置于测点上(轮隙中心前方3~5 cm处),安装百分表并调零,弯沉仪可以是单侧测定,也可以是双侧同时测定。
轮载、轮压和加载时间(行驶速度)是影响测定结果的三个条件,在测量前和测试过程中必须认真检查是否符合规范要求,贝克曼梁法弯沉仪测到的仅仅是单点的回弹弯沉值,由于影响承载能力的变量众多,测定路段中各测点的弯沉值具有较大的变异性,因此应对每一路段的弯沉值进行统计处理,并以路段的代表弯沉值表征该路段的承载能力。
分类
弯沉分为容许弯沉、设计弯沉和计算弯沉。
容许弯沉
容许弯沉是合格路面在正常使用期末不利季节,路面处于临界破坏状态时出现的最大回弹弯沉,是从设计弯沉经过路面强度不断衰减的一个变化值。理论上是一个最低值。计算公式是LR=720N *AC*AS。《公路沥青路面设计规范》。
设计弯沉
设计弯沉值即路面设计控制弯沉值。是路面竣工后第一年不利季节,路面在标准轴载作用下,所测得的最大回弹弯沉值,理论上是路面使用周期中的最小弯沉值。是路面验收检测控制的指标之一。计算公式是Ld=600N *AC*AS* Ab。《公路沥青路面设计规范》。
计算弯沉值
计算弯沉值分检测计算弯沉值和理论计算弯沉值。
检测计算弯沉值:通过对路基、路面和原有老路进行弯沉检测,并通过计算整理所得到的代表值。其作用主要是评定路基路面状况和作补强设计之用。
公式
(Lr=该路段弯沉代表值,L=该路段回弹弯沉值的平均值,Zα=保证系数,S=该路段回弹弯沉值的标准差。)
计算方法
用0.01毫米作计算单位。①现有路面回弹弯沉值:是用杠杆式弯沉仪由标准汽车按前进卸荷法测定的。弯沉值的大小反映了路面的强弱,在相同车轮荷载下,路面的弯沉值愈大,则路面抵抗垂直变形的能力愈弱,反之则强。回弹弯沉值大的路面,在经受了轮载不多次重复作用后,即呈现出某种形态的破坏;而回弹弯沉值小的路面,能经受轮载多次重复作用才能达到这种形态的破坏,就是说,在达到相同程度的破坏时,回弹弯沉大小同该路面的使用寿命即轮载累计重复作用次数成反比关系。
②路面设计弯沉值:按照《公路沥青路面设计规范》(JTJ 014—1997)规定,新建沥青路面受力计算方法是以设计弯沉值计算路面厚度。路面设计弯沉值是表征路面整体刚变大小的指标,是路面厚度计算的主要依据。
路面设计弯沉值ld,应根据公路等级Ac,在设计年限内一个车道上累计当量轴次Ne,及面层类型系数As,基层类型系数Ab由公式进行计算。
③路表弯沉值可通过相关式计算。
④路面实测弯沉值ls(0.01mm)应根据标准车型的轮胎接地压强户(MPa),当量圆半径yu(cm),理论弯沉系数ac,弯沉综合修正系数F及土基回弹模量值正。(MPa)计算。
变化规律
路表弯沉的变化,是一个多方面因素综合作用的复杂过程。路基路面各层的材料性质、结构组成类型、压实状况、压实程度、温湿度环境、气候条件、交通组成、检测时的环境条件以及所使用的仪器设备及检测人员的检测水平等均对弯沉的大小产生很大影响。
沥青路面的表面弯沉变化过程分为三个阶段。路面竣工后的前1~2年为第一阶段。在这一阶段,由于车辆荷载的重复碾压,渐趋压实,加上半刚性基层材料随着龄期强度增长,从而导致路表弯沉将逐渐减小,大约在路面竣工后的第2年达到最小值。
路面竣工后的第2年到第4年为第二阶段。在这一阶段,表现为路表弯沉的不断增长。这是因为,一方面半刚性基层的强度增长已十分缓慢,并逐渐趋于相对稳定状态;另一方面,由于车辆荷载的重复作用以及水、温度状况的变化,加之路面混合料本身因拌和不均匀,而导致强度不均匀性等因素的影响,结构内部的微观缺陷将因局部范围的应力集中而扩展,并逐渐出现小范围的局部破坏,从而导致路面结构整体刚度的下降,使得路表弯沉急剧增大。如果设计不当,没有严格控制工程质量,或是工程质量的不均匀性,则有可能在这一阶段出现局部路面的早期破坏。
路面竣工3-4年后直至达到极限破坏状态为弯沉变化的第三阶段。在这一阶段,路面由于各种复杂因素产生的局部强度不足的问题已充分暴露,内部缺陷附近局部区域积蓄的高密度能量也已通过缺陷的扩展而转移,并自动实现了整个系统的能量平衡,从而使得结构内部损伤的进一步发展得到抑制。路面结构的整体刚度重新达到一种新的较低水平的相对稳定。因此,路表弯沉进入了一个相对稳定的缓慢变化阶段。即所谓的结构疲劳破坏的稳定发展阶段,并一直延续到路面结构出现疲劳破坏。
在路面竣工后的1-2年之间,路表弯沉值最小。可见,在此期间路面整体结构处于最大刚度状态。但是,在测定材料参数时,养生时间最长的基层材料的设计龄期也只有6个月。这个时间,正好接近于路面竣工后第一年的不利季节。而且统计结果表明,沥青路面弯沉变化及测试竣工后第一年不利季节的弯沉值与最大刚度状态所对应的弯沉值比较接近。因此,将路面竣工后第一年不利季节近似地假定为路面整体结构的最大刚度状态,而取得沥青路面的设计状态。这个状态,也正是我们测量路面弯沉代表值的状态。
测试仪具与材料
①测试车——测试车选用东风3092F19D5H,后轴重108.78 kN,替代标准轴重为100kN的Bzz一100测试车。天气,晴,温度为16℃,检测时间为冬季。
路面弯沉仪——测试设备选用较直观,简单的贝克曼梁弯沉仪,采用5.4m的弯沉仪测定,按规范要求,可不进行弯沉值的修正。弯沉仪由贝克曼梁、百分表及表架组成,贝克曼梁由铝合金制成,上有水准泡,其前臂(接触路面)与后臂(装百分表)长度比为2:1。弯沉仪长度为5.4m,前后臂分别为3.6m和1.8m。弯沉值采用百分表量得。
③接触式路面温度计——端部为平头,分度不大于1℃。
④其他——皮尺、口哨、白油漆或粉笔、指挥旗等。
测试步骤
①在测试路段布置测点,其距离随测试需要而定,测点应在路面行车车道的轮迹带上,并用白油漆或粉笔划上标记。沿路轴线方向测点间距为5m,分左幅、右幅错列进行。
②将试验车后轮轮隙对准测点后3~5 cm处的位置上。
③将弯沉仪插入汽车后轮之间的缝隙处,与汽车方向一致,梁臂不得碰到轮胎,弯沉仪测头置于测点上(轮隙中心前方3~5 m处),并安装百分表予弯沉仪的测定杆上,百分表调零,用手指轻轻叩打弯沉仪,检查百分表是否稳定回零。弯沉仪可以是单侧测定,也可以双侧同时测定。
④测定者吹哨发令指挥汽车缓缓前进,百分表随路面变形的增加而持续向前转动。当表针转动到最大值时,迅速读取初读数。汽车仍在继续前进,表针反向回转:待汽车驶出弯沉影响半径(3m以上)后,吹口哨或挥动红旗指挥停车。待表针回转稳定后读取终读数。汽车前进的速度宜为5km/h左右。
测试问题
(1)原先的柔性路面设计规范容许弯沉的定义为路面在设计使用年限末期的最不利季节在标准轴载作用下容许出现的最大弯沉值,它不能直接作为竣工验收指标,否则标准偏低,易出现早期破坏。
(2)半刚性基层的沥青路面弯沉测试多数采用3.6m的贝克曼梁弯沉仪,但很少考虑由荷载车造成的支架下降变形的影响。
(3)弯沉测试车的轮压不足,从而导致回弹弯沉值偏小。
(4)弯沉测试车不称重或装载偏位、吨位不足,从而导致轴载与标准轴载偏差过大,而引起弯沉值偏小。
(5)弯沉仪测头的位置不正确。一般来说,测试时弯沉仪的梁臂不得碰到轮胎,测头应置于测点上,即轮隙中心前方3~5cm处。
(6)温度修正不正确,往往仅利用当时的气温进行弯沉修正。
(7)代表弯沉测定时间不正确,代表弯沉应在路面竣工后第一年不利季节。
意义
弯沉值就是从整体上反映了路面各层次的整体强度,路基的强度一般用回弹模量来反映。如果弯沉值过大,其变形也就越大,路面各层也就容易破裂。
弯沉值过大,其原因一般与路面各层的材料性质,厚度,整体性(是否结板),压实度等有关,还与气候条件有关,雨季会偏大。
弯沉值不仅反映路面各结构层及土基的整体强度和刚度,而且与路面的使用状态存在一定的内在联系。因此工程竣工前,弯沉值作为一项重要的检测指标,反映了路面的整体强度质量。在路面工程分项工程的质量评定中,高速公路和一级公路的弯沉分值分别为15和20分,如弯沉达不到,该分项不可能达到优良。由此可见,了解路面弯沉的变化规律、正确测试路面弯沉,对正确评价路面质量有着极其重要的作用。
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