[科普中國]-彎沉值

概述

回彈彎沉是指在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)軸載B22—100作用下，路基、路面表面輪隙位置產(chǎn)生的垂直回彈變形值。當(dāng)路基路面在標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下，其汽車輪胎與地面接觸處必然產(chǎn)生回彈變形，該變形通過彎沉儀上百分表讀數(shù)變化值來推求。在現(xiàn)場測試時(shí)，每一測點(diǎn)應(yīng)選在路面行車車道的軌跡帶上，并劃上標(biāo)記。為保證測試結(jié)果的可靠性，應(yīng)將試驗(yàn)車的后輪隙對準(zhǔn)測點(diǎn)后3～5cm處位置，而彎沉儀的測點(diǎn)置于測點(diǎn)上（輪隙中心前方3～5 cm處），安裝百分表并調(diào)零，彎沉儀可以是單側(cè)測定，也可以是雙側(cè)同時(shí)測定。

輪載、輪壓和加載時(shí)間（行駛速度）是影響測定結(jié)果的三個(gè)條件，在測量前和測試過程中必須認(rèn)真檢查是否符合規(guī)范要求，貝克曼梁法彎沉儀測到的僅僅是單點(diǎn)的回彈彎沉值，由于影響承載能力的變量眾多，測定路段中各測點(diǎn)的彎沉值具有較大的變異性，因此應(yīng)對每一路段的彎沉值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，并以路段的代表彎沉值表征該路段的承載能力。1

分類彎沉分為容許彎沉、設(shè)計(jì)彎沉和計(jì)算彎沉。

容許彎沉容許彎沉是合格路面在正常使用期末不利季節(jié)，路面處于臨界破壞狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)的最大回彈彎沉，是從設(shè)計(jì)彎沉經(jīng)過路面強(qiáng)度不斷衰減的一個(gè)變化值。理論上是一個(gè)最低值。計(jì)算公式是LR=720N *AC*AS?！豆窞r青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》。

設(shè)計(jì)彎沉設(shè)計(jì)彎沉值即路面設(shè)計(jì)控制彎沉值。是路面竣工后第一年不利季節(jié)，路面在標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下，所測得的最大回彈彎沉值，理論上是路面使用周期中的最小彎沉值。是路面驗(yàn)收檢測控制的指標(biāo)之一。計(jì)算公式是Ld=600N *AC*AS* Ab?！豆窞r青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》。

計(jì)算彎沉值計(jì)算彎沉值分檢測計(jì)算彎沉值和理論計(jì)算彎沉值。

檢測計(jì)算彎沉值：通過對路基、路面和原有老路進(jìn)行彎沉檢測，并通過計(jì)算整理所得到的代表值。其作用主要是評(píng)定路基路面狀況和作補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)之用。

公式

（Lr=該路段彎沉代表值，L=該路段回彈彎沉值的平均值，Zα=保證系數(shù)，S=該路段回彈彎沉值的標(biāo)準(zhǔn)差。）

計(jì)算方法用0.01毫米作計(jì)算單位。①現(xiàn)有路面回彈彎沉值：是用杠桿式彎沉儀由標(biāo)準(zhǔn)汽車按前進(jìn)卸荷法測定的。彎沉值的大小反映了路面的強(qiáng)弱，在相同車輪荷載下，路面的彎沉值愈大，則路面抵抗垂直變形的能力愈弱，反之則強(qiáng)。回彈彎沉值大的路面，在經(jīng)受了輪載不多次重復(fù)作用后，即呈現(xiàn)出某種形態(tài)的破壞；而回彈彎沉值小的路面，能經(jīng)受輪載多次重復(fù)作用才能達(dá)到這種形態(tài)的破壞，就是說，在達(dá)到相同程度的破壞時(shí)，回彈彎沉大小同該路面的使用壽命即輪載累計(jì)重復(fù)作用次數(shù)成反比關(guān)系。

②路面設(shè)計(jì)彎沉值：按照《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 014—1997）規(guī)定，新建瀝青路面受力計(jì)算方法是以設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算路面厚度。路面設(shè)計(jì)彎沉值是表征路面整體剛變大小的指標(biāo)，是路面厚度計(jì)算的主要依據(jù)。

路面設(shè)計(jì)彎沉值ld，應(yīng)根據(jù)公路等級(jí)Ac，在設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上累計(jì)當(dāng)量軸次Ne，及面層類型系數(shù)As，基層類型系數(shù)Ab由公式進(jìn)行計(jì)算。

③路表彎沉值可通過相關(guān)式計(jì)算。

④路面實(shí)測彎沉值ls(0．01mm)應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)車型的輪胎接地壓強(qiáng)戶(MPa)，當(dāng)量圓半徑y(tǒng)u(cm)，理論彎沉系數(shù)ac,彎沉綜合修正系數(shù)F及土基回彈模量值正。(MPa)計(jì)算。

變化規(guī)律路表彎沉的變化，是一個(gè)多方面因素綜合作用的復(fù)雜過程。路基路面各層的材料性質(zhì)、結(jié)構(gòu)組成類型、壓實(shí)狀況、壓實(shí)程度、溫濕度環(huán)境、氣候條件、交通組成、檢測時(shí)的環(huán)境條件以及所使用的儀器設(shè)備及檢測人員的檢測水平等均對彎沉的大小產(chǎn)生很大影響。

瀝青路面的表面彎沉變化過程分為三個(gè)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(fù)碾壓，漸趨壓實(shí)，加上半剛性基層材料隨著齡期強(qiáng)度增長，從而導(dǎo)致路表彎沉將逐漸減小，大約在路面竣工后的第2年達(dá)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?yàn)椋环矫姘雱傂曰鶎拥膹?qiáng)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(fù)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(dǎo)致強(qiáng)度不均勻性等因素的影響，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的微觀缺陷將因局部范圍的應(yīng)力集中而擴(kuò)展，并逐漸出現(xiàn)小范圍的局部破壞，從而導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)整體剛度的下降，使得路表彎沉急劇增大。如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，沒有嚴(yán)格控制工程質(zhì)量，或是工程質(zhì)量的不均勻性，則有可能在這一階段出現(xiàn)局部路面的早期破壞。

路面竣工3-4年后直至達(dá)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(fù)雜因素產(chǎn)生的局部強(qiáng)度不足的問題已充分暴露，內(nèi)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(kuò)展而轉(zhuǎn)移，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的能量平衡，從而使得結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷的進(jìn)一步發(fā)展得到抑制。路面結(jié)構(gòu)的整體剛度重新達(dá)到一種新的較低水平的相對穩(wěn)定。因此，路表彎沉進(jìn)入了一個(gè)相對穩(wěn)定的緩慢變化階段。即所謂的結(jié)構(gòu)疲勞破壞的穩(wěn)定發(fā)展階段，并一直延續(xù)到路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞破壞。

在路面竣工后的1-2年之間，路表彎沉值最小?？梢?，在此期間路面整體結(jié)構(gòu)處于最大剛度狀態(tài)。但是，在測定材料參數(shù)時(shí)，養(yǎng)生時(shí)間最長的基層材料的設(shè)計(jì)齡期也只有6個(gè)月。這個(gè)時(shí)間，正好接近于路面竣工后第一年的不利季節(jié)。而且統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，瀝青路面彎沉變化及測試竣工后第一年不利季節(jié)的彎沉值與最大剛度狀態(tài)所對應(yīng)的彎沉值比較接近。因此，將路面竣工后第一年不利季節(jié)近似地假定為路面整體結(jié)構(gòu)的最大剛度狀態(tài)，而取得瀝青路面的設(shè)計(jì)狀態(tài)。這個(gè)狀態(tài)，也正是我們測量路面彎沉代表值的狀態(tài)。

測試儀具與材料①測試車——測試車選用東風(fēng)3092F19D5H，后軸重108.78 kN，替代標(biāo)準(zhǔn)軸重為100kN的Bzz一100測試車。天氣，晴，溫度為16℃，檢測時(shí)間為冬季。

②路面彎沉儀——測試設(shè)備選用較直觀，簡單的貝克曼梁彎沉儀，采用5.4m的彎沉儀測定，按規(guī)范要求，可不進(jìn)行彎沉值的修正。彎沉儀由貝克曼梁、百分表及表架組成，貝克曼梁由鋁合金制成，上有水準(zhǔn)泡，其前臂（接觸路面）與后臂（裝百分表）長度比為2：1。彎沉儀長度為5.4m，前后臂分別為3.6m和1.8m。彎沉值采用百分表量得。

③接觸式路面溫度計(jì)——端部為平頭，分度不大于1℃。

④其他——皮尺、口哨、白油漆或粉筆、指揮旗等。

測試步驟①在測試路段布置測點(diǎn)，其距離隨測試需要而定，測點(diǎn)應(yīng)在路面行車車道的輪跡帶上，并用白油漆或粉筆劃上標(biāo)記。沿路軸線方向測點(diǎn)間距為5m，分左幅、右幅錯(cuò)列進(jìn)行。

②將試驗(yàn)車后輪輪隙對準(zhǔn)測點(diǎn)后3～5 cm處的位置上。

③將彎沉儀插入汽車后輪之間的縫隙處，與汽車方向一致，梁臂不得碰到輪胎，彎沉儀測頭置于測點(diǎn)上（輪隙中心前方3～5 m處），并安裝百分表予彎沉儀的測定桿上，百分表調(diào)零，用手指輕輕叩打彎沉儀，檢查百分表是否穩(wěn)定回零。彎沉儀可以是單側(cè)測定，也可以雙側(cè)同時(shí)測定。

④測定者吹哨發(fā)令指揮汽車緩緩前進(jìn)，百分表隨路面變形的增加而持續(xù)向前轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)表針轉(zhuǎn)動(dòng)到最大值時(shí)，迅速讀取初讀數(shù)。汽車仍在繼續(xù)前進(jìn)，表針反向回轉(zhuǎn)：待汽車駛出彎沉影響半徑（3m以上）后，吹口哨或揮動(dòng)紅旗指揮停車。待表針回轉(zhuǎn)穩(wěn)定后讀取終讀數(shù)。汽車前進(jìn)的速度宜為5km/h左右。1

測試問題(1)原先的柔性路面設(shè)計(jì)規(guī)范容許彎沉的定義為路面在設(shè)計(jì)使用年限末期的最不利季節(jié)在標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下容許出現(xiàn)的最大彎沉值，它不能直接作為竣工驗(yàn)收指標(biāo)，否則標(biāo)準(zhǔn)偏低，易出現(xiàn)早期破壞。

(2)半剛性基層的瀝青路面彎沉測試多數(shù)采用3.6m的貝克曼梁彎沉儀，但很少考慮由荷載車造成的支架下降變形的影響。

(3)彎沉測試車的輪壓不足，從而導(dǎo)致回彈彎沉值偏小。

(4)彎沉測試車不稱重或裝載偏位、噸位不足，從而導(dǎo)致軸載與標(biāo)準(zhǔn)軸載偏差過大，而引起彎沉值偏小。

(5)彎沉儀測頭的位置不正確。一般來說，測試時(shí)彎沉儀的梁臂不得碰到輪胎，測頭應(yīng)置于測點(diǎn)上，即輪隙中心前方3～5cm處。

(6)溫度修正不正確，往往僅利用當(dāng)時(shí)的氣溫進(jìn)行彎沉修正。

(7)代表彎沉測定時(shí)間不正確，代表彎沉應(yīng)在路面竣工后第一年不利季節(jié)。

意義彎沉值就是從整體上反映了路面各層次的整體強(qiáng)度，路基的強(qiáng)度一般用回彈模量來反映。如果彎沉值過大，其變形也就越大，路面各層也就容易破裂。

彎沉值過大，其原因一般與路面各層的材料性質(zhì)，厚度，整體性（是否結(jié)板），壓實(shí)度等有關(guān)，還與氣候條件有關(guān)，雨季會(huì)偏大。

彎沉值不僅反映路面各結(jié)構(gòu)層及土基的整體強(qiáng)度和剛度，而且與路面的使用狀態(tài)存在一定的內(nèi)在聯(lián)系。因此工程竣工前，彎沉值作為一項(xiàng)重要的檢測指標(biāo)，反映了路面的整體強(qiáng)度質(zhì)量。在路面工程分項(xiàng)工程的質(zhì)量評(píng)定中，高速公路和一級(jí)公路的彎沉分值分別為15和20分，如彎沉達(dá)不到，該分項(xiàng)不可能達(dá)到優(yōu)良。由此可見，了解路面彎沉的變化規(guī)律、正確測試路面彎沉，對正確評(píng)價(jià)路面質(zhì)量有著極其重要的作用。