邢 亮

(包头市公路规划勘测设计院,内蒙 古包头 014040)

【摘 要】路基路面检测是公路建设和管理中的一项关键性、基础性技术,在检验和控制工程质量非常重要。结合文献资料,主要介绍了路基路面弯沉检测中现行的检测技术并进行比较,对今后路基路面弯沉检测提供了参考作用。

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关键词 公路工程;路基路面检测;弯沉

弯沉是反映路基路面结构性能的重要指标,因此,路基路面弯沉检测技术的研究开发一直在国际上得到广泛重视。传统的贝克曼梁已逐步被自动弯沉仪、振动式弯沉仪和落锤式弯沉仪所取代。特别是测速快、精度高、操作方便的落锤式弯沉测试系统,已经在世界上多个国家得到广泛应用。该技术与实用化的路面结构反分析软件相结合,使路基路面弯沉检测与承载力评价的科学化水平提高到一个新的阶段。

1 公路路基路面弯沉检测技术

1.1 贝克曼梁法测路基路面弯沉

贝克曼梁法是通过载重汽车对路面进行加载,百分表记录回弹弯沉。适用于测定各类路基路面、路面的回弹弯沉,评定其整体承载能力;也可供路面结构设计使用。贝克曼梁法的工作原理比较简单,操作容易。测试时将测定梁的端头置于测车后轴双轮轮隙前方l0cm左右的测点上,在梁后三分之一处通过支点支承于底座上,梁的末端架设百分表,测得梁端头的升降量。当车辆以较慢速度向前行驶时,记录百分表的最大读数,车辆驶离后,再记录百分表的读数,二倍两次百分表读数差值可视为回弹弯沉值。

静载贝克曼梁试验法测得的弯沉是静弯沉,即在轮载、轮压和加压时间(行驶速度)满足规定要求的条件下,静态汽车荷载作用的单点(最大)弯沉。应对测得的弯沉值进行修正,按照规定进行弯沉仪的支点变形修正和温度修正等。舍弃弯沉值过大的点,找出相应的界限,局部处理。

1.2 自动弯沉仪测路基路面弯沉

自动弯沉仪测定的弯沉是静力弯沉,该法是基于贝克曼梁原理发展起来的,适用于各类路基路面、路面弯沉测定。在测定车前后轴之间的底盘上连接弯沉测定梁。自动弯沉仪法测定路基路面回弹弯沉与贝克曼梁法原理相同,即杠杆原理。

试验方法:在测试前,应对自动弯沉仪进行标定,保证A/D转换板与位移传感器测量的精度。测试时,应将弯沉测定梁从测试车前后轴之间底盘的位置放到测试车底盘前端,在测试车以一定速度行驶时,通过测点时位移传感器等装置会自动记录弯沉值;当测定梁被汽车拖到下一测点时,可连续测定,由计算机输出弯沉统计结果。自动弯沉仪采集的数据有节点数据、弯沉值数据、弯沉盆数据,以文本形式存储。输入有关信息、参数及命令后,显示左右两侧的弯沉峰值柱状图,以及峰值、距离和温度等;显示弯沉盆图形,计算并显示出曲率半径;可根据数据计算出全部测定值的平均值、标准差以及代表弯沉值。利用自动弯沉仪测定的弯沉是总弯沉,而贝克曼梁测定弯沉是的回弹弯沉。通过对两者进行对比试验,可得到总弯沉与回弹弯沉的相关关系式,将总弯沉换算为回弹弯沉,更好地用于路基路面、路面强度评定。

1.3 稳态动力弯沉仪测路基路面弯沉

稳态动力弯沉仪是根据动荷发生器对路基路面施加固定频率的正弦周期性动荷载,沿荷载轴线相隔一定间距布置一组速度传感器(检波器),获得动弯沉盆曲线。应用在公路上的有两种,一是轻型动弯沉仪,作用动荷载约5KN;一是重型动弯沉仪,作用的动荷载约达150KN。稳态动力弯沉仪进行弯沉检测较贝克曼梁法和自动弯沉仪,测试精度高,测试速度快。但因其施加的动荷载较小,不能完全反映实际的行车轮载作用。在检测过程中,应保证施加震动荷载时仪器保持稳定不跳离路面,仪器的自重必须大于动荷载,因此静力预载比施加的动荷大,会影响到路基路面路面材料的应力状态,也不能客观反映实际应力情况。

1.4 脉冲动力弯沉仪测路基路面弯沉

脉冲动力弯沉仪主要是指落锤式弯沉仪,属于动力弯沉检测技术,适用于施工质量检测、养护管理检测、道路改造检测、路面动态理论研究。通过自由落下的重锤产生的冲击荷载来测定弯沉,改变锤重以及重锤的高度能较好地实现车辆荷载的模拟,根据传感器的9个弯沉值来测定和绘制弯沉盆。整个过程由计算机控制。将汽车开到测定地点后,启动计算机控制下液压系统的落锤装置,一定质量的落锤从一定高度自由落下,落锤瞬间产生的冲击荷载作用于承载板上,分布于距测点不同距离的传感器(一般为9个)检测到结构层表面的变形,将信号输入计算机,得到测点的弯沉值。弯沉检测过程,其装置由计算机控制,能够自动测量荷载、弯沉平均值、测点间距、标准差、变异系数、代表弯沉值等数据,并由此可以反算处各层材料的弹性模量。

采用落锤式弯沉仪进行检测时,冲击荷载的大小可由锤重和重锤的落高调整。根据现场实际情况,汽车的牵引速度应为50km/h左右。路基路面检测中,传感器分布在荷载中心2.5m半径范围,其中1个应位于承载板中心;在半刚性基层沥青路面结构检测中,半径为3-4m。测点测定次数应≥3次,舍弃不稳定的第一个测定值,取其余测定值的平均值进行计算。

2 公路路基路面弯沉检测技术对比分析

以上贝克曼梁法、自动弯沉仪、稳态动力弯沉仪及脉冲动力弯沉仪等四种检测方法按照对路面的加载方式的不同,分为了静力弯沉检测和动力弯沉检测。其中贝克曼梁法和自动弯沉仪属于静力弯沉检测,两种方法的检测原理相同,前者得的是车辆载重下的最大回弹弯沉值,后者测到的是总弯沉曲线和最大弯沉值。动态检测是一种无破损检测,由于其能较好的模拟车辆在路上行驶的实际情况,且有不破坏结构的优点,在国内外发展迅速。采用脉冲式动力弯沉仪进行弯沉检测因仪器本身重量轻,较稳态动力弯沉仪不存在静力预载问题;较贝克曼梁法,克服其固有缺陷,并逐渐取代贝克曼梁法作为弯沉测量的仪器。

落锤式弯沉仪因能够较好地模拟行车荷载作用,并能够快速、安全、准确采集到大量弯沉盆信息,因此该法在很短时间内就被许多国家广泛采用。脉冲式动力弯沉仪在检测弯沉时,能根据弯沉盆反算的模量对路基路面路面材料在使用过程中性能的变化提供设计参数,以脉冲式动力弯沉仪的弯沉盆作为指标,能更好地评价路基路面整体强度,因此该法也是世界上目前最先进弯沉检测方法,以及最理想的结构性能评价工具。

3 结语

随着科学技术的进步,一批高性能、高效率的检测设备和手段,取代陈旧落后的常规检测手段以满足工程建设的需求。其中,落锤式弯沉仪是目前国际上最先进的路面强度无损检测设备之一。由于其测试消除了人为读表误差、气压随气温变化产生误差等多种因素的影响,加之位移传感器精度高,故其测试结果具有较高的精度,其测试数据可用于路面结构的模量反算,以此用于对各层质量进行分析。

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参考文献

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[3]孙泽源.不同设备对道路弯沉检测的结果分析刍议[J].民营科技,2013(03).

[4]王位同,诸国华,刘伟泽.沥青路面的贝克曼梁法弯沉检测[J].山西建筑,2011(25).

[责任编辑:刘展]

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