8-1贝克曼梁法

第八章路基路面强度指标检测第一节路基路面回弹弯沉测试一、概述国内外普遍采用回弹弯沉值来表示路基路面的承载能力，回弹弯沉值越大，承载能力越小，反之则越大。回弹弯沉值在我国已广泛使用且有很多实验和研究成果，它不仅用于路面结构的设计中(设计回弹弯沉)，用于施工控制及施工验收中(竣工验收弯沉值)，同时还用在旧路补强设计中。它是公路工程的一个基本参数。弯沉值是指在规定的标准轴载作用下，路基或路面表面轮隙中心处产生的总垂直变形(总弯沉)，或垂直回弹变形值(回弹弯沉)，以0.01m为单位。通常所说的回弹弯沉是指后轴载轮隙中心处的最大回弹弯沉值。设计弯沉值是指根据设计年限内一个车道上预测通过的累计当量轴次、公路等级、面层和基层类型而确定的路面弯沉设计值。当路面厚度计-算以设计弯沉值为控制指标时，则验收弯沉值小于或等于设计弯沉值；当厚度计算以层底拉应力为控制指标时，应根据拉应力计算所得的结构厚度，重新计算路面弯沉值，该弯沉值即为竣工验收弯沉值。弯沉值的测试方法较多，目前用得最多的是贝克曼梁法，在我国已有成熟的经验，但由于受测试速度等因素的限制，各国都对连续或动态测定进行了研究，现在我国逐渐引进的有法国洛克鲁瓦式自动弯沉仪，丹麦等国家发明并几经改进形成的落锤式弯沉仪，美国的振动弯沉仪等。无论采取何种方法进行弯沉检测，工作强度均很重，尤其是贝克曼梁法。工程有多长，人在路上就得走多远。获得一个标准弯沉检测结果，涉及到的因素很多，车型、轴载、轮压、结构、气候、人员素质、现场管理等.一台检测车的参检人员就达十几人，相当于检测总人数的一半。弯沉检测按每公里80-100点计算，行进速度为单幅每小时3公里，每天每台车检测单幅平均20公里左右。工作性质参检人数备用人数备注抬仪器44力工，身体健康读表22要求熟练、认真计数11认真并监督读表人员起车发令员11指挥车辆启动工程量较大、任务较紧时一台弯沉检测组现场参与工作人员累计16人。一台检测车每天检测单幅20公里左右，此项任务控制整体检测进度，可根据弯沉任务制定总体检测时间。现将常用的几种方法各自的特点作简单的比较，见表8-1采用贝克曼梁或自动弯沉仪测量弯沉值，每一双车道评定路段(不超过1km)检查80～100个点，多车道公路必须按车道数与双车道之比，相应增加测点。二、贝克曼梁测定路基路面回弹弯沉本方法利用杠杆原理制成杠杆式弯沉仪测定轮隙弯沉。适用于测定各类路基路面的回弹弯沉，用以评定其整体承载能力，供路面结构设计使用。沥青路面的弯沉以路表温度20°时为准，在其他温度测试时，对厚度大于5cm的沥青路面，弯沉值应予温度修正。(一)检测器具与材料1．标准车：双轴、后轴双侧4轮的载重车，其标准轴荷载、轮胎尺寸、轮胎间隙及轮胎气压等主要参数应符合表8-2的要求。测试车可根据需要按公路等级选择，高速公路、一级及二级公路应采用后轴100kN的BZZ-100标准车；其他等级公路可采用后轴60kN的BZZ-60标准车。3．接触式路表温度计：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。2．路面弯沉仪：由贝克曼梁、百分表及表架组成。贝克曼梁由合金铝制成，上有水准泡，其前臂(接触路面)与后臂(装百分表)长度比2:1。弯沉仪长度有两种：一种长3.6m，前后臂分别为2.4m和1.2m；另一种加长的弯沉仪长5.4m，前后臂分别为3.6m和1.8m。其构造如图8-1。当在半刚性基层沥青路面或水泥混凝土路面上测定时，宜采用长度为5.4m的贝克曼梁弯沉仪，并采用BZZ-100标准车。对在柔性基层沥青路面或混合式结构沥青路面可采用长度为3.6m的贝克曼梁弯沉仪，并采用BZZ-60标准车.弯沉采用百分表量得，也可用自动记录装置进行测量。(二）检测方法1、试验前准备工作（1）检查并保持测定用标准车的车况及刹车性能良好，轮胎符合规定充气压力。（2）向汽车车槽中装载（铁块或集料），并用地中衡称量后轴质量，符合要求的轴重规定，汽车行驶及测定过程中，轴重不得变化。（3）测定轮胎接地面积；在平整光滑的硬质路面上用千斤顶将汽车后轴顶起，在轮胎下方铺一张新的复写纸，轻轻落下千斤顶，即在方格纸上印上轮胎印痕，用求积仪或数方格的方法测算轮胎接地面积、精确至0.1cm2。（4）检查弯沉仪百分表测量灵敏情况。（5）当在浙青路面上测定时，用路表温度计测定试验时气温及路表温度，并通过气象台了解前5d的平均气温（6）记录沥青路面修建或改建时材料、结构、厚度、施工及养护等情况。2、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轮迹带上，并用白油漆或粉笔划标记。（2）将试验车后轮轮隙对准测点后约3--5cm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---5cm处），并安装百分表于弯沉仪的测定杆上，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L1。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L2。汽车前进的速度宜为5km/h左右。3．弯沉仪的支点变形修正（1）当采用长度为3.6m的弯沉仪对半刚性基层沥青路面、水泥混凝土路面等进行弯沉测定时，有可能引起弯沉仪支座处变形，因此测定时应检验支点有无变形。此时应用另一台检验用的弯沉仪安装在测定用的弯沉仪的后方，其测点架于测定用弯沉仪的支点旁。当汽车开出时，同时测定两台弯沉仪的弯沉读数，如检验用弯沉仪百分表有读数，即应该记录并进行支点变形修正。当在同一结构层上测定时，可在不同的位置测定5次，求平均值，以后每次测定时以此作为修正值。（2）当采用长5.4m的弯沉仪测定时，可不进行支点变形修正。（三）结果计算及温度修正1、计算测点的回弹弯沉值：LT=（L1-L2）/22、进行弯沉仪支点变形修正时，计算路面测点的回弹弯沉值。3、沥青面层厚度大于5cm且路面温度超过（20土2）℃范围时，回弹弯沉值应进行温度修正，温度修正有两种方法。4、结果评定（1）计算每一个评定路段的代表弯沉：Lr=+ZaS计算平均值和标准差时，应将超出平均值±（2～3）s的弯沉特异值舍弃。对舍弃的弯沉值过大的点，应找出其周围界限，进行局部处理。用两台弯沉仪同时进行左右轮弯沉值测定时，应按两个独立测点计不能采用左右两点的平均值。（2）弯沉代表值不大于设计要求的弯沉值时得满分；大于时得零分，相应分项工程为不合格。若在非不利季节测定时，应考虑季节影响系数。若用两台弯沉仪同时进行左右轮弯沉值测定时，应按两个独立测点计，不能采用左右两点的平均值L三、自动弯沉仪利用贝克曼梁测定路面回弹弯沉值操作简便，应用广泛，但测试结果受人为因素的影响较大，测速慢。自动弯沉仪是在标准条件下每隔一定距离连续测试路面的总弯沉，并计算总弯沉值的平均值，以此作为尚无坑洞等严重破坏的道路验收检查及旧路面强度的评价指标，可为路面养护管理系统提供数据，适用于路面施工质量控制、验收及路面养护管理。（一）检测器具1、自动弯沉仪：由承载车、测量机架及控制系统、位移、温度和距离传感器、数据采集与处理系统等基本部分组成。2.设备承载车技术要求和参数自动弯沉仪的承载车辆应为单后轴、单侧双轮的载重车，其标准条件参考贝克曼梁测定路基路面回弹弯沉试验方法车型的标准参数。（1）位移传感器分辨率：0.01mm；（2）位移传感器有效量程：≥3mm；（3）设备工作环境温度：0～60℃；（4）距离标定误差：≤1%。（二）.准备工作（1）位移传感器标定。每次测试之前必须按照设备使用手册规定的方法进行位移传感器的标定，记录标定数据并存档。（2）检查承载车轮胎气压。每次测试之前都必须检查后轴轮胎气压，应满足0.7MPa±0.05MPa的要求。（3）检查承载车轮载。一般一年检查一次，如果承载车因改装等原因改变了后轴载，也必须进行此项检查，后轴应满足100kN±1kN的要求。（4）检查测量架的易损部件情况，及时更换损坏部件。（5）打开设备电源进行进行检查，控制面板功能键、指示灯、显示器等应正常。（6）开动承载车试测2～3个步距，观察测试机构，测试机构应正常，否则需要调整。（三）.测试步骤1.测试系统在开始测试前需要通电预热，时间不少于设备操作手册要求，并启动工程警灯和导向标等警告标志。2.在测试路段前20m处将测量机架落在路面上，并检查各机构的部件情况。3.操作人员按照设备使用手册的规定和测试路段的现场技术要求设置完毕所需的测试状态。4.驾驶员缓慢加速承载车到正常测试速度，沿正常行车轨迹驶入测试路段。5.操作人员将测试路段起终点、桥涵等特殊位置的桩号输入到记录数据中。6.当测试车辆驶出测试路段后，操作人员停止数据采集和记录，并恢复仪器各部分至初始状态，驾驶员缓慢停止承载车，提起测量架。7.操作人员检查数据文件，文件应完整，内容应正常，否则需要重新测试。8.关闭测试系统电源，结束测试。（四）、计算1.采用自动弯沉仪采集路面弯沉盆峰值数据。2.数据组中左臂测值、右臂测值按单独弯沉处理。3.对原始弯沉测试数据进行温度、坡度、相关性等修正。当路面横坡不超过4%时，不进行超高影响修正；当横坡超过4%时，超高影响的修正按下表的规定进行。横坡范围高位修正系数低位修正系数＞4%1/(1-i)1/(1+i)（五）、自动弯沉仪与贝克曼梁弯沉测值对比试验1.试验条件（1）按弯沉值不同水平范围选择不少于4段路面结构相似的路段。路段长度可为300～500m，标记号起终点位置。（2）对比试验路段的路面应清洁干燥，温度应在10～35℃范围内，并且选择温度变化不大的时间，宜选择晴天无风的天气条件，试验路段附近没有重型交通和震动。2.对比试验步骤：（1）自动弯沉仪按照正常测试车速测试选定路段，工作人员仔细用油漆每隔三个测试步距或约20m标记测点位置。（2）自动弯沉仪测试完毕后，等待30min；然后在每一个标记位置用贝克曼梁测定路基路面回弹弯沉试验方法测定各点回弹弯沉值。3.试验数据处理从自动弯沉仪的记录数据中按照路面标记点的相应桩号提出各试验点测值，并与贝克曼梁测值一一对应，用数理统计的回归分析方法得到贝克曼梁测值与自动弯沉仪测值之间的相关关系方程，相关系数R不得小于0.95。（六）、检测报告内容测试报告应包括下列内容：（1）弯沉平均值、标准差、代表值、测试时的路面温度计温度修正值。（2）自动弯沉仪测值与贝克曼梁测值的相关关系式及相关系数。四、落锤式弯沉仪法测定路面弯沉一、目的与适用范围本方法适用于在落锤式弯沉仪(FWD)标准质量的重锤落下一定高度发生的冲击荷载的作用下，测定路基或路面表面所产生的瞬时变形，即测定在动态荷载作用下产生的动态弯沉及弯沉盆。（一）检测器具：落锤式弯沉仪：简称FWD，由荷载发生装置、弯沉检测装置、运算控制系统与车辆牵引系统等组成。（1）荷载发生装置：重锤的质量及落高根据使用目的与道路等级选择，荷载由传感器测定，如无特殊需要，重锤的质量为200±10kg,可采用产生50±5kN的冲击荷载。承载板宜为十字对称分开成4部分且底部固定有橡胶片的承载板。承载板的直径一般为300mm。（2）弯沉检测装置：由一组高精度位移传感器组成，传感器可为差动变压器式位移计(LVDT)或地震检波器。自承载板中心开始，沿道路纵向隔开一定距离布设一组传感器，传感器总数不少于7个，建议布置在0～250cm范围以内，必须包括0、30、60、90四点，其他根据需要及设备性能决定。（3）运算及控制装置：能在冲击荷载作用的瞬间内，记录冲击荷载及各个传感器所在位置测点的动态变形。（4）牵引装置：牵引FWD并安装运算及控制装置的车辆。工作原理：将测定车开到测定地点，通过计算机控制下的液压系统，启动落锤装置，使一定质量的落锤从一定高度自由落下，冲击力作用于承载板上并传递到路面，导致