第三章道路承载能力

LOGO第三章道路承载能力检测技术长安大学公路学院2012年3月支喜兰第三章道路承载能力检测技术一、概述1．意义路基路面整体强度（承载力）——荷载——变形弹性理论——回弹弯沉值设计沥青路面重要设计指标施工路基、沥青路面结构层施工质量验收指标养护路面结构强度评价指标第三章道路承载能力检测技术2．测试方法主要有：贝克曼梁自动弯沉仪落锤式弯沉仪第三章道路承载能力检测技术二、贝克曼梁1．原理：杠杆原理支架支点后轮后轴前轮前轴支架支点l贝克曼梁2l大梁第三章道路承载能力检测技术2．仪具（1）标准车：单后轴双侧4轮10t，标准轴载BZZ-100。弯沉测定用的标准车参数标准轴载后轴标准轴载P（kN）一侧双轮荷载（kN）BZZ-100100±150±0.5轮胎充气压力（Mpa）单轮传压面当量圆直径（cm）轮隙宽度0.7±0.0521.3±0.5应满足能自由插入弯沉仪测头的测试要求dpddpd第三章道路承载能力检测技术（2）路面弯沉仪贝克曼梁：3.6m（铸铁）（2.4m+1.2m）5.4m（铝合金、折叠）（3.6m+1.8m）7.2m（4.8m+2.4m）百分表及表架2x1x第三章道路承载能力检测技术（3）温度计接触式路表温度计端部为平头，分度不大于1℃第三章道路承载能力检测技术3．测试过程前进卸荷法第三章道路承载能力检测技术4．数据整理①测点实测回弹弯沉值：L(L初L终)2第三章道路承载能力检测技术②支点变形修正如果用3.6m贝克曼梁则需要修正，可用2根贝克曼梁联测，一根贝克曼梁测头置于轮隙，另一根贝克曼梁测头置于前一根贝克曼梁的支点处。LT=(L1-L2)×2+(L3-L4)×6不同路面结构需分别修正。如果用5.4m贝克曼梁则不需要支点变形修正。第三章道路承载能力检测技术③温度修正：沥青层大于5cm，路面温度超过20℃±2℃时，需要进行温度修正。修正方法：查图法（美国）：需要测得路表温度和前5日平均气温，知道沥青面层厚度和基层类型。第三章道路承载能力检测技术④若在非不利季节测定时，应考虑季节影响系数。⑤评定路段弯沉平均值、标准差及代表弯沉计算。每公里每一双车道80～100点。（评定标准）层位高速、一级公路二、三级公路沥青面层Za=1.645Za=1.5路基、柔性基层Za=2.0Za=1.645l09308E0第三章道路承载能力检测技术5．评价（1）施工质量验收lrlZaS[l]Za为与保证率有关的系数路基[l]按Eo计算：0.938沥青路面[l]为路表面弯沉检测标准值la（按设计结构计算）满足要求，得满分，否则，得零分。超出2～3S值剔除、分析、局部处理。评价指标优良中次差路面结构强度指数PSSI≥90≥80，＜90≥70，＜80≥60，＜70＜60第三章道路承载能力检测技术（2）路面结构强度评价（公路技术状况评定标准）路面结构强度的评价标准等级优、良中次差接缝传荷系数kj（%）8056~8031~5531kj100第三章道路承载能力检测技术（3）水泥混凝土路面养护①接缝传荷能力评定（旧水泥混凝土路面加铺层设计）将荷载施加在邻近接缝的路面表面，实测接缝两侧边缘的弯沉值，则传荷系数为：式中：Wu—未受荷边弯沉值；Wl—受荷边弯沉值。wuwl第三章道路承载能力检测技术②板底脱空状况评定（旧水泥混凝土路面加铺层设计）根据面板角隅处的多级荷载弯沉测试结果，并综合考虑唧泥和错台发展程度以及接缝传荷能力进行判别。第三章道路承载能力检测技术6．注意事项测试车标准轴载测定轮距间隙（可加垫片撑开）测头安放位置（轮隙中心前方3～5cm处）荷载稳定（行车偏载、前移）()i第三章道路承载能力检测技术7．有关问题讨论①影响测试结果的因素（数据分析）路基路面各层的材料性质、结构组成类型、压实状况、温湿环境、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②路面施工过程各结构层弯沉值检验标准③非标准轴载检测问题：l100P1000.87liP④沥青弯沉变化规律：路龄（结构、时间、累计轴载）、测试方法不一致（3.6m，5.4m）、数据不统一(不修正)第三章道路承载能力检测技术第三章道路承载能力检测技术第三章道路承载能力检测技术三、自动弯沉仪1．主要设备法国Lacroix洛克鲁瓦型由承载车、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。测量机构安装在测试车底盘下面。第三章道路承载能力检测技术2．工作原理杠杆、机电测试车行驶——放下弯沉测试梁——后轴轮隙通过测头位移传感器自动记录弯沉——测定梁抬起并以2倍于测试车行驶速度向前置于下一测点，周而复始连续测定。可计算、输出弯沉检测统计结果。第三章道路承载能力检测技术激光自动弯沉仪向地面发射激光束并接收反射信号,根据激光多普勒原理,通过测量地面在荷载作用下位移的速率数值,进而计算出最大弯沉值。激光自动弯沉仪测速：50km/h～80km/h,大幅度提高了测试精度和采样频率和现场测试的安全性问题。第三章道路承载能力检测技术后插式路面弯沉自动测试仪横坡i范围高位修正系数低位修正系数4%1/(1-i)1/(1+i)第三章道路承载能力检测技术3．技术要点①位移传感器标定②检查测试车轮胎气压：0.7MPa③检查测试车轮载：100KN④弯沉值的横坡修正：超高路段横坡i4%⑤不宜检测情况：路面严重损坏、不平整、有坑槽、车辙，平曲线半径过小处，可能损坏设备。第三章道路承载能力检测技术4．注意事项①自动弯沉仪测定结果为静态总弯沉。②与贝克曼梁做对比试验，确定两者的相关关系lB=a+blA相关系数R≥0.95换算为回弹弯沉值，才能用于路基路面强度评定。③不同路面结构和材料、路基状况、温度、水文条件、路面使用状况，其对比关系也有所不同。第三章道路承载能力检测技术四、落锤式弯沉仪(FWD)FallingWeightDeflectometer始于美国、日本、丹麦，美国SHRP计划，用FWD进行长达20年的路面跟踪观测与使用性能研究。车载式内置式拖车式√第三章道路承载能力检测技术1．主要设备①荷载发生装置：锤质量200kg，产生50kN冲击荷载，承载板D=30cm，相当于标准轴载P=0.7MPa。②弯沉检测装置：位移传感器7-9个，0~250cm范围必须包括0cm、30cm、60cm、90cm四点。③运算及控制装置：记录各点变形④牵引车D5D3第三章道路承载能力检测技术2．工作原理标准质量的重锤从一定高度落下，发生冲击荷载，路面表面产生瞬间变形，位移传感器测定各点弯沉、描绘弯沉盆、统计计算。落锤测试梁位移传感器落锤承载板D1D2D6D4弯沉盆FWD测试原理D7承载板位移传感器FWD测试装置第三章道路承载能力检测技术3．技术要点①测速50km/h②每一测点重复3次，舍去第一次，取平均值第三章道路承载能力检测技术4．注意事项①测得的是动态弯沉及弯沉盆②与贝克曼梁做对比试验，得回归方程：lB=a+blFWDR≥0.95换算为回弹弯沉值，才能用于路基路面强度评定。不同路面结构和材料、路基状况、温度、水文条件、路面使用状况，其对比关系也有所不同。第三章道路承载能力检测技术③用途：弯沉值道路结构承载力路面性能评价预测路面剩余寿命弯沉盆分析反算路基路面各层模量水泥路面接缝传荷能力评定探查水泥路面板脱空第三章道路承载能力检测技术通过对FWD所测弯沉盆数据的分析，反演路面结构层的弹性模量的重点和需要解决的问题：路面结构力学特性的模拟反分析的适定性（存在性、唯一性、稳定性）反演结果的验证与应用等第三章道路承载能力检测技术五、其他方法1．激光弯沉测定仪利用激光光线作为臂长，专门测路面微小弯沉，微米级例如冬季沥青路面，贝克曼梁无法测量时。激光测定仪具有操作简易、精度高、读数稳定、体积小、质量轻等特点。第三章道路承载能力检测技术激光器、光电转化测头、放大器、电桥、显示表示激光—硅光电池原理、前进卸荷法发出激光————5m————光电转换、测头，回弹变形大，落入小孔的激光量多，则产生的电流大激光弯沉测量原理图第三章道路承载能力检测技术2振动式弯沉仪（1）美国（德州）Dynaflect（2）美国（加州）RoadRater（3）美国（WES）Vibrator第三章道路承载能力检测技术（1）美国（德州）Dynaflect设备包括一个动态的力发电机（即产生振荡负荷），运动测量仪器（测量振荡负载），校准装置和五个位移传感器。它们可以衡量一个弯沉盆。DynaflectForceOutput第三章道路承载能力检测技术StandardLocationofDynaflectLoadingWheelsandTransducers第三章道路承载能力检测技术（2）美国（加州）RoadRater第三章道路承载能力检测技术RoadRater第三章道路承载能力检测技术（3）美国（WES）VibratorAASHTOT256:PavementDeflectionMeasurementsAASHTO=AmericanAssociationofStateHighwayandTransportationOfficialsASTMD4695:GeneralPavementDeflectionMeasurementsASTM=AmericanSocietyforTestingandMaterials第三章道路承载能力检测技术振动式弯沉仪的特点：动荷发生器（周期荷载）传感器（精度高、重复性好）多点弯沉动荷较小第三章道路承载能力检测技术3．滚轮式弯沉仪RWD（RollingWheelDeflectometer）高频激光扫描丹麦美国瑞典测速约55英里/小时，适合于路用普查特点：真实受力状态、测速高、影响交通小第三章道路承载能力检测技术第三章道路承载能力检测技术4．滚动动力弯沉仪RDD（RollingDynamicWheelDeflectometer）德克萨斯大学研制滚动式弯沉传感器测速25km/h提供路表被损摄像特点：连续测量、信息量大、但测速较慢第三章道路承载能力检测技术滚动动力弯沉仪RDD第三章道路承载能力检测技术5．便携式落锤弯沉仪（PFWD）（手持落锤弯沉仪、轻型落锤弯沉仪）德国、芬兰落锤重量：10kg承载板直径：15cm落高：70~85cm位移传感器个数：1个表面弯沉、综合弹性模量布西奈斯克理论—弹性半空间丹麦CarlBroPRIMA100型PFWD问题：①忽略了动力作用②泊松比取0.5，半刚性基层误差大③与贝克曼梁测得的回弹弯沉值，相关系数0.66第三章道路承载能力检测技术发展现状：—弯沉值测点：4点（最多可扩展到7点）—落锤重量:落锤质量10kg（5、20kg可选）—最大落高:90cm—承载板直径:100-200-300mm—荷载范围:1－20KN第三章道路承载能力检测技术第三章道路承载能力检测技术