落锤式弯沉仪在道路量测上的应用研究

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1、落锤式弯沉仪在道路量测上的应用研究　　弯沉检测技术的发展大致经历了静态弯沉量测、稳态弯沉量测和脉冲动力弯沉量测3个阶段。静态弯沉量测主要有贝克曼梁式弯沉仪、加利福尼亚移动式弯沉仪及拉克鲁易克斯(LaCroix)弯沉仪等。其中贝克曼梁式弯沉仪应用最广，但它存在难以得到一个固定不动的基准点，只能测得单点最大弯沉值，不能模拟汽车荷载实际情况，测速慢、精度低等缺陷。稳态弯沉量测主要有动力弯沉仪，道路分级仪(Roadrater)等，它们存在自重静力预载，对应力敏感的材料有一定影响。脉冲动力弯沉量测设备的典型代表是落锤式弯沉仪(FWD)。从现代发展趋势看，FWD是较为理想的弯沉

2、量测设备。其优点是：加载系统能较好地模拟行车荷载作用，且可进行多级加载；采用计算机自动采集数据，速度快、精度高，特别适合于大规模测试；弯沉盆由一组传感器测定，这使得无损评价多层路面结构成为可能。我国现已引进10多台FWD，已利用FWD作了大量的测定和研究［1,2］，推进了我国道路无损检测技术的发展。我们在广佛高速公路和107国道新乡段旧路改建和罩面课题中，应用了FWD检测技术，为课题的方案设计、模型建立、理论计算提供了宝贵的现场资料。本文在研究现有国内外技术成果的基础上，探讨FWD在道路工程中的应用技术。1　路面材料工作特性的评价　　线弹性的路面体系问题已得到了较完

3、善的解决。但这一理论体系是建立在物体是连续的、线弹性的、均匀的和各向同性的、变形微小的等假设之上，与路基路面体系的真实状况尚有一定的甚至很大的差距。在实际工作中，我们发现在某些状况下，路面结构在荷载作用下的力学性质可用弹性层状体系理论来描觯惺痹蛴谜车曰虻苄曰蛘车苄岳砺劾疵枋龇侥苁视谩Ｒ虼耍瓒韵殖÷访嫣匦越衅兰郏杂檬屎系睦砺勰Ｐ屠疵枋觥?　　用FWD来分析路面材料工作特性的方法如下：量测时将几种有代表性的荷载施加于试验路面的同一位置，据量测结果绘制路表最大弯沉值与施加荷载的关系图，如果弯沉一荷载成线性关系，表示路面材料工作特性是线弹性的，可用弹性层状体系

4、理论来描述路面的应力、应变状态；否则，材料工作特性表现为非线性性，需要用材料非线性理论来描述路面受力状态。　　在试验中，代表荷载的选择以模拟路面行驶的各种车辆荷载为原则，一般可选择30，40，50，60kN；对于重交通路面，可增加70kN、80kN两种荷载。由轻荷载所测结果，必须通过外推方能获得适用于重荷载的结果。由于多数筑路材料的非线性和对应力的敏感性，外推可能导致很大误差。因此，我们强调推荐使用接近于行驶车辆的荷载进行路面检测。　　FWD提供的弯沉盆可对路面结构性能进行评价。随着交通荷载的增加，导致路面结构损伤，弯沉盆的特性会出现异常，一般来说，随交通量增加，F

5、WD读数也会增加。不论路面结构破坏与否，最大弯沉值(W1)不断增加，但当路面结构损伤时，W2、W3…等值有异常情况出现。W2、W3值相对变小，造成这一现象的原因是路表车辙、裂缝破坏了路面结构整体性，减小了荷载的发散或传递能力。这些异常现象的出现，是路面材料工作特性表现为非线性的开始。2　路面受力状况的评估　　在旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土罩面层，不仅简单方便，而且能有效地改善旧混凝土路面使用性能，延长使用寿命。但这种复合结构的一个主要病害就是产生反射裂缝。为有效防治反射裂缝，沥青混凝土罩面层受力状况是选择设计方案的重要因素。罩面受剪应力和弯拉应力的大小，是选择铺

6、筑防治或缓减反射裂缝夹层的重要依据。防反射裂缝夹层按其功能可分为两类：一类是加强罩面层，如钢丝网、土工格网；一类是让罩面层性能不受其下卧层的影响，起一个隔离，消散能量的作用，如SAMI。当然有的夹层则兼顾这两大作用。试验表明［3］，当罩面层受剪应力较大时，用SAMI防治反射裂缝作用不明显，此时宜选用加强罩面层作用的材料。通过FWD，可以评估罩面层受力状况，步骤如下：　　1)修筑试验路或选择路面结构、交通量、气候条件相同或相近的路段，选出一条接缝或裂缝作为评价参考位置；　　2)选择在冬季将承载板放在裂缝一侧的不同位置，量测弯沉盆；　　3)将几个位置的弯沉盆绘于同一图上

7、；　　4)分析各位置弯沉盆。如果在裂缝处跳跃很明显，则说明罩面层中所受剪应力较大，比较平缓则说明罩面层受剪应力较小。3　接缝、裂缝传荷能力评定　　接缝、裂缝传荷能力是反映刚性路面结构整体性能的重要参数。接、裂缝是水泥混凝土路面结构的最薄弱环节，绝大多数破坏都发生在接、裂缝附近。因此，接、裂缝传荷的评定成为水泥混凝土路面结构状况评定的重点。利用FWD测得接裂缝两边的弯沉盆，容易获得弯沉比传荷系数，该方法测试速度快、精度高。如果以应力比作传荷指标，则需建立接、裂缝处受力状况与接、裂缝传荷系数之间的关系：σ/σ0=f(W1/W2,l)　　　　　　(1)式中：σ/σ0为