用fwd分析路面结构

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1、用FWD分析路面结构西泽辰男*阿部长门**摘要：在路面结构分析中,准确评价路面结构是重要的,作为非破坏性的路面评价设备有落锤式弯沉仪(FWD)。由FWD测定弯沉值和弯沉盆形状评价路面结构安全性,需先判定FWD测定中的误差,由FWD测定的弯沉值反求各层弹性模量,使之在同一区间内大体相近,不同区间路面使用寿命差异较大。关键词：FWD弯沉测定反算分层弹性模量变异系数路面寿命*：石川工业专科学校环境都市工程系教授，工学博士。**：东亚道路工程有限公司技术部工学博士。前言判断路面结构现在处于什么样的状态，预测今后的变化，在路面管理中是十分重要的。为了预测包含面层的整个铺装层的

2、状态，有必要正确评价现有的路面结构。评价路面结构的安全性有不同的方法，但作为非破坏性评价最现实的方法是测定弯沉。路面弯沉值，反映了路床、基层、面层整体的结构承载性能。FWD(FallingWeightDeflectometer)采用相当于交通荷载作用快速测定弯沉的设备被开发，成为测定路面弯沉的世界标准设备。虽然通常的FWD采用与交通荷载大小相对应的荷载，但也利用荷载水平较低的手持式小型FWD测定弯沉。用FWD评价路面结构的目的是：①掌握某一区间内路面结构的整体状况；②发现区间内的异常路段；③选择破损路段的维修工艺；④向设计方反馈现场实绩。第①，通过将长区间内的实测弯

3、沉值和设计标准值进行比较，判定区间整体的安全性和路面结构修复的必要性，采用道路网水平作为评价的基础资料。为此需进行基于弯沉偏差的统计分析，还应通过反算方法求分层弹性模量，根据疲劳破坏标准计算路面剩余寿命，可进行未来的路面结构评价。第②，确定较该路段平均弯沉异常大的路段，编制出依据弯沉水平制定的维修计划。第③，确定路面结构破坏直接的原因，得出采用何种维修规模的分析资料，确认维修后路面结构的恢复程度。第④，从路面状况和反算求出各铺装层的弹性模量和路床承载力的关系，验证设计中采用的各种参数的合理性，作为调整路面设计的分析资料。所谓“反算”-7-，就是依据荷载和弯沉值推算路

4、面结构各层的弹性模量。向设计方反馈FWD数据，不仅要作FWD弯沉测定，还要进行路面状况调查，同时应收集路面断面、交通量、路面病害等基础数据。为了确认使用过程中的变化，进行长期观测调查是必要的。为了进行路面结构评价，有必要事先理解FWD测定弯沉值的数理统计性质。本文根据沥青路面和水泥路面的实测数据，介绍由FWD测得的弯沉数据的统计性质。1、沥青路面的结构评价采用沥青路面试验路段的弯沉数据，根据弯沉水平或弹性模量考虑其中可靠度因素，进行路面使用寿命评价的比较分析。这里的分析数据，是依据图-1所示的设计交通量“C级”，设计CBR12%的沥青路面结构得到的。在试验路1,14

5、0m路段测得的弯沉纵断面如图-2所示。本路段虽然采用49kN荷载(锤重)进行测定，但因路床和路基结构强度高，因此距荷载点1,500mm、2,000mm位置的弯沉很小，受此影响，荷载点下体现路床和路面结构整体强度评价指标的弯沉值，也较通常沥青路面小得多。沥青面层沥青稳定处理基层级配碎石底基层路床100100170图-1沥青试验路路面结构断面图[C交通,设计CBR12%(单位：mm)](修正)弯沉值(mm)距离(mm)图-2试验路面的弯沉纵断图采用这些弯沉数据，使用反算程序(BALM99)求出路面各层的弹性模量，根据反算法求得的每一测点的分层弹性模量如图-3所示。-7-

6、弹性模量(MPa)距离(m)沥青面层沥青稳定处理级配碎石路床图-3反算求得各层弹性模量变动图分析各层弹性模量，可见不少路段路床弹性模量高于级配碎石的弹性模量，沥青面层和沥青稳定处理基层的弹性模量和路床、底基层级配碎石弹性模量相比变化较小，因而试验路段结构强度的变化可按路床和底基层考虑。为了研究模量变化的影响，采用以下四种弹性模量，依据沥青混合料底部拉应变得到的疲劳破坏关系式，进行49kN容许轮数的比较分析，四种弹性模量如下：⑴采用全部测点弯沉的平均值反算的平均弹性模量。⑵用弯沉平均值+1.28σ(σ为弯沉标准差)的弯沉代表值反算“代表弯沉弹性模量”。⑶用各点弯沉值反

7、算每点的弹性模量平均值，得出“平均弹性模量”。⑷由⑴、⑶得出的平均弹性模量-1.28σ(σ为弹性模量标准偏差)得出的“代表弹性模量”，可看出由全部测点弯沉平均值反算的弹性模量和各测点反算得出的弹性模量有何不同，此外从⑵和⑷的结果，可看出偏差的影响。用上述四种方法算出的弹性模量，按多层弹性体系设计程序(GAMES2.3)计算出沥青稳定处理底面拉应变，由该拉应变按《路面设计施工指南》所述的疲劳破坏关系式，算出49kN容许轮数(译注：即10t轴载的容许累计轴载数)如表-1所列：表-14种弹性模量和应变值计算的49kN容许轮数表弹性模量类型弹性模量(MPa)沥青稳定处理