探讨如何解决路面弯沉现象

　　摘要：路面弯沉是反映路面各结构层整体强度和刚度的重要指标，是路基路面整体强度的重要参数，同时也与路面的使用状况存在着一定的内在联系。

　　关键词：路面;弯沉;测试;设备

　　路面弯沉的我国已广泛使用且有很多的经验及研究成果，它不仅用于路面结构的设计中，用于施工控制及施工验收中，同时还用在旧路补强设计中，是公路工程的一个基本参数，所以正确的测试具有重要的意义。路面弯沉不仅反映路面各结构层及土基的整体强度和刚度，而且与路面的使用状态存在一定的内在联系。

　　1、弯沉值的几个概念

　　弯沉：弯沉是指在规定的标准轴载作用下，路基或路面表面轮隙位置产生的总垂直变形(总弯沉)或垂直回弹弯形值(回弹弯沉)，以0.01mm为单位。

　　设计弯沉值：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。

　　竣工验收弯沉值：是检验路面是否达到设计要求的指标之一，当路面厚度计算以设计弯沉值为控制指标时，则验收弯沉值应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，重新计算路面的弯沉值，该弯沉值即为竣工验收弯沉值。

　　2、路面弯沉的变化规律

　　路表弯沉的变化，是一个多方面因素综合作用的复杂过程。路基路面各层的材料性质、结构组成类型、压实状况、压实程度、温湿度环境、气候条件、交通组成、检测时的环境条件以及使用的仪器设备及检测人员的检测水平等均对弯沉的的大小产生很大影响

　　沥青混凝土路面的表面弯沉变化过程分为三个阶段。路面竣工后的前1-2年为第一阶段。在这一阶段，由于车辆荷载的重复碾压，渐趋压实，加上半刚性基层材料随着龄期强度增长，从而导致路表弯沉将逐渐减小，大约在路面竣工后的第2年达到最小值。路面竣工后的第2年到第4年为第二阶段。在这一阶段路表弯沉不断增长。这是因为一方面半刚性基层的强度增长已十分缓慢，并逐渐趋于相对稳定状态;另一方面由于车辆荷载的重复作用以及水、温度状况的变化，加之路面混合料本身因拌合不均匀导致的强度不均匀等因素影响，结构内部微观缺陷将因局部范围的应力集中而扩展，并逐渐出现小范围的局部破坏，从而导致路面结构整体刚度的下降，使得路表弯沉急剧增大。路面竣工3-4年后直至达到极限破坏状态为弯沉变化的第三阶段。在这一阶段，路面由于各种复杂因素产生的局部强度不足的问题已充分暴露，内部缺陷附近局部强度不足的区域积蓄的高密度能量也已通过缺陷的扩展而转移，并自动实现了整个系统的能量平衡，从而使结构损伤得到抑制。路面结构的整体刚度达到一个较低水平的相对稳定。

　　3、路面现场弯沉测试

　　3.1内克曼桥梁弯沉测试

　　用贝克曼桥梁测试弯沉，作为施工验收及补强设计时弯沉检验的手段，是我国现行通用的做法，同时也一直是路面结构设计的基本参数[1]。在我国现阶段，弯沉测试一般测试的是路面回弹弯沉而非总弯沉。

　　我国一直规定用解放牌CA-10B型及黄河JN-150型作为两个荷载等级的标准车，但随着汽车工业的发展，这两种型号的车已相当落后，尤其在1986年国家经委、发改委、交通运输部等10个部委联合发布关于加速老旧汽车报废更新的暂行规定，明令解放CA-10B型及黄河JN-150为报废车型不再生产后，这两种车型显然已不能作为标准车型，为此我国参照国外试验方法，规定了测试车的后轴标准轴载、轮胎压力及当量园直径。

　　在此对工程实际中经常用到的BZZ-100型汽车的参数校验加以说明。

　　(1)后轴的轴载。

　　汽车的后轴标准轴载应为100+1kN，即向汽车车槽中装载(砂石、砖等)，注意堆放要稳妥，装载要均匀，不得出现偏载，将汽车前轮驶离地磅，称量后轮重，使之重量在99 kN～101 kN之间(包括99 kN和101kN)

　　(2)轮胎的充气压力。

　　用气压表检查轮胎内胎的气压是否符合0.7+0.05Mpa。

　　(3)轮胎的接地面积。

　　在光滑平整的硬质路面上用千斤顶将汽车后轴顶起，在轮胎下放铺一张新的复写纸，轻轻落下千斤顶，在方格纸上印上轮胎印痕，用数方格的计算测算轮胎接地面积，精确至0.1cm2,换算成当量圆直径，应符合规定值21.30+0.5 cm。

　　(4)轮隙宽度。

　　测试前要检查是否两个后轮均能自由插入弯沉仪的测头。如后轮轮隙过小，可以在轮轴上加合适宽度的金属垫片。

　　(5)百分表灵敏度。

　　安装经过计量校验的百分表于弯沉仪的测定杆上，百分表调零，用手指轻叩弯沉仪，检查百分表是否稳定回零。

　　弯沉仪由贝克曼梁、百分表及表架组成。弯沉仪长度有两种：一种3.6m，前后臂分别为2.4 m和1.2 m;另一种加长的弯沉仪长5.4 m，前后臂分别为3.6 m和1.8 m。当在半刚性基层沥青路面上测定时，宜采用长度为5.4 m的贝克曼梁弯沉仪，以避免支点沉降的影响。

　　测定代表弯沉值时，应以每公里每一双车道为一评定路段。每路段检查80～100个点。对多车道公路必须按车道数与双车道之比，相应增加测点数。

　　对于沥青混凝土路面来说，弯沉测定是在沥青混凝土路面上进行的，而表层区域受天气影响变化较大，夏天沥青混凝土路面发软，冬天又变硬发脆。因此如在冬天测定时，由于路面过硬也会产生失真现象。所以需要定出一个温度为测定弯沉的标准状态。

　　注意弯沉测试的时间应选在路面竣工后第一年的最不利季节。

　　3.2 JG型自动弯沉仪弯沉测试

　　JG型自动弯沉仪的基本工作原理与贝克曼梁弯沉测试的原理相同，都是简单的杠杆原理，其本质是贝克曼梁的自动化形式。它利用了检测车本身后轴的轴重，安装在汽车底盘下方类似于贝克曼梁支架的测量架上，实现了弯沉测试的自动化。

　　该方法测试的弯沉数据是路面在车辆荷载作用下的总弯沉，可为路面养护管理系统提供可靠的强度数据;同时也可用于新建路面、路基的施工质量控制及施工质量验收。

　　4、其他测定路面弯沉的方法

　　4.1自动弯沉仪测定路面弯沉

　　自动弯沉仪是利用贝克曼梁测定原理的快速连续测定设备，并在标准条件下每隔一定距离连续测试路面的总弯沉及测定路段的总弯沉平均值。罗克鲁瓦型自动弯沉测定车有测试汽车、测量机构、数据采集系统三部分组成，测量机构安装在测试车底盘下面，测臂夹在后轴轮隙中间。自动弯沉仪测试时的速度必须保持稳定，应控制在3.0～3.5Km/h范围内[2]。另外，当路面严重损坏、不平整、有坑槽时，测定设备有可能会被损坏，或者当平曲线半径过小时，则无法检测。

　　4.2激光弯沉测定仪

　　激光弯沉测定仪是专门用来测定路面微小弯沉用的，这种微小弯沉一般在微米数量级。例如，冬季气候条件下的沥青混凝土路面，用一般贝克曼梁弯沉仪已无法测量。由于机械之间摩擦所产生用的，这种微小弯沉一般在微米数量级。例如，冬季气候条件下的沥青混凝土路面，用一般贝克曼梁弯沉仪已无法测量。由于机械之间摩擦所产生的误差已将微变弯沉覆盖，因此只有用激光衍射办法才能测出它的微小弯沉值。激光弯沉测定仪具有操作简易、精度高、读数稳定、体积小、质量特轻等特点。

　　4.3相互换算

　　当用自动弯沉车或落锤式弯沉仪测定时，首先应建立自动弯沉车或落锤式弯沉仪与贝克曼梁检测之间的相关关系，并将自动弯沉车或落锤式弯沉仪测得的弯沉值换算为贝克曼梁的弯沉值，再计算路段的代表弯沉值。用自动弯沉车或落锤式弯沉仪测定路表弯沉时，应按5m的间距等距离布设测点。

　　5、弯沉测试的影响因素

　　5.1环境因素的影响

　　测试现场的温度、湿度、季节及地质状况均会对弯沉测值大小产生影响。通常情况下路面温度越高则实测弯沉值越偏大，这可以通过《公路路基路面现场测试规程》(JTG E60-2008)中路面弯沉温度修正曲线的斜率均为负值体现出来。实测弯沉值还应该依照《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)所推荐的系数表进行季节影响系数K1和湿度影响系数K2的修正。

　　5.2人为因素的影响

　　在进行弯沉测试时，有些情况下人为的影响作用较大。例如后轴轴载和轮胎气压的测量误差，贝克曼梁测头放置相对于轮隙中心的位置误差，以及测试人员读取百分表的误差均会影响测试弯沉值的大小。为此，现场测试人员必须经过严格的操作技术培训，测试过程中认真按照规范要求工作。

　　6、弯沉测定在公路工程施工过程中的应用

　　在公路工程施工中，尤其是大修工程中，进行旧路面的弯沉测定是很有必要的。旧路在经过多年行车荷载作用下，路面弯沉大多已达不到标准要求，在大修补强前，应针对旧路基进行弯沉测量，通过实测数据来确定需要重点补强的部位。

　　7、路面弯沉测试设备的选用

　　在我国现阶段的路面弯沉测试中，公路路基路面现场测试规程虽然推荐了自动弯沉仪及FWD，但同时也强调了贝克曼梁测定回弹弯沉、评定路面承载能力及回弹弯沉用于路面结构设计的权威性。同时我国的路面验收、旧路补强设计也是以回弹弯沉为控制指标的。因此，进行自动弯沉仪、FWD、贝克曼梁弯沉对比试验很有必要。

　　相对于贝克曼梁、自动弯沉仪、FWD具有测速快、精度高、自动化程度高的优点。FWD由于很好地模拟了行车荷载对路面的动力作用，并且可以得到测点弯沉时程曲线，现阶段被认为是最有效的路面承载能力评价设备。

　　目前，FWD和自动弯沉仪还不能完全替代贝克曼梁，若能找出各种检测设备的相关关系则对自动化弯沉检测设备的推广应用大有好处。

　　由于各种弯沉测试设备荷载性质不同，即使试验中可保证荷载大小相同，但加荷方式相差很大，且路面弯沉受温度、湿度、材料性质、路面结构组成等一系列因素的影响，所以任何相关关系式只是在一定的范围内对某一特定路面是正确的。同一条路在不同的季节、不同的剩余寿命期其对比关系都是不同的，甚至差别很大。因此在引用时应慎重考虑。

　　8、弯沉指标是评价公路质量优劣的重要指标

　　评价路面的质量有好多指标，如弯沉、压实度等等，这些指标中弯沉是最重要的指标之一。当我们测定的压实度达到要求时，弯沉并不一定达到，但当弯沉达到要求时，压实度一定能够保证。所以弯沉指标是评定公路质量优劣的重要指标，在施工过程中只有认识到弯沉变化的规律，才能做到对公路质量心中有数。

　　参考文献：

　　[1]JTG F40—2004公路沥青路面施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2004

　　[2]杜顺成.沥青混合料永久变形评价[J].中国公路学报，2006，(5).