弯沉试验.docx

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弯沉试验

弯沉试验

弯沉试验

利用贝克曼梁测定路面回弹弯沉值操作简便，应用广泛，我国路面设计及检测的标准方法和基本参数都是建立在这种试验方法基础之上的，但是，这种试验方法整个测试过程全是人工操作，测试结果受人为因素的影响较大，而且测速慢。

自动弯沉仪是测定路面弯沉值的高效自动化设备，可对路面进行高密集点的强度测量，适用于路面施工质量控制、验收及路面养护管理。

1．主要设备

自动弯沉仪测定车：

洛克鲁瓦型，由测试汽车、测量机构、数据采集处理系统三部分组成。

测量机构安装在测试车底盘下面。

自动弯沉仪测定车的主要技术参数如下：

测试车轴距：

6.57m

测臂长度：

1.75-2.40m

后轴荷载：

100kn

测定轮对路面的压强：

0.7mpa

最小测试步距：

4-10m

测试精度：

0.01mm

测试速度：

1.5-4.0km/h

2．工作原理

自动弯沉仪的基本工作原理与贝克曼梁的原理是相同的，都是采用简单的杠杆原理。

自动弯沉仪测定车在检测路段以一定速度行驶，将安装在测试车前后轴之间底盘下面的弯沉测定梁放到车辆底盘的前端并支于地面保持不动，当后轴双轮隙通过测头时，弯沉通过位移传感器等装置被自动记录下来，这时，测定梁被拖动，以二倍的汽车速度拖到下一测点，周而复始地向前连续测定。

通过计算机可输出路段弯沉检测统计计算结果。

3.使用技术要点

（1）自动弯沉仪做长距离移动时，应根据路况把一些对通过能力影响大的组件、部件拆下来，待移动到测量工地时，再进行安装调试。

（2）操作计算机，根据要求输入有关信息及命令。

（3）为了保证系统a／d转换板与位移传感器的测量精度，应进行自动弯沉仪的标定。

（4）自动弯沉仪所采集数据以文本方式存储于计算机中，其记录格式分节点数据。

弯沉值数据及弯沉盆数据三种。

输入有关信息和参数后，可显示出左右双侧的弯沉峰值柱状图及峰值、距离和温度等；计算出平均值、标准差和代表弯沉值；显示弯沉盆图形并计算出曲率半径。

应当注意，自动弯沉仪测定的是总弯沉，因而与贝克曼梁测定的回弹弯沉有所不同。

可通过自动弯沉仪总弯沉与贝克曼梁回弹弯沉对比试验，得到两者相关关系式，换算为回弹弯沉，用于路基、路面强度评定。

关于自动弯沉仪测定路面弯沉试验方法可详见《公路路基路面现场测试规程》（jtj059-95）。

二、落锤式弯沉仪

利用贝克曼梁方法测出的回弹弯沉是静态弯沉。

自动弯沉仪检测弯沉时，因为汽车行进速度很慢，所测得的弯沉也接近静态弯沉。

为了模拟汽车快速行驶的实际情况，不少国家开发了动态弯沉的测试设备。

落锤式弯沉仪（fallingweightdeflectometer，简称fwd）模拟行车作用的冲击荷载下的弯沉量测，计算机自动采集数据，速度快，精度高。

近年来，采用落锤式弯沉仪（fwd）测定路面的动态弯沉，并用来反算路面的回弹模量。

已成为世界各国道路界的热门课题。

这种设备特别适用于高等级公路路面和机场的弯沉量测和承载能力评定。

落锤式弯沉仪是目前国际上最先进的路面强度无损检测设备之一。

1．主要设备

落锤式弯沉仪分为拖车式和内置式。

拖车式便于维修与存放，而内置式则较小巧、灵便。

（1）荷载发生装置：

包括落锤和直径300mm的4分式扇形承载板。

（2）弯沉检测装置：

由5-7个高精度传感器组成。

（3）运算及控制装置。

（4）牵引装置：

牵引fwd并安装运算及控制装置等的车辆。

2．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，导致路面产生弯沉，分布于距测点不同距离的传感器检测结构层表面的变形，记录系统将信号输入计算机，得到路面测点弯沉及弯沉盆。

3．使用技术要点

（1）通过调节锤重和落高可调整冲击荷载大小。

例如，我国路面设计标准轴载为bzz-100，落锤质量应选为5t，因为承载板直径为30cm，对路面的压强恰为0.7mpa。

（2）检测时，拖车式落锤弯沉仪牵引速度最大可达80km／h，根据我国的实际情况，牵引速度以50km/h左右为宜。

内置式落锤弯沉仪最高时速大于100km／h，每小时可测65点。

（3）传感器分布位置为:

1个位于承载板中心，其余布置在传感器支架上。

路面结构不同，弯沉影响半径亦不同。

路基或柔性基层沥青路面传感器分布在距荷载中心2.5m范围内即可。

目前，我国高等级公路大多采用半刚性基层沥青路面结构，弯沉影响半径已达3-5m，传感器分布范围应布置在距荷载中心3-4m范围内，以量测路面弯沉盆形状。

（4）每一测点重复测定不少于3次，舍去第一个测定值，取以后几次测定值的平均值作为计算依据，因为第一次测定的结果往往不稳定。

弯沉检测装置操作方式为计算机控制下的自动量测，所有测试数据均可显示在屏幕上或打印出来或存储在软盘上；可输出作用荷载、弯沉（盆）、路表温度及测点间距等；可打印弯沉平均值、标准差、变异系数及代表弯沉值等数据。

应当注意，落锤式弯沉仪所测弯沉为动态总弯沉，与贝克曼梁所测的静态回弹弯沉不同。

可通过对比试验，得到两者之间的相关关系，并据此将落锤式弯沉仪所测弯沉值换算为贝克曼梁的静态回弹弯沉值。

可利用计算机按弹性层状体系理论的计算模式和程序，根据落锤式弯沉仪所测弯沉盆数据反算路面各层材料的弹性模量。

　弯沉试验是基于高速公路、桥梁隧道等路基施工的控制检测,通过对不同路段和不同土质的路基进行落锤式弯沉仪（FWD）和贝克曼梁（BB）对比试验及相关性分析,提出了FWD检测路基的控制指标。

主要分落锤式弯沉仪（FWD）与贝克曼梁式弯沉仪（BB）的对比试验研究。

编辑本段检测方法

贝克曼梁测定路基路面回弹弯沉试验

　　目的和适用范围

　　1.1本方法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，可供路面结构设计使用。

　　1.2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。

　　2、引用标准

　　JTJ059-95《公路路基路面现场测试规程》

　　3、仪具与材料

　　本试验需要下列仪具与材料：

　　3.1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1的要求。

测试车可根据需要按公路等级选择，高速公路、一级公路及二级公路应采用后轴10t的BZZ-100标准车；其他等级公路可采用后轴6t的BZZ-60标准车。

　　测定弯沉用的标准车参数见下侧示意表

示意表

　　3.2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）长度比为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.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.弯沉采用百分表量得,也可用自动记录装置进行测量.

　　3.3接触式路表温度计:

端头为平头,分度不大于1℃.

　　3.4其他:

皮尺、口哨、白油漆或粉笔、指挥旗等.

　　4、试验方法

　　4.1准备工作

（1）查并保持测定用标准车的车况及刹车性能良好,轮胎内

　　胎符合规定充气压力.

（2）汽车车槽中装载（铁块或集料）,并用地中衡或野外承重测

　　试仪称量后轴总质量,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,准确至0.1cm²。

　　（4）查弯沉仪百分表测量灵敏情况。

　　（5）在沥青路面上测定时，用路表温度计测定试验时气温及

　　路表温度（一天中气温不断变化，应随时测定），并通过气象台了解前5d的平均气温（日最高气温与最低气温的平均值）。

　　（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。

　　4.2路基路面回弹弯沉测试步骤

（1）测试路段布置测点，其距离随测试需要而定。

测点

　　应在路面行车车道的轮迹带上，并用白油漆或粉笔划上标记

（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，也可以是双侧同时测定。

　　（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（约3m以上）后，吹口哨或挥动指挥红旗，汽车停止。

待表针回转稳定后，再次读取终读数L2。

汽车前进的速度宜为5Km/h左右。

　　4.3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，可在不同位置测定5次，求取平均值，以后每次测定时以此作为修正值。

支点变形修正的原理如图1所示。

（2）当采用长度为5.4m的弯沉仪测定时，可不进行支点变形修正。

　　5、结果计算及温度修正

　　5.1路面测点的回弹弯沉值依式

（1）计算：

　　LT=（L1-L2）×2

（1）

　　式中：

LT——在路面温度T时的回弹弯沉值（0.01mm）；

　　L1——车轮中心临近弯沉仪测头时百分表的最大读数（0.01mm）；

　　L2——汽车驶出弯沉影响半径后百分表的最终读数（0.01mm）。

　　5.2当需要进行弯沉仪支点变形修正时，路面测点的回弹弯沉

　　值按式

（2）计算。

　　LT=（L1-L2）×2+（L3-L4）×6

（2）

　　式中：

L1——车轮中心临近弯沉仪测头时测定用弯沉仪的最大读数（0.01mm）；

　　L2——汽车驶出弯沉影响半径后用弯沉仪的最终读数（0.01mm）；

　　L3——车轮中心临近弯沉仪测头时检验用弯沉仪的最大读数（0.01mm）；

　　L4——汽车驶出弯沉影响半径后检验用弯沉仪的终读数（0.01mm）。

　　注：

此式适用于测定用弯沉仪支座处有变形，但百分表架处路面已无变形的情况。

　　5.3沥青面层厚度大于5cm的沥青路面，回弹弯沉值应进行温

　　度修正，温度修正及回弹弯沉的计算宜按下列步骤进行。

（1）测定时的沥青层平均温度按式（3）计算：

　　T=（T25+Tm+Te）/3（3）

　　式中：

T——测定时沥青层平均温度（℃）；

　　T25——根据T0由图2决定的路表下25mm处的温度（℃）；

　　Tm——根据T0由图2决定的沥青层中间深度的温度（℃）；

　　Te——根据T0由图2决定的沥青层底面处的温度（℃）。

（2）采用不同基层的沥青路面弯沉值的温度修正系数K，根据沥青层平均温度T及沥青层厚度

　　（3）沥青路面回弹弯沉按式（4）计算：

　　L20=LT×K（4）

　　式中：

K——温度修正系数；

　　L20——换算为20℃的沥青路面回弹弯沉值（0.01mm）；

　　LT——测定时沥青面层内平均温度为T时的回弹弯沉值（0.01mm）。

　　b）按式（5）计算每一个评定路段的代表弯沉：

　　Lr=L+ZaS（5）

　　式中：

Lr——一个评定路段的代表弯沉（0.01mm）；

　　L——一个评定路段内经各项修正后的各测点弯沉的平均值（0.01mm）；

　　S——一个评定路段内经各项修正后的全部测点弯沉的标准差（0.01mm）；

　　Za——与保证率有关的系数，采用下列数值：

　　高速公路、一级公路Za=2.0

　　二级公路Za=1.645

　　二级以下公路Za=1.5

　　5、报告

　　报告应包括下列内容：

（1）弯沉测定表、支点变形修正值、测试时的路面温度及温度修正值。

（2）每一个评定路段的各测点弯沉的平均值、标准差及代表弯沉。