蘭振文
福建省建研工程檢測有限公司 福建福州350000
高速公路路基質(zhì)量的好壞,不僅影響所處區(qū)域交通的正常運行,而且還會影響道路的使用壽命?;貜棌澇林底鳛橐豁椫匾臋z測參數(shù),在評價路基質(zhì)量時得到了廣泛的應(yīng)用?;貜棌澇林凳侵嘎坊蚵访嬖谝?guī)定荷載作用的情況下產(chǎn)生垂直變形,卸載后能夠恢復(fù)的那一部分變形?;貜棌澇恋拇笮∨c路基的實際使用狀況有很大的關(guān)系。如果回彈彎沉值過大[1],則說明結(jié)構(gòu)的剛性較差,抗疲勞的能力也不理想,不能承載很大的車流量。反之,當(dāng)回彈彎沉值較小時,其剛性越好,抗疲勞能力越強,適用于重型車輛。
目前,回彈彎沉檢測技術(shù)中的貝克曼梁法作為常用的檢測方法[2-3],其檢測結(jié)果準(zhǔn)確可靠,能夠取得十分理想的檢測效果。然而,在進(jìn)行回彈彎沉試驗時,隨著試驗車輛數(shù)量的增加,已經(jīng)無法保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性[4],其原因在于原有的彎沉試驗僅限于氣壓及軸載試驗,難以保證試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。例如,在測量周圍溫度的時候,無法不斷地修正和改善,不能滿足獲取精確數(shù)據(jù)的要求,使最終測量結(jié)果產(chǎn)生了較大的偏差[5]。為了解決這一問題,本文提出基于回彈彎沉檢測技術(shù)的公路路基檢測方法,為公路建設(shè)項目的維修和保養(yǎng)工作提供技術(shù)支撐。
某國道干線縱二線公路與國道交叉,屬于標(biāo)準(zhǔn)的一級公路。該公路為雙向8車道,其主行車道寬度為28.5m左右,輔行車道寬度為9.5m左右,主車道和輔車道設(shè)計時速分別為60km/h和40km/h。該公路路段全長為5.24km。在該公路路段內(nèi)存在長度為62.2m左右的橋梁,同時在主線車道范圍內(nèi)存在6道由混凝土箱涵建造的涵洞。
(1)測試車,型號為BZZ-100,該型號測試車標(biāo)準(zhǔn)軸距為100±1KN,雙輪荷載平衡,輪胎充氣壓力為0.7MPa左右,兩個車輪之間的寬度符合自由測試技術(shù)指標(biāo);
(2)彎沉儀,型號為:JG-2000,生產(chǎn)廠家為:沭陽縣市政工程儀器廠,該型號彎沉儀總長度為3600mm,杠桿比為2∶1,支點至前側(cè)點距離為2400mm;
(3)平頭式溫度儀,型號為:NP2-BA35,生產(chǎn)廠家為:湖南興科達(dá)電氣有限公司;
(4)可配置自動記錄裝置,型號為:MIK-R8000A,生產(chǎn)廠家為:杭州米科傳感技術(shù)有限公司。
2.2.1 檢測準(zhǔn)備
利用回彈彎沉檢測技術(shù)對公路路基進(jìn)行檢測,需充分做好試驗前的準(zhǔn)備工作:
(1)檢查測試車車況,并向檢測車槽內(nèi)添加集料,保證其軸總質(zhì)量[6];
(2)檢測測試車輪胎接地面積,使其精度達(dá)到0.1cm2;
(3)檢查彎沉儀、平頭式溫度儀和可配置自動記錄裝置是否可正常使用;
(4)充分收集公路路面施工與養(yǎng)護(hù)等基礎(chǔ)信息,用以后續(xù)系數(shù)修正。
2.2.2 檢測步驟
利用回彈彎沉檢測技術(shù)對公路路基進(jìn)行檢測,其步驟如下:
(1)在待測試路段設(shè)置測量點,并利用油漆進(jìn)行標(biāo)記。
(2)將測試車后輪輪隙對準(zhǔn)第一個測量點,其偏差不得大于5cm。同時將彎沉儀插入測試車后輪縫隙位置,彎沉儀方向與測試車行進(jìn)方向保持一致[7]。再調(diào)整彎沉儀上的百分表,使其初始化數(shù)值為0。
(3)向測試車發(fā)出行進(jìn)指令,使測試車保持4.5km/h的速度勻速行駛,同時彎沉儀的百分表數(shù)值會隨著測試車的行進(jìn)而變化,讀取當(dāng)前百分表的最大數(shù)值L1并記錄后,測試車停止行進(jìn),當(dāng)彎沉儀百分表回轉(zhuǎn)穩(wěn)定后,讀取百分表最終讀數(shù),標(biāo)記為L2。在該過程中利用可配置自動記錄裝置記錄上述數(shù)據(jù)。
分別在該公路主車道、輔車道和橋梁上選取3個測量點,使用本文方法檢測不同公路路基測量點的彎沉值,檢測結(jié)果如表1所示。
表1 不同路基類型測量點回彈彎沉值檢測結(jié)果
分析表1可知,公路路基類型不同時,其設(shè)計的彎沉值也存在一定差異,而應(yīng)用本文方法對不同公路路基類型測量點進(jìn)行回彈彎沉值檢測時,其主車道內(nèi)編碼為1和2的測量點回彈彎沉值高于其設(shè)計的彎沉值,說明該兩個測量點位置公路路基施工成果未符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),需對該位置結(jié)果進(jìn)行修正處理。而輔車道和橋梁的測量點回彈彎沉值均低于其設(shè)計值,說明該公路路基運營中不容易出現(xiàn)彎沉現(xiàn)象。綜上結(jié)果:本文方法可有效檢測公路路基不同類型的回彈彎沉值,且從其檢測結(jié)果可看出檢測路段是否滿足施工標(biāo)準(zhǔn),為公路維護(hù)和施工提供有效的數(shù)據(jù)支持。
在測試車的軸載作用下,公路路基表面位置產(chǎn)生的豎向回彈變形就是其回彈彎沉值,其通過觀察彎沉儀上的百分表讀數(shù)即可得到,但貝克曼梁法在應(yīng)用彎沉儀獲取公路路基回彈彎沉值時,其是獨立測量點檢測方式,因此需統(tǒng)計多個測量點的數(shù)值,此時公路路基回彈彎沉值計算公式如下:
獨立測量點實際彎沉值計算公式如下:
式中:
La——獨立測量點實際彎沉值;
L1、L2——百分表最大數(shù)值和最終讀數(shù)。
計算公路路基每個測量點的回彈彎沉平均值,表達(dá)公式如下:
式中:
m——公路路基量測點數(shù)量,且i∈m。
以公式(2)計算結(jié)果為基礎(chǔ),計算檢測的公路路段內(nèi)的代表彎沉值,表達(dá)公式如下:
式中:
Yβ、φ——分別表示保證率系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)值。
3.3.1 系數(shù)修正方法
當(dāng)檢測公路路基時,路面溫度過高會導(dǎo)致其測量到的回彈彎沉值精度不足,為去除掉彎沉值過高的測量點數(shù)值,需對路面溫度和其實際彎沉值進(jìn)行修正,其過程為:
當(dāng)公路路基瀝青鋪層超過5cm時,路面溫度低于18攝氏度或者高于23攝氏度時,需修正路面溫度,其修正公式如下:
式中:
ω——修正后的路面溫度;
ωa——路面實際溫度;
θ——溫度修正系數(shù)。
公路路基瀝青鋪層的平均溫度計算公式如下:
式中:
T——公路路基瀝青鋪層的平均溫度;
T0——在一段時間內(nèi)路面瀝青平均溫度與氣溫溫度均值的總和;
δ、σ——均表示調(diào)整系數(shù)。
對于公路路基回彈彎沉值的修正,其計算公式如下:
式中:
R、Q——分別表示測量側(cè)當(dāng)量半徑和接地壓強;
λ——理論彎沉系數(shù);
E0——公路路基回彈模量。
3.3.2 系數(shù)修正方法驗證
驗證本文方法對檢測的公路路基回彈彎沉值的系數(shù)修正能力,以10個測量點作為試驗對象,檢測其回彈彎沉值后對其進(jìn)行修正處理,測試結(jié)果如圖1所示。
圖1 回彈彎沉值修正結(jié)果
分析圖1可知,每個公路路基測量點的回彈彎沉值均不同,而使用本文方法對其回彈彎沉值進(jìn)行修正后,修正值和實際值高度吻合,該結(jié)果說明:本文方法不僅可有效檢測公路路基測量點的回彈彎沉值,還可對其進(jìn)行系數(shù)修正處理,使檢測結(jié)果更加靠近公路路基測量點的回彈彎沉值的實際值,其具備較為顯著的應(yīng)用效果。
公路路基的強度直接關(guān)系到其使用壽命,而檢測公路路基的回彈彎沉值可有效掌握公路路基強度數(shù)據(jù),為公路結(jié)構(gòu)設(shè)計、公路施工和驗收等提供依據(jù)。本文提出基于回彈彎沉檢測技術(shù)的公路路基檢測方法,介紹了檢測技術(shù)要點以及彎沉值計算與系數(shù)修正。但該方法依然存在一些缺陷,如該方法并未對測量點的坐標(biāo)進(jìn)行校核處理,會導(dǎo)致其與彎沉儀測量的位置存在一些偏差,以及并未對檢測到的公路路基回彈彎沉數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,檢測到的回彈彎沉數(shù)據(jù)內(nèi)會存在無效數(shù)據(jù)或冗余數(shù)據(jù),該情況會導(dǎo)致修正系數(shù)的時間較長。面對上述問題,未來需更多該領(lǐng)域?qū)W者展開分析與研究,以提升公路路基檢測的技術(shù)水平。