彎沉的概念及計算方法

1、彎沉的概念及計算方法李燕J 八、路面彎沉是路基和路面結(jié)構(gòu)不同深度豎向變形的總和。它是以路面在車輛荷載反復(fù)作用下出現(xiàn)縱向裂縫為臨界狀態(tài)，以縱向網(wǎng)裂為破壞狀態(tài)，它主要反映車輛荷載作用下路面結(jié)構(gòu)整體，包括結(jié) 構(gòu)層部分應(yīng)力與抗力失衡狀態(tài)時的表現(xiàn)特征。彎沉另一個含義是道路結(jié)構(gòu)表面在雙圓均布荷載作用下，輪隙中心處實(shí)測的路面彎沉值。柔性路面在荷載作用下產(chǎn)生豎向變形， 在荷載作用后，變形的 量是彎沉值。彎沉值的概念就是荷載對路基路面作用前后，路基、路面發(fā)生變形的大小。用 1/100 毫米做計算單位。彎沉值的確定對新建道路的意義很大，也是工程初始階段必須考慮的因素和重要的設(shè)計指導(dǎo)資料。一般情況下，彎沉值越小，則

2、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度越高。在舊路改造前，對原有道路進(jìn)行實(shí)際彎沉測量，可以勘測路況，作為道 路補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計的依據(jù)。在新建道路施工中或竣工后，彎沉測量可以檢驗(yàn)施工質(zhì)量是否達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度要求和規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。所以彎 沉值的計算和確定作為道路質(zhì)量的合格標(biāo)準(zhǔn)之一，我們作為設(shè)計人員必須重視而不能忽視的。彎沉值的測定方法叫貝克曼梁測定法。是由美國人貝克曼于1953 年發(fā)明的。此方法作為道路補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計及施工時彎沉檢驗(yàn)的手段，在全世界得到了廣泛的應(yīng)用。此方法主要是用于瀝青路面的彎沉檢測?；炷谅访鎻澇恋臋z測方法一般為落錘式檢測法。具體檢 測方法如下：瀝青路面的彎沉檢測以瀝青面層平均溫度20 C 時為準(zhǔn)，當(dāng)路面溫度在 20C&#

3、177; 2 以內(nèi)可不用修正，在其他溫度測試時，對瀝青層厚度大于5cm的瀝青路面，彎沉值應(yīng)予以修正需要的儀具和材料：（1）標(biāo)準(zhǔn)車；雙輪，后軸雙側(cè)4輪的載重車。其標(biāo)準(zhǔn)軸荷載、輪胎尺寸、輪胎間隙及、輪胎氣壓等主要參數(shù)符合下表要求。測試車應(yīng)采用后輪10噸標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100的汽車。2）路面彎沉儀：由貝克曼梁、百分表及表架組成。貝克曼梁由合金鋁制成，上有水準(zhǔn)泡，其前臂（接觸地面）與后臂（裝百 分表）長 度比為2:1.彎沉儀長度有兩種：一種長 3.6m,前后臂分 別為2.4m和 1.2m;另一種加長的彎沉儀長5.4 m,前后臂分別是 3.6 m和1.8m。當(dāng)在半剛性基層瀝青路面或水泥混凝土路面上測定時

4、，應(yīng)采用長度為5 .4 m的貝克曼梁彎沉儀；對柔性基層和混合式結(jié)構(gòu)瀝青路面可采用長度為 3 .6mi的貝克曼梁彎沉儀測定。標(biāo)準(zhǔn)軸載等級BZZ -100后軸標(biāo)準(zhǔn)軸載P （KN）100 ± 1一側(cè)雙輪荷載（KN）50 ±輪胎充氣壓強(qiáng)（MPA）±單輪傳壓面當(dāng)量圓半徑（CM）±輪隙寬度應(yīng)滿足能自由插入彎沉儀測頭的測試要求（3）方法和步驟在測試路段布置測點(diǎn)，其距離隨測試需要而定。測點(diǎn)應(yīng)在路面行車車道的輪跡帶上，并用白油漆或粉筆畫上標(biāo)記。將實(shí)驗(yàn)車后輪輪隙對準(zhǔn)測試點(diǎn)后約3-5CM處的位置上 將彎沉儀插入汽車后輪之間的縫隙處，與汽車方向一致，梁臂不得碰到輪胎，彎沉儀測頭

5、置于測點(diǎn)上（輪隙中心前方3-5M 處），并安裝百分表于彎沉儀測定桿上，百分表調(diào)零。 測定著吹哨發(fā)令指揮車輛緩緩前進(jìn)，百分表隨路面變形的增加而持續(xù)向前轉(zhuǎn)動。當(dāng)表針轉(zhuǎn)動到最大值時，迅速讀取初讀數(shù)L1 。汽車仍在繼續(xù)前進(jìn)，表針反向回轉(zhuǎn)，待汽車駛出彎沉影響半徑（約 3m 以上）后，指揮汽車停止。待表針回轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，再次讀取終讀數(shù)L2。汽車前進(jìn)的速度宜為5 km/h左右。彎沉值的準(zhǔn)確測量為道路的各階段施工提供依據(jù)。下面結(jié)合彎沉分類來闡述彎沉值的計算方法。彎沉主要分為設(shè)計彎沉，容許 彎沉和計算彎沉。1 設(shè)計彎沉設(shè)計彎沉值是路面強(qiáng)度控制彎沉值，是項(xiàng)目計劃階段經(jīng)勘察現(xiàn)場實(shí)際情況后確定相應(yīng)結(jié)構(gòu)類型和公路等級以后經(jīng)

6、計算獲得的路面彎沉指標(biāo)。 也是路面竣工后第一年不利季節(jié)，路面在標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下所測得的最大回彈彎沉值。理論上是路面使用周期中的最小彎沉值，是路面驗(yàn)收監(jiān)測的指標(biāo)之一。設(shè)計彎沉值應(yīng)考慮道路等級，設(shè)計年限內(nèi)的累計標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量軸次，以及面層和基層類型等因素。L d=Ne 設(shè)計年限內(nèi)一個車道累計當(dāng)量軸次（次/ 車道） 城市道路設(shè)計規(guī)范Ac 道路分類等級，按不同城市，不同級別的道路，大 城市快速道，主干道，次干道，支路。As 面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層，瀝青碎石，瀝青 貫入式碎（礫）石，瀝青表面處置，粒料。Ab 路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)，半剛性基層瀝青路面，柔性基 層瀝青路面為。2 容許彎沉容許彎沉是合格路面在正常使

7、用周期末不利季節(jié)，路面處于臨界破壞狀態(tài)時，出現(xiàn)的最大回彈彎沉值。是在設(shè)計彎沉之后經(jīng)過路面強(qiáng)度不斷衰變的一個變化值。理論上是一個最小值。其公式如下：Lr=式中， Lr 容許彎沉值（）Ne 同上。Ac 同上。3 計算彎沉計算彎沉分檢測彎沉值和理論彎沉值（1 ）檢測彎沉值：即路段內(nèi)實(shí)測路彎沉值。這是貝克曼梁法實(shí)測彎沉值。計算公式如下：L 0=（ L 0+ZaS ） K1 K3式中 ， L 0 路段內(nèi)實(shí)測路標(biāo)彎沉代表值（0.01mm ）Lo-路段內(nèi)實(shí)測路表彎沉平均值（0.01mmLo 吃 Li/ NLi一路段內(nèi)實(shí)測點(diǎn)彎沉值（0.01mm）N一有效實(shí)測點(diǎn)數(shù)S一路段內(nèi)實(shí)測路表彎沉標(biāo)準(zhǔn)差（）S=VE （ L

8、i- L 0）2/ （N-1）Za一與保證率有關(guān)的系數(shù)，高速公路、一級公路Za二,其它公路瀝青路面 Za=Ki-季節(jié)影響系數(shù)，根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定。附表（網(wǎng)絡(luò)）路面類型路基干濕類型春融干季雨季凍前4-5月五月中旬-7月中 旬或9-10月7月中旬-9月末11月砂石干1中1濕1瀝青干1中1濕1K3-溫度修正系數(shù)。溫度修正方法，可按照公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程中規(guī)定進(jìn)行 當(dāng)測定面層平均溫度 T> 20 C時,limn(1/T-1/20)h3=e當(dāng)測定面層平均溫度 TV20 C時,3=20-T) h其中，T 測定面層的平均溫度（ C）T a+bToa系數(shù)，a=+b系數(shù) , b=To測定時路表溫度與前五

9、小時平均氣溫之和 （ C）h瀝青面層厚度代表彎沉值應(yīng)LoW Ld o理論彎沉值的計算公式?jīng)]有查到，這里略。另外，有必要探討一下回彈彎沉?；貜棌澇林傅氖锹坊访嬖谝?guī)定荷載作用下產(chǎn)生荷載變形，卸載后能恢復(fù)的那一部分變形。路面回彈彎沉量，不僅反映了路基路面結(jié)構(gòu)的整體剛度和強(qiáng)度，而 且還與路面的使用狀態(tài)存在一定的內(nèi)在聯(lián)系，通常回彈彎沉值越大，路面結(jié)構(gòu)的塑性變形也越大（剛性差），同時抗疲勞性能也差，難以承受重交通量。反之， 則路面結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能好，并能承受較重的交通量?；貜棌澇恋挠嬎愎饺缦拢篖s=1000 X 2P8/EiX acF其中，ac=f （hi/ 8 ,h2/ 8,E2/E1,E3/E2,E0/En-1 ）F=（ Ls/2ooo 8 ）（Eo/P）Ls 路表計算彎沉值（）F 彎沉綜合修正系數(shù)P, 8 標(biāo)準(zhǔn)車型的輪胎接地壓強(qiáng)（ MPa）ac 理論彎沉系數(shù)E0或EN 土基抗壓回彈模量（MPa ）E1,.En-1各層材