《 路 基 路 面 工 程 》
实 验 指 导 书
(土木工程专业道桥方向)
郝 伟 编 写
西北农林科技大学水利与建筑工程学院
2024年 5月
目 录
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(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。
(2)本方法测定的路基、沥青路面的回弹弯沉值可供交工和竣工验收使用。
(3)本方法测定的路面回弹弯沉可为公路养护管理部门制定养路修路计划提供依据。
(4)沥青路面的弯沉以标准温度20℃时为准,在其他温度(超过20±2℃范围)测试时,对厚度大于5cm的沥青路面,弯沉值应予温度修正。
(1)贝克曼梁:由合金铝制成,上有水准泡,其前臂与后臂长度比为2:1。贝克曼梁按长度分为5.4m(3.6m+1.8m)梁和3.6m(2.4m+1.2m)梁两种。长度为5.4m 的贝克曼梁适用于各种类型的路面结构回弹弯沉的测试;长度为3.6m 的贝克曼梁适用于柔性基层沥青路面回弹弯沉的测试。
(2)加载车:单后轴、单侧双轮组的载重车,双轮轮隙应能满足自由插入贝克曼梁测头的要求,轴载、轮胎气压等技术参数应符合表1-1的要求。
(3)百分表及表架。
(4)路表温度计:分辨力不大于1℃。
(5)其他:钢直尺等。
表1-1 加载车的参数要求
后轴标准轴载P(kN) | 100±1 |
单侧双轮荷载(kN) | 50±0.5 |
轮胎气压(MPa) | 0.7±0.05 |
单轮传压面当量圆面积(mm2) | (3.56±0.20)×104 |
1)试验前准备工作
(1)检查并保持测试用加载车的车况及制动性能良好,轮胎气压应符合表1-1的要求。
(2)给加载车配重,并用地中衡称量后轴总质量及单侧双轮荷载等,均应符合表1-1的要求,加载车行驶及测试过程中,轴重不应变化。
(3)若启用新加载车或加载车轮胎发生较大磨损时应测试轮胎传压面面积。轮胎传压面面积测试方法如下:确保加载车双侧轮载及其轮胎气压满足表1-1的要求,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和一张方格纸,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单个轮胎印迹范围内的面积,均应符合表1-1 中单轮传压面当量圆面积的要求。
(4)当在沥青路面上测试时,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)。
(5)记录沥青路面结构层材料类型、设计厚度等情况。
2)测试步骤
(1)将加载车停放在测试路段的测试位置,后轮一般应置于道路行车轮迹带上。将贝克曼梁插入加载车后轮轮隙处,与加载车行车方向一致,梁臂不得接触轮胎。贝克曼梁测头置于轮隙中心前方(30~50)mm 处测点上。用路表温度计测量并记录测点附近的路表温度。可采用两台贝克曼梁对双侧轮迹同时进行回弹弯沉测试。
(2)将百分表安装在表架上,并将百分表的测头安放在贝克曼梁的测定杆顶面。轻轻叩击贝克曼梁,确保百分表正常归位。
(3)指挥加载车缓缓前进,速度一般为5km/h左右,百分表示值随路面变形持续增加。当示值最大时,迅速读取初读数L1。加载车仍继续前进,示值开始反向变化,待加载车驶出弯沉影响范围(约3m以上),百分表示值稳定后,读取终读数L2。
(4)指挥加载车沿轮迹带前行,驶向下一测试位置,重复(1)-(3)的步骤,完成测试路段的回弹弯沉测试。
当采用5.4m 贝克曼梁测试弯沉时,一般可不进行支点变形修正。当有可能引起贝克曼梁支座处变形,在测试时应检验支点有无变形。如果有变形时,此时应用另一台测试用的贝克曼梁安装在测定用贝克曼梁的后方,其测点架于测定用贝克曼梁的支点旁。当加载车开出时,同时测定两台贝克曼梁的弯沉读数,如检验贝克曼梁百分表有读数,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1-1所示。
图1-1 弯沉仪支点变形修正原理
1)路面测点的回弹弯沉值按下式计算:
(1-1)
式中: ——在沥青面层平均温度t 时的回弹弯沉值(0.01mm);
——车轮中心临近弯沉仪测头时百分表的最大读数即初读数(0.01mm);
——加载车驶出弯沉影响半径后待百分表稳定后的终读数(0.01mm)。
2)当需进行弯沉仪支点变形修正时,按下式计算路面测点回弹弯沉值。
(1-2)
式中:——加载车中心临近贝克曼梁测头时检验用贝克曼梁的最大读数(0.01mm);
——加载车驶出弯沉影响半径后检验用贝克曼梁的终读数(0.01mm)。
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。
3)当沥青面层厚度大于50mm时,回弹弯沉值应根据沥青面层平均温度进行温度修正,按下列步骤进行。
(1)按式(1-3)计算测定时的沥青面层平均温度
(1-3)
式中:t——测定时沥青面层平均温度,℃;
t25——根据t0由图1-2决定的路表下25mm处的温度,℃;
tm——根据t0由图1-2决定的沥青层中间深度的温度,℃;
te——根据t0由图1-2决定的沥青层底面处的温度,℃。
t0——测定时路表温度与测定前5d 日平均气温的平均值之和(℃),日平均气温为日最高气温与最低气温的平均值。
注:线上的数字表示路表下的不同深度(mm)。
图1-2 沥青面层平均温度的确定
(2)当沥青面层平均温度在(20±2)℃时,温度修正系数K=1。当沥青面层平均温度为其他温度时,应根据沥青面层厚度,分别由图1-3及图1-4求取不同基层的沥青路面弯沉值的温度修正系数K。
图1-3 路面弯沉温度修正系数曲线(适用于粒料基层及沥青稳定基层)
图1-4 路面弯沉温度修正系数曲线(适用于无机结合料稳定的半刚性基层)
(3)按式(1-4)计算修正后的沥青路面回弹弯沉值
(1-4)
式中:K——温度修正系数;
l20——修正后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)。
(1)弯沉值采用落锤式弯沉仪(FWD)、自动弯沉仪或贝克曼梁测量。每一双车道评定路段(不超过 1km)测量检查点数应符合表1-2规定,多车道公路应按车道数与双车道之比,相应增加测点。
表1-2 弯沉测点数
检测设备 | 落锤式弯沉仪(FWD) | 自动弯沉仪或贝克曼梁 |
测点数 | 40 | 80 |
(2)路基、沥青路面弯沉代表值为弯沉测量值的上波动界限,用式(1-5)计算:
(1-5)
式中:lr——弯沉代表值(0.01mm);
——实测弯沉的平均值;
S——标准差;
β——目标可靠度,见表1-3。
K1——湿度影响系数。路基顶面弯沉测定时,根据当地经验确定;路表弯沉测定时,根据实测弯沉值通过反算得到路基模量值,修正后得到结构模量值,然后得出测试状态下的弯沉湿度修正系数,或根据当地经验确定;
K3——湿度影响系数,路基顶面弯沉测定时取1;路表弯沉测定时根据下式确定;
T——弯沉测定时沥青结合料类材料层中点实测或预估温度(℃);
Ha——沥青结合料类材料层厚度(mm);
E0——平衡湿度状态下路基顶面回弹模量(MPa)。
表1-3 目标可靠指标β值
公路等级 | 高速公路 | 一级公路 | 二级公路 | 三级公路 | 四级公路 |
目标可靠度(%) | 95 | 90 | 85 | 80 | 70 |
目标可靠指标β | 1.65 | 1.28 | 1.04 | 0.84 | 0.52 |
(3)粒料类基层和底基层顶面弯沉代表值应按下式计算:
式中:lr——弯沉代表值(0.01mm);
——实测弯沉的平均值;
S——标准差;
β——目标可靠度,见表1-3。
——与要求保证率有关的系数,高速公路和一级公路取
=2.0,二级公路取
=1.645,二级以下公路取
=1.5。
(4)二级及二级以下公路,当路基和粒料类基层、底基层的弯沉代表值不符合要求时,可将超出可将超出的弯沉特异值舍弃,对舍弃的弯沉值大于
的点,应找出其周围界限,进行局部处理。的点,应找出其周围界限,进行局部处理,并对弯沉进行复测后重新计算平均值和标准差。高速公路、一级公路不得舍弃特异值。
报告应包含下列内容:
(1) 弯沉测定值、沥青面层平均温度、温度修正系数K、修正后的沥青路面回弹弯沉值。
(2) 每一个评定路段的各测点的实测弯沉平均值、标准差及弯沉代表值。
[1] JTG E40-2007公路土工试验规程[S],北京:人民交通出版社,2007
[2] JTG 3450-2019 公路路基路面现场测试规程[S],北京:人民交通出版社,2019
[3] JTG D50-2017公路沥青路面设计规范[S],北京:人民交通出版社,2017
[4] JTG F80/1-2017公路工程质量检验评定标准[S],北京:人民交通出版社,2017
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