彎沉的概念及計(jì)算方法

1、彎沉的概念及計(jì)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(shí)的表現(xiàn)特征。彎沉另一個(gè)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(cè)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(duì)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(jì)算單位。彎沉值的確定對(duì)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(jì)指導(dǎo)資料。一般情況下，彎沉值越小，則結(jié)構(gòu)強(qiáng)

2、度越高。在舊路改造前，對(duì)原有道路進(jìn)行實(shí)際彎沉測(cè)量，可以勘測(cè)路況，作為道路補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的依據(jù)。在新建道路施工中或竣工后，彎沉測(cè)量可以檢驗(yàn)施工質(zhì)量是否達(dá)到設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)人員必須重視而不能忽視的。彎沉值的測(cè)定方法叫貝克曼梁測(cè)定法。是由美國(guó)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(jì)及施工時(shí)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(cè)。混凝土路面彎沉的檢測(cè)方法一般為落錘式檢 測(cè)法。具體檢測(cè)方法如下：瀝青路面的彎沉檢測(cè)以瀝青面層平均溫度20 c時(shí)為準(zhǔn)，當(dāng)路面溫度在20c ±2

3、以內(nèi)可不用修正，在其他溫度測(cè)試時(shí)， 對(duì)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(cè)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(zhǎng)度比為 2:1.彎沉儀長(zhǎng)度有兩種：一種長(zhǎng) 3.6m,前后 臂分別為2.4m和1.2m;另一種加長(zhǎng)的彎沉儀長(zhǎng) 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(cè)定時(shí)

4、，應(yīng)采用長(zhǎng)度為 5 .4 m的貝克曼梁彎沉儀；對(duì)柔性 基層和混合式結(jié)構(gòu)瀝青路面可采用長(zhǎng)度為3 .6mi的貝克曼梁彎沉儀測(cè)定。標(biāo)準(zhǔn)軸載等級(jí)BZZ-100后軸標(biāo)準(zhǔn)軸載P（KN）100± 1一側(cè)雙輪荷載（KN）50±0.5輪胎充氣壓強(qiáng)（MPA）0.70 ±0.05單輪傳壓而當(dāng)量圓半徑（CM）21.30 ±0.5輪隙寬度應(yīng)滿足能自由插入彎沉儀測(cè)頭的測(cè)試要求（3）方法和步驟：在測(cè)試路段布置測(cè)點(diǎn)，其距離隨測(cè)試需要而定。測(cè)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(duì)準(zhǔn)測(cè)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

5、車方向一 致，梁臂不得碰到輪胎，彎沉儀測(cè)頭置于測(cè)點(diǎn)上（輪隙中心前方3-5M處），并安裝百分表于彎沉儀測(cè)定桿上，百分表調(diào)零。測(cè)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(dòng)。當(dāng)表針轉(zhuǎn)動(dòng)到最大值時(shí)，迅速讀取初 讀數(shù)L1。汽車仍在繼續(xù)前進(jìn)，表針?lè)聪蚧剞D(zhuǎn)，待汽車駛由彎沉 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(cè)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(lái)闡述彎沉值的計(jì)算方法。彎沉主要分為設(shè)計(jì)彎 沉，容許彎沉和計(jì)算彎沉。1 設(shè)計(jì)彎沉設(shè)計(jì)彎沉值是路面強(qiáng)度控制彎沉值，是項(xiàng)目計(jì)劃階段經(jīng)勘 察

6、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況后確定相應(yīng)結(jié)構(gòu)類型和公路等級(jí)以后經(jīng)計(jì)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(cè)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(cè)的指標(biāo)之一。設(shè)計(jì)彎沉值應(yīng)考慮道路等級(jí)，設(shè)計(jì)年限內(nèi)的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量軸次，以及面層和基層類型等因素。L d=600Ne-0.2 AcAsAb式中， Ld 設(shè)計(jì)彎沉值（ 0.01 mm）Ne設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道累計(jì)當(dāng)量軸次（次/ 車道）城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范Ac道路分類等級(jí)，按不同城市，不同級(jí)別的道路， 大 城市快速道0.85 ，主干道 1.0 ，次干道 1.1 ，支路1.2 。As面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層1

7、.0 ，瀝青碎石，瀝青貫入式碎 （礫） 石 1.1 ，瀝青表面處置1.21 ，粒料 1.3 。Ab路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)，半剛性基層瀝青路面1.3 ，柔性基層瀝青路面為 1.6 。2 容許彎沉容許彎沉是合格路面在正常使用周期末不利季節(jié)，路面處于臨界破壞狀態(tài)時(shí)，出現(xiàn)的最大回彈彎沉值。是在設(shè)計(jì)彎沉之后經(jīng)過(guò)路面強(qiáng)度不斷衰變的一個(gè)變化值。理論上是一個(gè)最小值。其公式如下：Lr=720Ne -0.2 AcAs式中， Lr 容許彎沉值（ 0.01 ）Ne同上。Ac同上。3 計(jì)算彎沉計(jì)算彎沉分檢測(cè)彎沉值和理論彎沉值（1）檢測(cè)彎沉值：即路段內(nèi)實(shí)測(cè)路彎沉值。這是貝克曼梁法實(shí)測(cè)彎沉值。計(jì)算公式如下：L0=（ L o+Za

8、S）Ki K3式中，L o路段內(nèi)實(shí)測(cè)路標(biāo)彎沉代表值（0.01mm）L0路段內(nèi)實(shí)測(cè)路表彎沉平均值（0.01mm）I 04Li/ NII 一路段內(nèi)實(shí)測(cè)點(diǎn)彎沉值（0.01mm）N一有效實(shí)測(cè)點(diǎn)數(shù)S一路段內(nèi)實(shí)測(cè)路表彎沉標(biāo)準(zhǔn)差（0.01）S=VE （ Li- L 0）2/ （N-1）Za一與保證率有關(guān)的系數(shù)，高速公路、一級(jí)公路Za=1.645,其它公路瀝青路面 Za=1.5K1 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)）路面路基干濕春融干季雨季凍前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11.3-1.41.2-1.31.1-1.2中11.5-1.61.4-1.51.3-1.4

9、濕11.9-2.01.8-1.91.6-1.7瀝青干11.2-1.31.1-1.21.05-1.15中11.4-1.51.3-1.41.2-1.3濕11.8-1.91.7-1.81.5-1.6K3-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(chǎng)測(cè)試規(guī)程中規(guī)定進(jìn)行。當(dāng)測(cè)定面層平均溫度T> 20 c時(shí),K（1/T-1/20）hn 1二當(dāng)測(cè)定面層平均溫度T<20 c時(shí)，0.002 （20-T） hK3=e其中，T測(cè)定面層的平均溫度（C）T a+bToa一系數(shù)，a=-2.65+0.52hb一系數(shù)，b=0.62-0.008hTo測(cè)定時(shí)路表溫度與前五小時(shí)平均氣溫之和（C）h瀝青面層厚度代表

10、彎沉值應(yīng)L°w Ld理論彎沉值的計(jì)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(shí)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?jì)算公式如下：Ls=1000 x 2P6 /EiX acF其中，ac=f（h1/ 8 ,h2/ 6 ,E2/E1,E3/E2,E0/En-1）F=1.63（Ls/2000 6）0.38（E0/P） 0.36Ls 路表計(jì)算彎沉值（ 0.001 ）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ENH土基抗壓回彈模量（MPa）E1,.En-1各層材料抗壓回彈模量（ MPa）h1,.hn-