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 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)度越高。在

2、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)?；炷谅访鎻澇恋臋z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時(shí)為準(zhǔn)，當(dāng)路面溫度在20±2以內(nèi)可不用修正，在其

3、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)，應(yīng)采用長(zhǎng)度為5 .4 m的貝克曼梁彎

4、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單輪傳壓面當(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，與汽車方向一致，梁臂不得碰到輪胎，彎沉儀測(cè)頭置

5、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(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

6、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-0.2AcAsAb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1.0，瀝青碎石，瀝青貫入式碎（礫）石1.1，瀝青表面處置1.21，粒

7、料1.3。 Ab路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)，半剛性基層瀝青路面1.0，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-0.2AcAs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=( L0+ZaS)K1 K3式中， L0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

8、彎沉平均值（0.01mm） L0=Li/ N Li路段內(nèi)實(shí)測(cè)點(diǎn)彎沉值（0.01mm） N有效實(shí)測(cè)點(diǎn)數(shù) S路段內(nèi)實(shí)測(cè)路表彎沉標(biāo)準(zhǔn)差（0.01） S=（Li- L0）2/（N-1) Za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=1.5 K1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11.3-1.41.2-1.31.1-1.2中11.5-1.61.4-1.51.3-1.4濕11.9-2.01.8-1.91.6-1.7瀝青干11.2-1.31.1-1.21.

9、05-1.15中11.4-1.51.3-1.41.2-1.3濕11.8-1.91.7-1.81.5-1.6 K3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T20時(shí)， K3=e(1/T-1/20)h 當(dāng)測(cè)定面層平均溫度T<20時(shí)， K3=e0.002（20-T）h 其中， T測(cè)定面層的平均溫度（） T a+bTo a系數(shù)，a=-2.65+0.52h b系數(shù), b=0.62-0.008h To測(cè)定時(shí)路表溫度與前五小時(shí)平均 氣溫之 和（） h瀝青面層厚度代表彎沉值應(yīng) L0 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

10、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?；貜棌澇林翟酱?，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。 回彈彎沉的計(jì)算公式如下： Ls=1000×2P/E1×acF 其中，ac=f(h1/,h2/,.,E2/E1,E3/E2,.,E0/ En-1) F=1.63(Ls/2000)0.38(E0/P)0.36 Ls路表計(jì)算彎沉值（0.001） F彎沉綜合修正系數(shù) P，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各層材料抗壓回彈模量（MPa) h1,.hn-1各結(jié)構(gòu)層