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構不同深度豎向變形的總和。它是以路面在車輛荷載反復作用下出現(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構整體，包括結構層部分應力與抗力失衡狀態(tài)時的表現(xiàn)特征。彎沉另一個含義是道路結構表面在雙圓均布荷載作用下，輪隙中心處實測的路面彎沉值。柔性路面在荷載作用下產生豎向變形，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計指導資料。一般情況下，彎沉值越小，則結構強

2、度越高。在舊路改造前，對原有道路進行實際彎沉測量，可以勘測路況，作為道路補強設計的依據(jù)。在新建道路施工中或竣工后，彎沉測量可以檢驗施工質量是否達到設計強度要求和規(guī)范規(guī)定的標準指標。所以彎沉值的計算和確定作為道路質量的合格標準之一，我們作為設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。此方法作為道路補強設計及施工時彎沉檢驗的手段，在全世界得到了廣泛的應用。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，當路面溫度在20c ±2

3、以內可不用修正，在其他溫度測試時， 對瀝青層厚度大于 5cm的瀝青路面，彎沉值應予以修正。需要的儀具和材料：（1）標準車；雙輪，后軸雙側 4輪的載重車。其標準軸 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。測試車應采用后輪 10噸標準軸載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。當在半剛性基層瀝青路面或水泥混凝土路 面上測定時

4、，應采用長度為 5 .4 m的貝克曼梁彎沉儀；對柔性 基層和混合式結構瀝青路面可采用長度為3 .6mi的貝克曼梁彎沉儀測定。標準軸載等級BZZ-100后軸標準軸載P（KN）100± 1一側雙輪荷載（KN）50±0.5輪胎充氣壓強（MPA）0.70 ±0.05單輪傳壓而當量圓半徑（CM）21.30 ±0.5輪隙寬度應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，其距離隨測試需要而定。測點應 在路面行車車道的輪跡帶上，并用白油漆或粉筆畫上標記。將實驗車后輪輪隙對準測試點后約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，彎沉儀測頭置于測點上（輪隙中心前方3-5M處），并安裝百分表于彎沉儀測定桿上，百分表調零。測定著吹哨發(fā)令指揮車輛緩緩前進，百分表隨路面變形 的增加而持續(xù)向前轉動。當表針轉動到最大值時，迅速讀取初 讀數(shù)L1。汽車仍在繼續(xù)前進，表針反向回轉，待汽車駛由彎沉 影響半徑（約3m以上）后，指揮汽車停止。待表針回轉穩(wěn)定后， 再次讀取終讀數(shù)L2。汽車前進的速度宜為 5 km/h左右。彎沉值的準確測量為道路的各階段施工提供依據(jù)。下面結 合彎沉分類來闡述彎沉值的計算方法。彎沉主要分為設計彎 沉，容許彎沉和計算彎沉。1 設計彎沉設計彎沉值是路面強度控制彎沉值，是項目計劃階段經勘 察

6、現(xiàn)場實際情況后確定相應結構類型和公路等級以后經計算獲 得的路面彎沉指標。也是路面竣工后第一年不利季節(jié)，路面在 標準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，是路面驗收監(jiān)測的指標之一。設計彎沉值應考慮道路等級，設計年限內的累計標準當量軸次，以及面層和基層類型等因素。L d=600Ne-0.2 AcAsAb式中， Ld 設計彎沉值（ 0.01 mm）Ne設計年限內一個車道累計當量軸次（次/ 車道）城市道路設計規(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路面結構類型系數(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，出現(xiàn)的最大回彈彎沉值。是在設計彎沉之后經過路面強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=720Ne -0.2 AcAs式中， Lr 容許彎沉值（ 0.01 ）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：即路段內實測路彎沉值。這是貝克曼梁法實測彎沉值。計算公式如下：L0=（ L o+Za

8、S）Ki K3式中，L o路段內實測路標彎沉代表值（0.01mm）L0路段內實測路表彎沉平均值（0.01mm）I 04Li/ NII 一路段內實測點彎沉值（0.01mm）N一有效實測點數(shù)S一路段內實測路表彎沉標準差（0.01）S=VE （ Li- L 0）2/ （N-1）Za一與保證率有關的系數(shù)，高速公路、一級公路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?shù)亟涷灤_定。附表（網(wǎng)絡）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)場測試規(guī)程中規(guī)定進行。當測定面層平均溫度T> 20 c時,K（1/T-1/20）hn 1二當測定面層平均溫度T<20 c時，0.002 （20-T） hK3=e其中，T測定面層的平均溫度（C）T a+bToa一系數(shù)，a=-2.65+0.52hb一系數(shù)，b=0.62-0.008hTo測定時路表溫度與前五小時平均氣溫之和（C）h瀝青面層厚度代表

10、彎沉值應L°w Ld理論彎沉值的計算公式沒有查到，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)定荷載作用下產生荷載變形，卸載后能恢復的那一部分 變形。路面回彈彎沉量，不僅反映了路基路面結構的整體剛度 和強度，而且還與路面的使用狀態(tài)存在一定的內在聯(lián)系，通常 回彈彎沉值越大，路面結構的塑性變形也越大（剛性差），同時抗疲勞性能也差，難以承受重交通量。反之，則路面結構的抗 疲勞性能好，并能承受較重的交通量。回彈彎沉的計算公式如下：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 路表計算彎沉值（ 0.001 ）F 彎沉綜合修正系數(shù)P , 8標準車型的輪胎接地壓強（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-