道路与桥梁工程试验检测技术第一篇第5章路基路面强度与弯沉检测.ppt

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1、1,第5章 路基路面强度与弯沉检测,2,土基的强度可用若干指标来表达（如抗剪强度、CBR值、回弹模量等）。 土基回弹模量的确定可以通过现场实测、室内实验法或通过经验公式计算确定。 我国现行沥青路面设计规范中各层材料的模量、路面材料的回弹模量值应在不利季节进行测定。测定方法有两种：一种是整层材料测定法；另一种是由层状体理论反算法。 5.1承载板法测定土基回弹模量 公路土基的回弹模量是路面厚度计算的重要参数，它对于正确设计路面有决定性的影响。 5.1.1主要测试仪器 1）加载设施，用载有铁块或集料等重物、后轴重不小于60 kN的汽车1辆,3,作加载设备（轮胎内压0.5 MPa），在汽车大梁的后轴之

2、后约80 cm处,附设加劲小横梁一根作为反力架。,4,2）刚性承载板1块，直径为30 cm，板厚20 mm，直径两端设有立柱和可以调整高度的支座，供安放弯沉仪测头。 3）路面弯沉仪2台，由贝克曼梁百分表及其支架组成，其构造如图1.5.1所示。 4）油压千斤顶1台，规格80100 kN，装有经过标定的压力表或测力环。 5）其他仪具，如秒表、水平尺、细砂、毛刷、铲等。 5.1.2测定步骤 1）选定有代表性的测点，测点应位于水平的路基上，土基均匀，不含杂物。 2）仔细平整土基表面，撒细砂填土基凹处。砂子不可覆盖土基表面，以避免形成一层。 3）安置承载板，并用水平尺进行校正，使承载板呈水平状态。,5,

3、6,4）将试验车置于测点上，使系于加劲小横梁中部的垂球对准承载板中心，然后收起垂球。 5）在承载板上安放千斤顶，上面衬垫钢圆筒、钢板，并将球座置于顶部与加劲横梁接触。6）将两台弯沉仪的测头分别置于承载板立柱的支座上，百分表对零或其他合适位置。 7）测绘土基的压力变形曲线。采用逐级加载卸载法，用经过标定的压力表或测力环控制加载值。各级压力所需的加载值见表1.5.1。 首先预压0.05 MPa，使承载板与土基紧密接触，同时检查百分表的工作情况是否正常，然后放松千斤顶油门卸荷。百分表稳定1 min后，将指针对零或记录初始读数。,7,8,再按下列程序逐级加载、卸载测定： 加载 卸载 0 0.05 0

4、0 0.10 0 0 0.15 0 0 0.20 0 0 0.30 0 0 0.40 0 0 0.50 0 每级卸载后百分表不再对零。 当回弹变形值超过1 mm时，即可停止加载。,9,回弹变形按下式计算： 式中:li各级荷载下实测的回弹变形，0.01 mm； l1各级荷载下百分表读数平均值，0.01 mm； l2各级荷载卸荷后对应的百分表读数平均值，0.01 mm。 8）测定总影响量a。加载结束后取走千斤顶，重新读取百分表的初读数，再将汽车开出510 m以外，读取终读数，两个百分表的初、终读数之差即为总影响量a。 各级压力的计算回弹变形值为 式中：li各级荷载下实测的回弹变形，0.01 mm；

5、 ai各级荷载下相应的影响量，0.01 mm。,10,5.1.3资料整理 承载板法试验记录格式如表1.5.3所示。 （1）绘制pl曲线 图1.5.3压力回弹变形曲线 将各级计算回弹变形值点绘于标准计算纸上，排除异常点，并绘出压力p与回弹变形l曲线，,11,12,（2）计算E0值 按下式计算土基回弹模具E0值： 式中：D承载板直径，30 cm； p承载板压力，MPa； l相对于p的回弹变形，cm； 0泊松比，取0.35。 由pl曲线可知，土基回弹横量不是一个定值。 规范规定：当l1 mm时用线性归纳法计算E0值： 式中：Pi对应于li的压力值之和； li1 mm变形前的各级实测值之和。,13,5

6、.2贝克曼梁测定路基路面回弹模量 本方法适用于在土基、厚度不小于1 m的粒料整层表面，用弯沉仪测定各测点的回弹弯沉值，通过计算求得该材料的回弹模量值的试验；也适用于在旧路表面测定路基路面的综合回弹模量。 5.2.1仪器和仪具 1）标准车。 2）路面弯沉仪。 4）接长杆。 5）其他。皮尺、口哨、粉笔、指挥旗等。 5.2.2准备工作 （1）确定测点 选择洁净的路基路面表面作为测点，在测点处作好标记并编号。,14,15,（2）试槽要求 无结合料粒料基层的整层试验段（试槽）应符合下列要求： 1）整层试槽可修筑在行车范围内或路肩及其他合适处，也可在室内修筑，但均应适于用汽车测定弯沉。 2）试槽应选择在干

7、燥或中湿路段处，不得铺筑在软土基上。 图1.5.4试槽表面的测点布置（单位：mm）,16,3）试槽面积不小于3 m2 m，厚度不宜不于1 m。 4）试槽表面的测点间距可按图1.5.4布置在中间2 m1 m的范围内，可测定23点。 5.2.3测试步骤 选择适当的标车，实测各测点处的路面回弹弯沉值Li。 5.2.4资料整理 各测点回弹弯沉值Li的记录格式与表1.5.6基本相同。 全部测点的回弹弯沉值测定后，分别计算其算术平均值、单次测量的标准差S和自然误差r0:,17,式中:L回弹弯沉的平均值，0.01 mm； S回弹弯沉测定值的标准差，0.01 mm; r0回弹弯沉测定值的自然误差，0.01 m

8、m; Li各测点的回弹弯沉，0.01 mm； n测点总数。 分别计算各测点的测定值与算术平均值的偏差值di=Li-L,并计算较大的偏差与自然误差之比di/r0。当某个测点观测值的di/r0值大于表1.5.5中的d/r极限值时，则应舍弃该测点，然后重新计算所余各测点的值。,18,按下式计算代表弯沉值： 式中:L1代表弯沉值； L舍弃不合要求的测点后所余各测点弯沉的算术平均值； S舍弃不合要求的测点后所余各测点弯沉的标准差。 土基、整层材料的回弹模量（E1）或旧路的综合回弹模量为 式中:E1计算的土基、整层材料回弹模量或旧路的综合回弹模量，MPa； p测定车的轮胎充气压力，MPa； 测定车双圆荷载

9、单轮传压面当量圆的半径，cm； 测定层材料的泊松比，土基取0.35，路面材料取0.25; 弯沉系数，=0.712。,19,5.3路基与柔性路面弯沉测定 5.3.1概述 弯沉是指路基或路面表面在规定的标准车作用下，路基或路面表面轮隙位置产生的总垂直变形（总弯沉）或垂直回弹变形（回弹弯沉），以0.01 mm为单位。 弯沉测定的方法有贝克曼梁弯沉仪测定法、自动弯沉仪测定法及落锤式弯沉仪测定法等，我国目前采用贝克曼梁或自动弯沉仪测定，本节介绍这两种方法。 5.3.2贝克曼梁测定路基路面回弹弯沉 （1）仪器设备 1）标准车。 2）弯沉仪。,20,3）皮尺及温度计。 4）其他工具与物品。千斤顶、加载重物、

10、手旗、口哨、粉笔、油漆等。 （2）准备工作 1）检查测定用标准车的车况并保持其刹车性能良好，轮胎内胎符合规定压力。 2）向汽车车槽中装载重物（如铁块或集料），并在地磅上称量后轴总重量，应达到规定的轴重要求。 3）测定轮胎接地面积，在平整光滑的硬质路面上，用千斤顶将汽车后轴顶起，在轮下方铺一张新的复写纸，轻轻落下千斤顶，即在方格纸上印上轮胎印痕。 4）在沥青路面上测定时，要测定试验时气温和路表温度，并通过气象台了解前5天平均气温。,21,5）记录沥青路面修建或改建时材料、结构、厚度、施工及养护等情况。 （3）测试步骤 1）在测试路段布置测点，其距离随测试需要而定。 2）将试验车后轮轮隙对准测点后

11、35 cm处的位置上。 3）将弯沉仪插入汽车后轮之间的缝隙处，与汽车方向一致，梁臂不得碰到轮胎。 4）测定者吹哨发令指挥汽车缓缓前进，百分表随路面变形的增加而持续向前转动，当表针转动到最大值时，迅速读取初读数L1。汽车仍在继续前进，表针反向回转，待汽车驶出弯沉影响半径（3 m以上）后，令汽车停止。待表针回转稳定后，再读取终读数L2。 5）令汽车驶至下一测点，重复（2）（4）步骤，测完所有点。 6）将各点读取的数值记录到回弹弯沉试验记录表中,22,23,因弯沉仪的杠杆比为21，故所测的回弹弯沉值为 若是两台弯沉仪，则每测点弯沉值为 式中：LT左左侧车轮的弯沉值； LT右右侧车轮的弯沉值。 （4）

12、弯沉仪的支点变形修正 当采用长度为3.6 m的弯沉仪对半刚性基层沥青路面、水泥混凝土路面等进行弯沉测定时，有可能引起弯沉仪支座处变形，因此，测定时应检查支点有无变形。若检验用的弯沉仪百分表有读数，即应该记录并进行支点变形修正。,24,弯沉仪支点变形修正值为 式中：L3车轮中心临近弯沉仪测头时检验用弯沉仪的最大读数； L4汽车驶出弯沉影响半径后检验用弯沉仪的终读数。 当需要进行弯沉仪支点变形修正时，路面测点的回弹弯沉为 当采用长度为5.4 m的弯沉仪测定时，可不进行变形修正。 （5）回弹弯沉的温度修正 沥青路面的弯沉以路表温度20 时为准。当沥青面层厚度小于或等于5 cm时，不需温度修正；当路面

13、温度在（202） 时，也不进行温度修正；其他情况下测定的弯沉值均应进行温度修正。,25,采用不同基层的沥青路面弯沉值的温度修正常数K，根据沥青层平均气温T及沥青层厚度查图确定。 沥青路面回弹弯沉为 式中：L20换算为20 的沥青路面回弹弯沉值，0.01 mm； LT测定时沥青面层内平均温度为T时的回弹弯沉值，0.01 mm； K温度修正系数。 （6）路基、柔性路面弯沉值评定 每一双车道评定路段（不超过1 km）检查80100个点，多车道公路必须按车道数与双车道之比，相应增加测点数。每一个评定路段的代表弯沉取弯沉测量值的上波动界限，用下式计算：,26,式中：Lr一个评定路段的代表弯沉，0.01

14、mm； L一个评定路段内经各项修正后的各测点弯沉的平均值； S一个评定路段内经各项修正后的各测点弯沉的标准差； Za与保证率有关的系数。 5.3.3自动弯沉仪测定路面弯沉 用自动弯沉仪在标准条件下每隔一定距离连续测试路面的总弯沉，并计算总弯沉值的平均值，以此作为尚无坑洞等严重破坏的道路验收检验及旧路面强度的评价指标。 （1）仪器设备 自动弯沉仪测定车：洛克鲁瓦型，由测试汽车、测量机构、数据采集处理系统三部分组成。,27,图1.5.5 自动弯沉仪的测量机构,28,自动弯沉仪测定车的主要技术参数如下： 测试车轴距 6.75 m 测臂长度 1.752.40 m 后轴荷载 100 kN 测定轮对路面的

15、压强 0.7 MPa 最小测试步距 410 m 测试精度 0.01 m 测试速度 1.54.0 km/h （2）测试步骤 1）将自动弯沉仪测定车开到检测路段的测定车道（一般为行车道）上，测点应在路面行车道的轮迹带上。 2）汽车到达测试地点一个测点位置后，按下列步骤放下测量机构： 关闭汽车发动机；松开离合器转盘；放下测量头，测量头位于,29,测定梁（后轴）前方的一定距离上；放下后支点，勾好把手；放下测量架，销好把手；放下导向机构；插上仪器与汽车的连接销杆或开动液压转向同步系统；检查钢丝绳一定要在离合器的槽内；启动汽车发动机，在操作键盘上按动离合器开关，竖测量机构于最前端。 3）开始测试时，汽车以

16、一定速度行进，测量头连续检测汽车后轴左右轮隙下产生的路面瞬间弯沉。 4）数据采集分两步：显示器显示弯沉盆或弯沉峰值，测定过程中按相应的功能键，显示器屏幕即显示每一测点的总弯沉盆。打印机输出。在测定车进行测定工作时，应打印出测点位置和左右弯沉峰值。 5）测定结束后，汽车停止前进，按下列步骤收起测量机构： 先提起导向机构；提起测量架机构；提起后支点；最后挂起测头。,30,（3）数据处理 测定结束后应按计算区间输出计算结果。计算区间可根据公路等级和测试要求确定。标准的计算区间为100 m。 （4）自动弯沉仪与贝克曼梁弯沉仪对比试验 针对不同地区选择某种路面结构的代表性路段，进行两种测定方法的对比试验

17、，以便将自动弯沉仪测定的总弯沉换算成贝克曼梁测定的回弹弯沉值。 对比试验步骤如下： 采用同一辆自动弯沉测定车，使测定车型、荷载大小和轮胎作用面积完全相同。 用油漆标记对比路段起点位置。 用自动弯沉仪测定对比路段的总弯沉，同时用油漆标出每一测点和位置。,31,32,在每一标记位置用贝克曼梁定点测定回弹弯沉，测点范围准确至10 cm2以内。 逐点对应计算两者的相关关系，得出回归方程式LB=a+bLA，式中LB，LA分别为贝克曼梁和自动弯沉仪测定的弯沉值，相关系数不得小于0.90。 5.4土基与基层材料CBR值测定 5.4.1概述 加州承载比试验法又称CBR法，是评定土基强度及路面基层材料强度的一种

18、方法。由于该法简便，试验数据稳定，因而被许多国家和地区采用。承载比的意义是 标准荷载单位压力是指在标准碎石上当贯入杆（端面直径50 mm的金属柱）达到一定贯入量时的荷载单位压力。,33,与标准压力之比作为材料的承载比（CBR）,即 式中：CBR承载比； p单位压力，MPa。 同时计算贯入量为5 mm时的承载比： 5.4.2室内CBR值测定 （1）仪器设备 1）圆孔筛。 2）试筒。 3）夯锤和导管。 4）贯入杆。,34,图1.5.6 承载比试筒,图1.5.7 路面材料强度仪,35,5）路面材料强度仪或其他荷载装置。 6）百分表3个。 7）试件顶面上的多孔板。 8）多孔底板（试件放上后浸泡水中）。

19、 9）测膨胀量时支撑百分表的架子。 10）荷载板。 11）水槽。 12）其他。台秤；拌和盘；直尺；滤纸；脱模器等。 （2）准备工作 1）将具有代表性的风干试料（必要时可在50 烘箱内烘干）用木碾捣碎，但应尽量注意不使土或粒料的单个颗粒破碎。,36,图1.5.8 带调节杆的多孔板,图1.5.9 荷载板,37,2）称试筒本身质量（m1），将其固定在底板上，将垫块放入筒内，并在垫块上放一张滤纸，安上套环。 3）将1份试料，按重型击实试验法进行击实试验（规定分3层，每层击数98次），求试料的最大干密度和最佳含水量。 4）将其余3份试料，按最佳含水量制备3个试件。 5）将试筒放在坚硬的地面，取备好的试样

20、分35次倒入筒内（视最大粒径而定）。 6）卸下套环，用直刮刀沿试筒顶修平击实的试件，表面不平整处用细料修补。取出垫块，称试筒和试件的质量（m2）。 7）泡水测膨胀量的步骤如下： 在试件制成后，取下试件顶面的残破波纸，放一张好滤纸，并在上安装附有调节杆的多孔板，在多孔板上加4块荷载板。,38,将试筒与多孔板一起放入槽内（先不放水），并用拉杆将模具拉紧，安装百分表，并读取初读数。 向水槽内放水，使水自由进到试件的顶部和底部。 泡水终了时，读取试件上百分表的终读数，并用上式计算膨胀量： 从水槽中取出试件，倒出试件顶面的水，静置15 min，让其排水，然后卸去附加荷载和多孔板、底板和滤纸，并称量（m3

21、），以计算试件的湿度和密度的变化。 （3）贯入试验 1）将泡水试验终了的试件放在路面材料强度试验仪的升降台上，调整偏球座，使贯入杆与试件顶面全面接触，在贯入杆周围放置4块卸荷板。,39,2）先在贯入杆上施加45 N荷载，然后将测力和测变形的百分表的指针都调整至零点。 3）加荷将贯入杆以12.5 mm/min的速度压入试件，记录测力计内百分表某些整读数时的贯入量，并注意使贯入量为25010-2 mm时能有5个以上的读数。 （4）结束整理 贯入试验记录格式见表1.5.8，以单位压力（p）为横坐标，贯入量（l）为纵坐标，绘制pl关系曲线，如图1.5.10所示。 5.4.3土基现场CBR测定 对试样中

22、集料最大粒径的要求与室内CBR值测定的要求相同。 （1）仪器设备 1）荷重装置。,40,图1.5.10 单位压力与贯入量的关系曲线,图1.5.11 CBR现场测试装置,41,42,2）现场测试装置。 3）贯入杆。 4）承载板。 5）贯入量测定装置。 6）细砂。 7）其他。铁铲、盘、直尺、毛刷、天平等。 （2）准备工作 1）在试验地点直径约30 cm范围的表面找平，用毛刷刷净浮土。 2）装置测试设备，按图1.5.11安装贯入杆及千斤顶，千斤顶顶在汽车后轴上且调节至高度适中。 3）安装贯入量测定装置，将支架平台、百分表（或两台贝克曼梁弯沉仪）按图1.5.11安装好。,43,（3）测试步骤 1）在贯入杆位置安放4块1.25 kg的分开成半圆的承载板（共5 kg）。 2）调节测力计及贯入量百分表，调零，记录初始读数。 3）起动千斤顶，使贯入杆以1 mm/min的速度压入土基。 4）卸除荷载，移去测定位置。 5）在试验点下取样，测定材料的含水量。 6）在紧靠试验点旁边的适当位置，用灌砂法或环刀法等测定土基的密度。,44,