第八章路基路面強度指標檢測 第一節路基路面回彈彎沉測試 一 概述回彈彎沉值來表示路基路面的承載能力 回彈彎沉值越大 承載能力越小 反之則越大 通常所說的回彈彎沉值是指標準后軸載雙輪組輪隙中心處的最大回彈彎沉值 在路表測試的回彈彎沉值可以反映路基 路面的綜合承載能力 一 彎沉值的幾個概念 1 彎沉彎沉是指在規定的標準軸載作用下 路基或路面表面輪隙位置產生的總垂直變形 總彎沉 或垂直回彈變形值 回彈彎沉 以0 01mm為單位 2 設計彎沉值根據設計年限內一個車道上預測通過的累計當量軸次 公路等級 面層和基層類型而確定的路面彎沉設計值 二 彎沉值的測試方法 彎沉值的測試方法較多 目前用的最多的是貝克曼梁法 自動彎沉儀 落錘式彎沉儀 FWD 等 二 貝克曼梁法 1 試驗目的 本方法適用于測定各類路基 路面的回彈彎沉 用以評定其整體承載能力 可供路面結構設計使用 2 瀝青路面的彎沉以標準溫度20 時為準 在其他溫度 超過20土2 范圍 測試時 對厚度大于5cm的瀝青路面 彎沉值應予溫度修正 一 儀具與材料 1 測試車 雙軸 后軸雙側4輪的載重車 其測試車可根據需要按公路等級選擇 高速公路 一級及二級公路應采用后軸100kN的BZZ 100 其他等級公路也可采用后軸60kN的BZZ 60 2 路面彎沉儀 由貝克曼梁 百分表及表架組成 貝克曼梁由鋁合金制成 上有水準泡 其前臂 接觸路面 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 4m 前后臂分別為3 6m和1 8m 3 接觸式路面溫度計 端部為平頭 分度不大于1 4 其它 皮尺 口哨 白油漆或粉筆 指揮旗等 二 試驗方法與步驟 1 試驗前準備工作 1 檢查并保持測定用標準車的車況及剎車性能良好 輪胎內胎符合規定充氣壓力 2 向汽車車槽中裝載 鐵塊或集料 并用地中衡稱量后軸總質量 符合要求的軸重規定 汽車行駛及測定過程中 軸重不得變化 3 測定輪胎接地面積 在平整光滑的硬質路面上用千斤頂將汽車后軸頂起 在輪胎下方鋪一張新的復寫紙 輕輕落下千斤頂 即在方格紙上印上輪胎印痕 用求積儀或數方格的方法測算輪胎接地面積 精確至0 1cm2 4 檢查彎沉儀百分表測量靈敏情況 5 當在浙青路面上測定時 用路表溫度計測定試驗時氣溫及路表溫度 一天中氣溫不斷變化 應隨時測定 并通過氣象臺了解前5d的平均氣溫 日最高氣溫與最低氣溫的平均值 6 記錄瀝青路面修建或改建時材料 結構 厚度 施工及養護等情況 2 測試步驟 1 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輪跡帶上 并用白油漆或粉筆劃標記 2 將試驗車后輪輪隙對準測點后約3 5cm處的位置上 3 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的測定桿上 百分表調零 用手指輕輕叩打彎沉儀 檢查百分表是否穩定回零 彎沉儀可以是單側測定 也可以雙側同時測定 4 測定者吹哨發令指揮汽車緩緩前進 百分表隨路面變形的增加而持續向前轉動 當表針轉動到最大值時 迅速讀取初讀數L1 汽車仍在繼續前進 表針反向回轉 待汽車駛出彎沉影響半徑 3m以上 后 吹口哨或揮動紅旗指揮停車 待表針回轉穩定后讀取終讀數L2 汽車前進的速度宜為5km h左右 3 彎沉儀的支點變形修正 1 當采用長度為3 6m的彎沉儀對半剛性基層瀝青路面 水泥混凝土路面等進行彎沉測定時 有可能引起彎沉儀支座處變形 因此測定時應檢驗支點有無變形 此時應用另一臺檢驗用的彎沉儀安裝在測定用的彎沉儀的后方 其測點架于測定用彎沉儀的支點旁 當汽車開出時 同時測定兩臺彎沉儀的彎沉讀數 如檢驗用彎沉儀百分表有讀數 即應該記錄并進行支點變形修正 當在同一結構層上測定時 可在不同的位置測定5次 求平均值 以后每次測定時以此作為修正值 2 當采用長5 4m的彎沉儀測定時 可不進行支點變形修正 三 結果計算及溫度修正 1 計算測點的回彈彎沉值 LT L1 L2 22 進行彎沉儀支點變形修正時 計算路面測點的回彈彎沉值 3 瀝青面層厚度大于5cm且路面溫度超過 20土2 范圍時 回彈彎沉值應進行溫度修正 溫度修正有兩種方法 4 結果評定 1 計算平均值和標準差時 應將超出平均值 2 3 s的彎沉特異值舍棄 對舍棄的彎沉值過大的點 應找出其周圍界限 進行局部處理 用兩臺彎沉儀同時進行左右輪彎沉值測定時 應按兩個獨立測點計不能采用左右兩點的平均值 3 彎沉代表值不大于設計要求的彎沉值時得滿分 大于時得零分 若在非不利季節測定時 應考慮季節影響系數 三 自動彎沉儀 利用貝克曼梁測定路面回彈彎沉值操作簡便 應用廣泛 但測試結果受人為因素的影響較大 測速慢 自動彎沉儀是測定路面彎沉值的高效自動化設備 可對路面進行高密集點的強度測量 適用于路面施工質量控制 驗收及路面養護管理 一 主要設備 自動彎沉儀測定車 洛克魯瓦型 由測試汽車 測量機構 數據采集處理系統三部分組成 測量機構安裝在測試車底盤下面 自動彎沉儀測定車的主要技術參數如下 測試車軸距 6 75m測臂長度 1 75 2 40m后軸荷載 100kN測定輪對路面的壓強 0 7MPa最小測試步距 4 10m測試精度 0 01mm測試速度 1 5 8 0km h 二 使用技術要點 1 長距離移動時 應根據路況把一些對通過能力影響大的組件部件拆下來 待移動到測量工地時 再進行安裝調試 2 操作計算機 按要求輸入有關信息 3 應進行自動彎沉儀的標定 4 自動彎沉儀所采集數據以文本方式存儲于計算機中 輸入有關信息和參數后 可顯示出左右雙側的彎沉峰值柱狀圖及峰值 距離和溫度等 計算出平均值 標準差和代表彎沉值 顯示彎沉盆圖形并計算出曲率半徑 二 使用技術要點 應當注意 自動彎沉儀測定的是總彎沉 因而與貝克曼梁測定的回彈彎沉有所不同 可通過自動彎沉儀總彎沉與貝克曼梁回彈彎沉對比試驗 得到兩者相關關系式 換算為回彈彎沉 用于路基 路面強度評定 四 落錘式彎沉儀 貝克曼梁法測出的回彈彎沉是靜態彎沉 自動彎沉儀檢測彎沉也接近靜態彎沉 為了模擬汽車快速行駛的實際情況 不少國家開發了動態彎沉的測試設備 落錘式彎沉儀FallingWeightDeflectometer 簡稱FWD 模擬行車作用的沖擊荷載下的彎沉量測 計算機自動采集數據 速度快 精度高 落錘式彎沉儀是目前國際上最先進的路面強度無損檢測設備之一 1 主要設備 落錘式彎沉儀分為拖車式和內置式 拖車式便于維修與存放 而內置式則較小巧 靈便 拖車式 內置式 1 主要設備 1 荷載發生裝置 包括落錘和直徑300mm的4分式扇形承載板 2 彎沉檢測裝置 由5 7個高精度傳感器組成 3 運算及控制裝置 4 牽引裝置 牽引FWD并安裝運算及控制裝置等的車輛 2 工作原理 將測定車開到測定地點 通過計算機控制下的液壓系統 啟動落錘裝置 使一定質量的落錘從一定高度自由落下 沖擊力作用于承載板上并傳遞到路面 導致路面產生彎沉 分布于距測點不同距離的傳感器檢測結構層表面的變形 記錄系統將信號輸入計算機 得到路面測點彎沉及彎沉盆 第二節路基路面回彈模量檢測 測定回彈模量的方法 目前國內常用的主要有 承載板法 貝克曼梁法和其他間接測試方法 如貫入儀測定法和CBR測定法 一 貝克曼梁法 本方法適用于在土基 厚度不小于1m的粒料整層表面 也適用于在舊路表面測定路基路面的綜合回彈模量 1 試驗方法與步驟 1 準備工作 1 選擇潔凈路基表面 路面表面作為測點 作好標記并編號 2 無結合料粒料基層的整層試驗段應符合要求 2 測試步驟 按前述方法選擇適當的標準車 實測各測點處的路面回彈彎沉值Li 如在舊瀝青面層上測定時 應讀取溫度 并按規定的方法進行測定彎沉值的溫度修正 得到標準溫度20 時的彎沉值 2 計算 1 計算全部測定值的算術平均值 單次測量的標準差S和自然誤差0 675S 2 計算 2 計算各測點的測定值與算術平均值的偏差值di 并計算較大的偏差與自然誤差之比di r0 當某個測點觀測值di r0的值大于P139表8 6的d r極限值時則應舍棄該測點 然后重新計算所余各測點的算術平均值及標準差 2 計算 3 計算代表彎沉值 4 計算土基 整層材料的回彈模量 E1 或舊路的綜合回彈模量 3 報告 報告應包括彎沉測定表 計算的代表彎沉 采用的泊松比及計算得到的材料回彈模量等 對瀝青路面應報告測試時的路面溫度 二 承載板法 1 本方法適用于在現場土基表面 通過承載板對土基逐級加載 卸載的方法 測出每級荷載下相應的土基回彈變形值 經過計算求得土基回彈模量 2 本方法測定的土基回彈模量可作為路面設計參數使用 2 儀具與材料 1 加載設施 后軸重不小于60kN的載重汽車一輛 在汽車大梁的后軸之后約80cm處 附設加勁小梁一根作反力架 汽車輪胎充氣壓力為0 50MPa 2 現場測試裝置 由千斤頂 測力計 測力環或壓力表 及球座組成 3 剛性承載板一塊 2 儀具與材料 4 路面彎沉儀兩臺 5 液壓千斤頂一臺 80 100KN 其量程不小于土基強度 測定精度不小于測力計量程的1 100 3 試驗前準備工作 1 根據需要選擇有代表性的測點 測點應位于水平的路基上 土質均勻 不含雜物 2 仔細平整土基表面 撒干燥潔凈的細砂填平土基凹處 砂子不可覆蓋全部土基表面避免形成一層 3 安置承載板 并用水平尺進行校正 使承載板置水平狀態 3 試驗前準備工作 4 將試驗車置于測點上 在加勁小梁中部懸掛垂球測試 使之恰好對準承載板中心 然后收起垂球 5 現場測試裝置安裝 6 安放彎沉儀 將兩臺彎沉儀的測頭分別置于承載板立柱的支座上 百分表對零或其他合適初始位置 4 測試步驟 1 用千斤頂加載 注視測力環或壓力表 至預壓0 05MPa 穩壓1min 使承載板與土基緊密接觸 同時檢查百分表的工作情況是否正常 然后放松千斤頂油門卸載 穩壓1min 將指針對零或記錄初始讀數 4 測試步驟 2 測定土基的壓力一變形曲線 采用逐級加載卸載法 荷載小于0 1MPa時 每級增加0 02MPa 以后每級增加0 04MPa左右 加載數值可適當調整為整數 每次加載至預定荷載后 穩定1min 立即讀記兩臺彎沉儀百分表數值 然后輕輕放開千斤頂油門卸載至0 待卸載穩定1min后 再次讀數 每次卸載后百分表不再對零 當兩臺彎沉儀百分表讀數之差小于平均值的30 時 取平均值 如超過30 則應重測 當回彈變形值超過1mm時 即可停止加載 4 測試步驟 3 各級荷載的回彈變形和總變形 按以下方法計算 回彈變形L 加載后讀數平均值 卸載后讀數平均值 彎沉儀杠桿比總變形L 加載后讀數平均值 加載初始前讀數平均值 彎沉儀杠桿比 4 測試步驟 4 測定汽車總影響量 最后一次加載卸載循環結束后 取走千斤頂 重新讀取百分表初讀數 然后將汽車開出10m以外 讀取終值數 兩只百分表的初 終讀數差之平均值乘彎沉儀杠桿比即為總影響量 4 測試步驟 5 在試驗點下取樣測定材料含水量 取樣數量如下 最大粒徑不大于5mm 試樣數量約120g 最大粒徑不大于25mm 試樣數量約250g 最大粒徑不大于40mm 試樣數量約500g 6 在緊靠試驗點旁邊的適當位置 用灌砂法或環刀法或其他方法測定土基的密度 5 計算 1 各級壓力的回彈變形加上該級的影響量后 則為計算回彈變形值 表8 7是以后軸重60KN的標準車為測試車的各級荷載影響量的計算值 當使用其它類型測試車時 計算各級壓力下的影響量 i 2 將各級計算回彈變形值點繪于標準計算紙上 排除顯著偏離的異常點并繪出順滑的P一L曲線 如曲線起始部分出現反彎 應修正原點 5 計算 3 計算相應于各級荷載下的土基回彈模量值 4 取結束試驗前的各回彈變形值按線形回歸方法計算土基回彈模量E0值 6 報告 1 本實驗采用的標準記錄格式 2 試驗報告應記錄下列結果 1 試驗時所采用的汽車 2 近期天氣情況 3 試驗時土基的含水量 4 土基密度和壓實度 5 相應于各級荷載下的土基回彈模量值 6 土基回彈模量值 第三節CBR值試驗技術 CBR又稱加州承載比 用于評定路基土和路面材料的強度指標 一 CBR值室內試驗技術 1 主要儀器設備 1 圓孔篩 孔徑38mm 25mm 20mm 及5mm篩各1個 2 重型標準擊實儀器設備 試筒 夯錘等 3 貫入桿 端面直徑50mm 長l00mm金屬柱 4 路面材料強度或其它載荷裝置 能量不小于50kN 5 百分表 測力環 荷載板等 2 試驗原理 試驗時 按路基施工時的最佳含水量及壓實度要求在試筒內制備試件 為了模擬材料在使用過程中的最不利狀態 加載前飽水4晝夜 在浸水過程中及貫入試驗時 在試件頂面施加荷載板以模擬路面結構對土基的附加應力 貫入試驗中 材料的承載能力越高 對其壓入一定深度所需施加的荷載越大 CBR值 就是試料貫入量達到2 5mm或5mm時的單位壓力與標準碎石壓入相同貫入量時標準荷載強度 7MPa或10 5MPa 的比值 用百分數表示 3 試驗技術要求 1 試驗采用風干試料 按四分法備料 2 做擊實試驗 求試料的最大干密度和最佳含水量 3 按最佳含水量制備試件 4 試件泡水4晝夜 5 加荷使貫入桿以1 1 25mm min的速度壓入試件 記錄不同貫入量及相應荷載 總貫入量應超過7mm 3 試驗技術要求 6 繪制單位壓力P與貫入量L關系曲線 必要時進行原點修正 7 從P L曲線上讀取貫入量分別為2 5mm和5mm所對應的單位壓力 MPa 一般采用CBR2 5 如CBR5 CBR2 5 則試驗要重做 如果結果仍然如此 則采用CBR5 二 土基現場CBR值測試方法 1 主要儀器 1 荷載裝置 設有加勁橫梁的載重汽車 后軸重不小于60kN 2 現場測試裝置 由千斤頂 測力計 球座 貫入桿 荷載板及百分表等組成 2 測試原理 在公路路基施工現場 用載重汽車作為反力架 通過千斤頂連續加載 使貫入桿勻速壓入土基 為了模擬路面結構對土基的附加應力 在貫入桿位置安放荷載板 路基強度越高 貫入量為2 5mm或5 0mm時的荷載越大 即CBR值越大 3 測試技術要點 1 將測點約直徑30cm范圍的表面找平 2 安裝現場測試裝置 使貫入桿與土基表面緊密接觸 3 起動千斤頂 使貫入桿以lmm min的速度壓入土基 記錄不同貫入量及相應荷載 貫入量達7 5mm或12 5mm時結束試驗 4 卸載后在測點取樣 測定材料含水量 5 在測點旁用灌砂法或環刀法等測定土基的密度 6 繪制荷載壓強 貫入量曲線 必要時進行原點修正 3 測試技術要點 應當注意 公路現場條件下測定的CBR值 因土基的含水量和壓實度與室內試驗條件不同 也未經泡水 故與室內試驗CBR值不一樣 應通過試驗 尋找兩者之間的關系 換算為室內試驗CBR值后 再用于路基施工強度檢驗或評定 三 落球儀快速測定土基現場CBR 本方法適用細粒土路基施工現場CBR值的測定 試驗精度較高 方法可靠 快速簡便 能滿足路基施工現場檢驗的要求 1 主要儀器 1 落球儀 包括底座 落球支架 導桿及落球 導桿卡口開關 刻度標尺 儀器平整水泡 100mm內徑的底座套板 2 卡尺或鋼板尺 刮刀 水平尺等 2 試驗原理 一定質量的球從一定高度自由下落到土基表面 陷入深度越小 表明路基強度越高 根據落球在一定高度自由下落陷入上面所做的功與室內標準試驗貫入深度所做的功相等的原理 推導得出由落球陷痕直徑D值計算現場CBR值的公式 3 試驗技術要點 1 將測點土基表面刮平 2 將落球儀置于測點 使球體自由落下 用卡尺量落球陷痕直徑D值 3 計算現場CBR值 3 試驗技術要點 應當指出 落球儀測定的現場CBR值 因土基的含水量和壓實度與室內CBR試驗標準條件不同 也未經泡水 同樣 應通過對比試驗 建立落球儀CBR值與室內CBR值相關關系 換算為室內CBR值后 再用于評定路基強度 水泥穩定土成型 一 檢測儀器1 圓孔篩 孔徑40mm 25mm 10mm篩各一個 2 試模 細粒土 最大粒徑不超過10mm 試模直徑 高 50mm 50mm中粒土 最大粒徑不超過25mm 試模直徑 高 100mm 100mm粗粒土 最大粒徑不超過40mm 試模直徑 高 150mm 150mm 3 脫模器4 夯錘和導管 擊錘的底面積直徑50mm 總質量4 5kg 擊錘在導管內的總形程為450mm 5 反力架6 千斤頂7 養護箱8 天平 二 試件制備 1 試料準備將具有代表性的風干試料 必要時可以在50 烘箱內烘干 用木槌和木碾搗碎 但應避免破碎粒料的原粒徑 將土過篩并進行分類 如試料為粗粒土 則除去大于40mm的顆粒備用 如試料為中粒土 則除去大于25mm或20mm的顆粒備用 如試料為細粒土 則除去大于10mm的顆粒備用 二 試件制備 2 用擊實試驗確定無機結合料混合料的最佳含水量和最大干密度 3 配置混合料 對于無機結合料穩定細粒土 至少應該制備6個試件 對于無機