《公路工程检测技术》-第三章

第一节路基路面回弹弯沉检测及评定一、概述弯沉是指在规定的标准轴载作用下,路基或路面表面轮隙中心处产生的总垂直变形(总弯沉),或垂直回弹变形(回弹弯沉),以０.０１mm为单位.通常所说的回弹弯沉是指后轴载轮隙中心处的最大回弹弯沉值.弯沉常用的测试方法有贝克曼梁法、自动弯沉仪法、落锤式弯沉仪法.几种方法的特点比较见表３-１.«公路工程质量检验评定标准第一册土建工程»(JTGF８０/１—２０１７)规定,在明确标准方法的基础上,鼓励采用精度高、效率高的快速检测方法.下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定路基顶面弯沉和路表弯沉是我国路基和路面验收的重要指标,«公路沥青路面设计规范»(JTGD５０—２０１７)中对于设计路面结构的验收弯沉测试方法,宜采用落锤式弯沉仪进行验收.弯沉值采用落锤式弯沉仪(FWD)、自动弯沉仪或贝克曼梁测量.每一双车道评定路段(不超过１km)测量检查点数应符合表３-２的规定,多车道公路应按车道数与双车道之比,相应增加测点.二、贝克曼梁测定路基路面回弹弯沉本方法利用杠杆原理制成杠杆式弯沉仪测定轮隙弯沉,适用于测定各类路基路面的回弹弯沉,用以评定其整体承载能力.沥青路面的弯沉以路表温度２０℃时为准,在其他温度测试时,对厚度大于５cm的沥青路面,弯沉值应予温度修正.上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定１.检测器具与材料(１)标准车.双轴、后轴双侧４轮的载重车,其标准轴荷载、轮胎尺寸、轮胎间隙及轮胎气压等主要参数应符合表３-３的要求.测试车采用后轴重１０t的BZZ－１００的汽车.标准车如图３-１所示.(２)路面弯沉仪.由贝克曼梁、百分表及表架组成.贝克曼梁由合金铝制成,上有水准泡,其前臂(接触路面)与后臂(装百分表)长度比为２∶１.弯沉仪长度有两种:一种长为３６m,前后臂分别为２m和１２m;另一种加长的弯沉仪长为５４m,前后臂分别为３６m和１８m.其构造如图３-２所示.上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定当在半刚性基层沥青路面或水泥混凝土路面上测定时,宜采用长度为５４m的贝克曼梁弯沉仪,对柔性基层沥青路面或混合式结构沥青路面可采用长度为３６m的贝克曼梁弯沉仪.弯沉采用百分表量得,也可用自动记录装置进行测量.(３)接触式路表温度计:端部为平头,分度不大于１℃,如图３-３所示.(４)其他:皮尺、口哨、白油漆或粉笔、指挥旗等.２.检测方法(１)准备工作.１)检查并保持测定用标准车的车况及刹车性能良好、轮胎符合规定充气压力.上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定２)向汽车车槽中装载铁块等集料,并在地磅上称量后轴质量,符合要求的轴重规定.汽车行驶及测定过程中,轴重不得变化.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,在轮胎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,用求积仪或数方格的方法测算轮胎接地面积,如图３-４所示,精确至０.１cm２.４)检查弯沉仪百分表测量灵敏情况.５)当在沥青路面上测定时,用路表温度计测定试验时气温及路表温度(一天中气温不断变化,应随时测定),并通过气象台了解前５d的平均气温(最高气温与最低气温的平均值).上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定６)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.(２)测试步骤.１)在测试路段布置测点,其距离随测试需要而定.测点应在路面行车车道的轮迹带上,并用白漆或粉笔画上标记,如图３-５所示.２)将试验车后轮轮隙对准测点后３~５cm处的位置上,如图３-６所示.上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定３)将弯沉仪插入汽车后轮之间的缝隙处,与汽车行驶方向一致,梁臂不得碰到轮胎,弯沉仪测头置于测点上(轮隙中心前方３~５cm处),如图３-７所示,并安装百分表于弯沉仪的测定杆上.百分表调零,用手指轻轻叩打弯沉仪,检查百分表是否稳定回零.弯沉仪可以是单侧测定,也可以是双侧同时测定.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(约３m以上)后,吹口哨或挥动指挥旗,汽车停止.待表针回转稳定后,再次读取终读数L２.汽车前进的速度宜为５km/h左右.上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定(３)弯沉仪的支点变形修正.１)当采用长度为３.６m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,测定时应检验支点有无变形.此时应用另一台检验用的弯沉仪安装在测定用弯沉仪的后方,其测点架于测定用弯沉仪的支点旁.当汽车开出时,同时测定两台弯沉仪的弯沉读数,如检验用弯沉百分表有读数,即应该记录并进行支点变形修正.当在同一结构层上测定时,可在不同位置测定５次,求取平均值,以后每次测定时以此作为修正值.支点变形修正的原理如图３-８所示.２)当采用长度为５.４m的弯沉仪测定时,可不进行支点变形修正.上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定３.结果计算及温度修正(１)路面测点的回弹弯沉值由式(３-１)计算:式中Lt———在路面温度t时的回弹弯沉值,０.０１mm;L１———车轮胎中心临近弯沉仪测头时百分表的最大读数,0.0.1mm;L２———汽车驶出弯沉影响半径后百分表的终读数,０.０１mm.(２)当需要进行弯沉仪支点变形修正时,路面测点的回弹弯沉值按式(３-２)计算(适用于测定弯沉仪支座处有变形,但百分表架处路面已无变形的情况):上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定式中L１———车轮中心临近弯沉仪测头时测定用弯沉仪的最大读数,0.01mm;L２———车轮驶出弯沉影响半径后测定用弯沉仪的最终读数,0.01mm;L３———车轮中心临近弯沉仪测头时检测用弯沉仪的最大读数,０.０１mm;L４———汽车驶出弯沉影响半径后检验用弯沉仪的最终读数,0.01mm.上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定(３)沥青面层厚度大于５cm的沥青路面,回弹弯沉值应进行温度修正,当沥青层厚度小于或等于５０mm时,或路表温度在(２０±２)℃范围内,可不进行温度修正.温度修正及回弹弯沉的计算宜按下列步骤进行:１)测定时的沥青层平均温度按式(３-３)计算:式中t———测定时沥青层平均温度(℃);上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定t２５———根据t０由图３-９决定的路表下２５mm处的温度(℃);tm———根据t０由图３-９决定的沥青中间深度的温度(℃);te———根据t０由图３-９决定的沥青层底面处的温度(℃).图３-９中t０为测定时路表温度与测定前５d日平均气温的平均值之和(℃),日平均气温为日最高气温与最低气温的平均值.２)采用不同基层的沥青路面弯沉值的温度修正系数K,根据沥青层平均温度t及沥青层厚度,分别由图３-１０及图３-１１求取.上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定３)沥青路面回弹弯沉按式(３-４)计算:式中K———温度修正系数;L２０———换算为２０℃的沥青路面回弹弯沉值,０.０１mm;Lt———测时定沥青面层内平均温度为t时的回弹弯沉值,０.０１mm.(４)结果评定.１)路基、沥青路面弯沉代表值为弯沉测量值的上波动界限,用式(３-５)计算:上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定式中Lr———弯沉代表值,０.０１mm;———实测弯沉的平均值,０.０１mm;S———标准差,０.０１mm;β———目标可靠指标;K１———湿度影响系数,根据当地经验确定;K３———温度影响系数,路基顶面弯沉测定时取１;路表弯沉测定时根据下式确定:上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定T———弯沉测定时沥青结合料类材料层中点实测或预估温度(℃);Ha———沥青结合料类材料层厚度(mm);E０———平衡湿度状态下路基顶面回弹模量(MPa).２)粒料类基层和底基层顶面弯沉代表值应按式(３-７)计算:式中Lr———弯沉代表值,０.０１mm;———实测弯沉的平均值,０.０１mm;S———标准差,０.０１mm;Za———与要求保证率有关的系数.高速公路和一级公路取Za＝２.０,二级公路取Za＝１.６４５,二级以下公路取Za＝１.５.上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定３)二级及二级以下公路,当路基和粒料类基层、底基层的弯沉代表值不符合要求时,可将超出的弯沉特异值舍弃,对舍弃的弯沉值大于的点,应找出其周围界限,进行局部处理,并对弯沉进行复测后重新计算平均值和标准差.高速公路、一级公路不得舍弃特异值.４)弯沉代表值大于设计弯沉值时,相应分项工程应为不合格.４.检测报告报告应包括下列内容:(１)弯沉测定表、支点变形修正值、测试时的路面温度及温度修正值.上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定(２)每一个评定路段的各测点弯沉的平均值、标准差及代表弯沉.记录格式见表３-５.三、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查及旧路路面强度的评价指标,可为路面养护管理系统提供数据.１.检测器具自动弯沉仪测定车由承载车、测量机架及控制系统、位移、温度和距离传感器、数据采集与处理系统等基本部分组成,如图３-１２所示.上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定自动弯沉仪的承载车辆应为单后轴、单侧双轮组成的载重车,其标准参数要求参见表３-３.测试系统基本技术要求和参数如下:(１)位移传感器分辨率:０.０１mm.(２)位移传感器有效量程:≥３mm.(３)设备工作环境温度:０℃~６０℃.(４)距离标定误差:≤１％.２.准备工作(１)位移传感器标定.每次测试之前必须按照设备使用手册规定的方法进行位移传感器的标定,记录标定数据并存档.上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定(２)检查承载车轮胎气压.每次测试之前必须检查后轴轮胎气压,应满足(０.７０±０.０５)MPa.(３)检查承载车轮轮载.一般每年检查一次,后轴载应满足(１００±１)kN.(４)检查测量架的易损部件情况,及时更换损坏部件.(５)打开设备电源进行检查,控制面板功能键、指示灯、显示器等应正常.(６)开动承载车试测２~３个步距,观察测试机构,测试机构应正常,否则需要调整.上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定３.测试步骤(１)测试系统在开始测试前需要通电预热,时间不少于设备操作手册要求,并开启工程预警灯和导向标等警告标志.(２)在测试路段前２０m处,将测量架放落在路面上,并检查各机构的部件情况.(３)操作人员按照设备使用手册的规定和测试路段的现场技术员取舍之要求设置完毕所需的测试状态.(４)驾驶员缓慢加速承载车到正常测试速度,沿正常行车轨迹驶入测试路段.上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定(５)操作人员将测试路段起终点、桥涵等特殊位置的桩号输入到记录数据中.(６)当测试车辆驶出测试路段后,操作人员停止数据采集和记录,并恢复仪器各部分至初始状态,驾驶员缓慢停止承载车,提起测量架.(７)操作人员检查数据文件,文件应完整,内容应正常,否则需要重新测试.４.计算(１)采用自动弯沉仪采集路面弯沉盆峰值数据.(２)数据组中左臂测值、右臂测值按单独弯沉处理.上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定(３)对原始弯沉测试数据进行温度、坡度、相关性等修正.当路面横坡不超过４％,不进行超高影响修正;当横坡超过４％时,超高影响的修正见表３-７.５.自动弯沉仪与贝克曼梁弯沉对比试验步骤(１)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,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.测定路段长度为３００~５００m,并应使测定的弯沉值有一定的变化幅度.对比试验路段的路面应清洁干燥,温度在１０℃~３５℃范围内,并且选择温度变化不大的时间,宜选择晴天无风的天气条件,试验路段附近没有重型交通和震动.上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定(２)对比试验步骤.１)自动弯沉仪按照正常测试车速测试选定路段,工作人员仔细用油漆每隔三个测试步距或约２０m标记测点位置.２)自动弯沉仪测试完毕后,等待３０min;然后,在每一个标记位置用贝克曼梁按照贝克曼梁测定路基路面回弹弯沉试验方法测定各点回弹弯沉值.３)从自动弯沉仪的记录数据中按照路面标记点的相应桩号提出各个试验点测值,并与贝克曼梁测值一一对应,用数理统计的回归分析方法得到贝克曼梁测值和自动弯沉仪测值之间的相关关系方程,相关系数不得小于０.９５.上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定６.检测报告内容(１)弯沉的平均值、标准差、代表值、测试时的路面温度及温度修正值.(２)自动弯沉仪测值与贝克曼梁测值的相关关系式及相关系数.四、落锤式弯沉仪测定路面弯沉用落锤式弯沉仪(FWD)在标准质量的重锤落下一定高度发生的冲击荷载的作用下,测定路基或路面表面所产生的瞬时变形,即测定在动态荷载作用下产生的动态弯沉及弯沉盆,由此反算路基路面各层材料的动态弹性模量,作为设计参数使用.所测结果也可用于评定道路承载能力、调查水泥混凝土路面接缝的传力效果和探查路面板下的空洞等.上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定１.检测器具落锤式弯沉仪,简称FWD,由荷载发生装置、弯沉检测装置、运算控制系统与车辆牵引系统等组成.其结构示意如图３-１３所示.(１)荷载发生装置:重锤的质量及落高根据使用目的与道路等级选择,荷载由传感器测定.如无特殊需要,重锤的质量为(２００±１０)kg,可采用产生(５０±２.５)kN的冲击荷载.承载板宜为十字对称分开成４部分且底部固定有橡胶片的承载板.承载板的直径一般为３００mm.(２)弯沉检测装置:由一组高精度位移传感器组成,如图３-１４所示,传感器可为差动变压器式位移计(LVDT).上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定自中心开始,承载板沿道路纵向设置,隔开一定距离布设一组传感器,传感器总数不少于７个,建议布置在０~２５０cm范围以内,必须包括０cm、３０cm、６０cm、９０cm四点,其他根据需要及设备性能决定.(３)运算及控制装置:能在冲击荷载作用的瞬间内,记录冲击荷载及各个传感器所在位置测点的动态变形.(４)牵引装置:牵引FWD并安装运算及控制装置的车辆.上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定２.评定道路承载能力的方法与步骤(１)准备工作.１)调整重锤的质量及落高,使重锤的质量及产生的冲击荷载符合前述仪器的要求.２)在测试路段的路基或路面各层表面布置测点,其位置或距离随测试需要而定.当在路面表面测定时,测点宜布置在行车车道的轮迹带上.测试时,还可利用距离传感器定位.３)检查FWD的车况及使用性能,用手动操作检查,各项指标符合仪器规定要求.上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定４)将FWD牵引至测定地点,将仪器打开,进入工作状态.牵引FWD行驶的速度不宜超过５０km/h.５)对位移传感器按仪器使用说明书进行标定,使之达到规定的精度要求.(２)测定方法.１)承载板中心位置对准测点,承载板自动落下,放下弯沉装置的各个传感器.上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定２)启动落锤装置,落锤瞬即落下,冲击力作用于承载板上,又立即自动提升至原来位置固定.同时,各个传感器检测结构层表面变形,记录系统将位移信号输入计算机,并得到路面弯沉峰值,同时得到弯沉盆.每一测点重复测定应不少于３次,除去第一个测定值,取以后几次测定值的平均值为计算依据.３)提起传感器及承载板,牵引车向前移动至下一个测点,重复上述步骤,进行测定.３.落锤式弯沉仪与贝克曼梁弯沉仪对比试验步骤上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定(１)路段选择.选择结构类型完全相同的路段,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,以便将落锤式弯沉仪测定的动弯沉换算成贝克曼梁测定的回弹弯沉值.选择的对比路段长度３００~５００m,弯沉值应有一定的变化幅度.(２)对比试验步骤.１)采用与实际使用相同且符合要求的落锤式弯沉仪及贝克曼梁弯沉仪测定车.落锤式弯沉仪的冲击荷载应与贝克曼梁弯沉仪测定车的后轴双轮荷载相同.２)用油漆标记对比路段起点位置.３)布置测点位置,用贝克曼梁定点测定回弹弯沉,测定车开走后,用粉笔以测点为圆心,在周围画一个半径为１５cm的圆,标明测点位置.上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定４)将落锤式弯沉仪的承载板对准圆圈,位置偏差不超过３０mm,按前述方法进行测定.两种仪器对同一点弯沉测试的时间间隔不应超过１０min.５)逐点对应计算两者的相关关系.通过对比试验得出回归方程式LB＝a＋bLFWD,式中LFWD、LB分别为落锤式弯沉仪及贝克曼梁测定的弯沉值.回归方程式的相关系数应不小于０.９５.由于不同路面结构的材料、路基状况、温度、水文条件、路面使用状况不同,对比关系也有所不同,为了提高数据的准确性,应分别情况对此项对比试验.上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定４.水泥混凝土路面板调查的方法与步骤(１)在测试路段的水泥混凝土路面板表面布置测点,当为调查水泥混凝土路面的接缝的传力效果时,测点布置在接缝的一侧,位移传感器分开在接缝两边布置.当为探查路面板下的空洞时,测点布置位置随测试需要而定,应在不同位置测定.(２)按前述方法进行测定.５.数据处理(１)按桩号记录各测点的弯沉及弯沉盆数据,计算一个评定路段的平均值、标准差、变异系数.上一页下一页返回第一节路基路面回弹弯沉检测及评定(２)当为调查水泥混凝土路面接缝的传力效果时,利用分开在接缝两边布置的位移传感器测定值的差异及弯沉盆的形状,进行判断.(３)当为探查路面板下的空洞时,利用在不同位置测定的测定值差异及弯沉盆的形状,进行判断.６.检测报告内容(１)各测点的最大弯沉及弯沉盆测定数据.(２)每一个评定路段全部测点弯沉的平均值、标准差、变异系数及代表弯沉.(３)如与贝克曼梁弯沉仪进行了对比试验,尚应列出相关关系式、相关系数和换算的回弹弯沉.上一页返回第二节路基路面回弹模量检测一、贝克曼梁测定路基路面回弹模量用弯沉仪测试各点的回弹弯沉值,通过计算求得该材料的回弹模量值.该试验适用于土基和厚度不小于１m的粒料整层表面,也适用于在旧路表面测定路基路面的综合回弹模量.１.检测器具与材料(１)标准车:按前述规定选用.(２)路面弯沉仪:由贝克曼梁、百分表及表架组成.弯沉采用百分表量得.(３)路表温度计:分度不大于１℃.(４)接长杆:直径ϕ１６mm,长５００mm.下一页返回第二节路基路面回弹模量检测

(５)其他:皮尺、口哨、粉笔、指挥旗等.２.方法与步骤(１)准备工作.１)选择洁净的路面表面作为测点,要在测点处做好标记并编号.２)无机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带范围内或路肩及其他合适处,也可在室内修筑,但均应适用于汽车测定弯沉.②试槽应选择在干燥或中湿路段处,不得铺筑在软土基上.上一页下一页返回第二节路基路面回弹模量检测

③试槽面积不小于３m×２m,厚度不宜小于１m.铺筑时,先挖３m×２m×１m(长×宽×深)的坑,然后用欲测定同一种路面材料按有关施工规范规定的压实度分层铺筑并压实,直至顶面,使其达到要求的压实度标准.同时,应严格控制材料组成,配比均匀一致,符合施工质量要求.④试槽表面的测点间距可按图３-１７布置在中间２m×１m的范围内,可测定２３点.(２)测试步骤.选择适当的标准车,实测各测点处路面回弹弯沉值Li.如在旧沥青路面上测定时,应读取温度,并测定弯沉值的温度修正,得到标准温度２０℃时的弯沉值.上一页下一页返回第二节路基路面回弹模量检测

３.计算(１)分别计算全部测定值的算术平均值单次测量的标准差S和自然误差r０:式中———回弹弯沉的平均值,０.０１mm;上一页下一页返回第二节路基路面回弹模量检测

S———回弹弯沉值的标准差,０.０１mm;r０———回弹弯沉值的自然误差,０.０１mm;Li———各测点的回弹弯沉值,０.０１mm;n———测点总数.(２)计算各测定值与算术平均值的偏差值并计算较大的偏差与自然误差之比di/r０.当某个测点的观测值的di/r０值大于表３-８中的极限值d/r时,则应舍弃该测点,然后重复上述的步骤计算所余各测点的算术平均值及标准差.上一页下一页返回第二节路基路面回弹模量检测

(３)按下式计算代表弯沉值:式中Lr———计算代表弯沉;———舍弃不符合要求的测点后所余各测点弯沉的算术平均值;S———舍弃不符合要求的测点后所余各测点弯沉的标准差.(４)按下式计算土基、整层材料的回弹模量(E１)或旧路的综合回弹模量:上一页下一页返回第二节路基路面回弹模量检测

式中E１———计算的土基、整层材料的回弹模量或旧路的综合回弹模量(MPa);p———测定车轮的平均垂直荷载(MPa);δ———测定用标准车双圆荷载单轮传压面当量圆的半径(cm);μ———测定层材料的泊松比,根据相关路面设计规范的规定取用,见表３-９;α———弯沉系数,为０.７１２.上一页下一页返回第二节路基路面回弹模量检测

４.检测报告的内容报告应包括弯沉测定表、计算代表弯沉、采用的泊松比及计算得到的材料回弹模量E１等,对沥青路面应报告测试时的路面温度.二、承载板法测定土基回弹模量在现场土基表面用承载板对土基逐级加载、卸载的方法,测出每级荷载下相应的土基回弹变形值,经过计算求得土基回弹模量,作为路面设计参数使用.路基土和含土路面材料的回弹模量与其含水率和密实度有关.因此,测定最好在不利季节进行(不利季节:南方为雨季,北方为春融季节).如在非不利季节进行测定,则应人工创造不利条件,以使土或路面材料的含水率接近不利季节的含水率.上一页下一页返回第二节路基路面回弹模量检测

不含土的级配碎石和填隙碎石可在施工完成后或开放交通后三个月进行测定;水泥稳定土应在龄期一个月时,以及重冰冻地的第二年不利季节进行测定;石灰稳定土以及石灰稳定工业废渣应在龄期一个月、三个月以及冰冻地区的第二年不利季节进行.１.检测器具与材料(１)加载设施:载有铁块或集料等重物、后轴重不小于６０kN载重汽车一辆,作为加载设备,在汽车大梁的后轴之后约８０cm处,附设加劲小梁一根作反力架,汽车轮胎充气压力０.５０MPa.(２)现场测试装置,如图３-１８所示,由千斤顶、测力计(测力环或压力表)及球座组成.上一页下一页返回第二节路基路面回弹模量检测

(３)刚性承载板一块,板厚为２０mm,直径为３０cm,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.承载板安放在土基表面上.(４)路面弯沉仪两台,由贝克曼梁、百分表及其支架组成.(５)液压千斤顶一台(８０~１００kN),装有经过标定的压力表或测力环,其量程不小于土基强度,测定精度不小于测力计量程的１/１００.(６)秒表、水平尺、细砂、毛刷、垂球、镐、铁锹、铲等.上一页下一页返回第二节路基路面回弹模量检测

２.方法与步骤(１)准备工作.１)根据需要选择有代表性的测点.测点应位于水平的路基上,土质均匀,不含杂物.２)仔细平整土基表面,撒干燥洁净的细砂填平土基凹处.砂子不可覆盖全部土基表面,避免形成夹层.３)安置承载板,并用水平尺进行校正,使承载板处于水平状态.上一页下一页返回第二节路基路面回弹模量检测

４)将试验车置于测点上,在加劲横梁中部悬挂垂球测试,使之恰好对准承载板中心,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.如用测力环时,应将测力环置于千斤顶与横梁中间,千斤顶及衬垫物必须保持垂直,以免加压时千斤顶倾倒发生事故并影响测试数据的准确性.６)安放弯沉仪,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的初始位置上.上一页下一页返回第二节路基路面回弹模量检测

(２)测试步骤.１)用千斤顶开始加载,注视测力环或压力表,至预压０.０５MPa,稳压１min,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载,稳压１min后,将指针对零或记录初始读数.２)测定土基的压力—变形曲线,用千斤顶加载.采用逐级加载卸载法,用压力表或测力环控制加载量.荷载小于０.１MPa时,每级增加０.０２MPa,以后每级增加０.０４MPa左右.为使加载和计算方便,加载数值可适当调整为整数,每次加载至预定荷载(P)后,稳定１min,立即读记两台弯沉仪百分表数值,然后轻轻放开千斤顶油门卸载至０,待卸载稳定１min后再次读数.上一页下一页返回第二节路基路面回弹模量检测

每次卸载后百分表不再对零.当两台弯沉仪百分表读数之差小于平均值的３０％时,取平均值,如超过３０％则应重测.当回弹变形值超过１mm时,即可停止加载.３)各级荷载的回弹变形和总变形,按以下方法计算:回弹变形L＝(加载后读数平均值－卸载后读数平均值)×弯沉仪杠杆比(３-１３)总变形L′＝(加载后读数平均值－加载初始前读数平均值)×弯沉仪杠杆比(３-１４)上一页下一页返回第二节路基路面回弹模量检测

４)测定总影响量α:最后一次加载卸载循环结束后,取走千斤顶,重新读取百分表初读数,然后将汽车开出１０m以外,读取终读数,两只百分表的初、终读数差之平均值即为总影响量α.总影响量是汽车后轴荷载对施测点的回弹变形.５)在试验点下取样,测定材料含水率.取样数量如下:①最大粒径不大于４.７５mm,试样数量约１２０g;②最大粒径不大于１９.０mm,试样数量约２５０g;③最大粒径不大于３１.５mm,试样数量约５００g.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.上一页下一页返回第二节路基路面回弹模量检测

３.计算(１)各级压力的回弹变形值加上该级的影响量后,则为计算回弹变形值.表３-１０是以后轴重６０kN的标准车为测试车的各级荷载影响量的计算值.当使用其他类型的测试车时,各级压力下的影响量αi按式(３-１５)计算:上一页下一页返回第二节路基路面回弹模量检测

式中T１———测试车前后轴距(m);T２———加劲小梁中点距后轴距离(m);D———承载板直径(cm);Q———测试车后轴重(N);Pi———各级荷载下的承载板压力(Pa);αi———各级荷载下的影响量,０.０１mm.α———总影响量,０.０１mm.上一页下一页返回第二节路基路面回弹模量检测

(２)将各级计算回弹变形值点绘于标准计算纸上,排除显著偏离的异常点并绘出顺滑的P—L曲线,如曲线起始部分出现反弯,应按图３-２３所示修正原点O为O′,则是修正的原点.(３)按式(３-１６)计算相当于各级荷载下的土基回弹模量Ei值:式中Ei———相应于各级荷载下土基回弹模量(MPa);μ０———土的泊松比,根据相关路面设计规范规定选用;当无规定时,非黏性土可取０.３,高黏性土取０.５,一般可取０.３５或０.４;上一页下一页返回第二节路基路面回弹模量检测

D———承载板直径(３０cm);Pi———承载板单位压力(MPa);Li———相对于荷载Pi时的回弹变形值(cm).(４)取结束试验前的各回弹变形值,按线性回归方法由下式计算土基回弹模量E０值:上一页下一页返回第二节路基路面回弹模量检测

式中E０———土基回弹模量(MPa);μ０———土的泊松比,根据相关路面设计规范规定选用;Li———计算回弹变形值(cm);Li＝L′i＋αiL′i———各级荷载下的实测弯沉值(cm);Pi———对应Li的各级压力值上一页下一页返回第二节路基路面回弹模量检测

４.检测报告内容应记录下列结果:(１)试验时所采用的汽车类型;(２)近期天气情况;(３)试验时土基的含水率(％);(４)土基密度和压实度;(５)相应于各级荷载下的土基回弹模量Ei值;(６)土基回弹模量E０值(MPa).上一页返回第三节加州承载比(CBR)试验方法CBR又称加州承载比,由美国加利福尼亚公路局首先提出来的,是评定土基及路面基层材料强度的一种方法.由于该法简便,试验数据稳定,因而被许多国家采用.CBR值是指试料在一定面积的贯入杆作用下,贯入量达２.５mm和５.０mm时,单位压力与标准碎石压入相同贯入量时的标准荷载强度的比值.为合理的选择路基填料,确保路基的强度和稳定性,«公路路基设计规范»(JTGD３０—２０１５)、«公路路基施工技术规范»(JTGF１０—２００６)和«公路沥青路面设计规范»(JTGD５０—２０１７)中都规定了路基填料的最小强度(即CBR值)要求,见表３-１２所列.在路基施工之前,必须对所用填料进行CBR试验,作为路基填料选择的依据.下一页返回第三节加州承载比(CBR)试验方法

CBR试验有室内试验和现场试验两种,室内试验时,试件按照路基施工时的含水率和压实度要求在试筒内制备,并在加载前浸泡饱水４天.为模拟路面结构层的自重压力,需要施加半圆荷载板,其重量应根据预定的路面结构重量来确定,但不得小于４５N,试件浸水至少淹没顶面２.５cm.CBR值现场测试方法与室内试验基本相同,但其压入试验直接在土基顶面或路面材料顶面进行.一、室内CBR试验对于粒径在２５mm以内(最大粒径不得超过４０mm且含量不超过５％)的各种土质路面基层、底基层材料,在试验室内用规定的试筒制成标准试件,在路面材料强度仪上进行承载比试验,即可测定材料的CBR值.上一页下一页返回第三节加州承载比(CBR)试验方法

(１)圆孔筛:孔径４０mm、２０mm及５mm筛各１个.(２)试筒:内径１５２mm、高１７０mm的金属圆筒;套环,高５０mm;筒内垫块,直径１５１mm、高５０mm;夯击底板,同击实仪.试筒的形式和主要尺寸如图３-２４所示.(３)夯锤和导管:夯锤的底面直径５０mm,总质量４.５kg.夯锤在导管内的总行程为４５０mm,夯锤的形式和尺寸与重型击实试验法所用的相同.(４)贯入杆:端面直径５０mm、长约１００mm的金属杆.(５)路面材料强度仪或其他荷载装置:重力小于５０kN,能调节贯入速度至每分钟贯入１mm,可采用测力计式,如图３-２５所示.上一页下一页返回第三节加州承载比(CBR)试验方法

(８)多孔底板(试件放上后浸泡水中).(９)测膨胀量时支承百分表的架子,如图３-２７所示.(１０)荷载板:直径１５０mm,中心孔眼直径５２mm,每块质量１.２５kg,共４块,并沿直径分为两个半圆块.上述试筒及相关物件实物如图３-２８所示.(１１)水槽:浸泡试件用,槽内水面高出试件顶面２５mm.(１２)其他:台秤(感量为试件用量的０.１％),拌合盘,直尺,滤纸,脱模器等与击实试验相同.上一页下一页返回第三节加州承载比(CBR)试验方法

２.试样(１)将具代表性的风干试料(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.土团均应捣碎到通过５mm的筛孔.(２)采取代表性的试料５０kg,用４０mm筛筛除大于４０mm的颗粒,并记录超尺寸颗粒的百分数.将已过筛的试料按四分法取出约２５kg,再用四分法将取出的试料分成４份,每份质量６kg,供击实试验和制试件之用.(３)在预定做击实试验的前一天,取有代表性的试料测定其风干含水率.上一页下一页返回第三节加州承载比(CBR)试验方法

３.检测步骤(１)称试筒本身质量m１,将试筒固定在底板上,将垫块放入筒内,并在垫块上放一张纸,安上套环.(２)将１份试料,按３层装,每层击实９８次,求试料的最大干密度和最佳含水率.(３)将其余三份试料按最佳含水率制备３个试件,将一份试料铺于金属盘内,按事先计算得的该份试料应加的水量均匀地喷洒在试料上.上一页下一页返回第三节加州承载比(CBR)试验方法

式中mw———所需的加水量(g);mi———含水率wi时土样的质量(g);wi———土样原有含水率(％);w———要求达到的含水率(％).用小铲将试料充分拌和到均匀状态,然后装入密闭器或塑料口袋内浸润备用.浸润时间:重黏土不少于２４h,轻黏土可缩短到１２h,砂土可缩短到１h,天然砂砾可缩短到２h左右.制备每个试件时,都要取样测定试料的含水率.需要时,可制备三种干密度试件.如每种干密度试件制３个,则共制３组９个试件.每组试件击实次数分别为３０次、５０次和９８次,使试件的干密度从低于９５％到等于１００％的最大干密度.这样,９个试件共需试料约５５kg.上一页下一页返回第三节加州承载比(CBR)试验方法

(４)将试筒放在坚硬的地面上,取备好的试样分３~５次倒入筒内(视最大粒径而定).按五层法时,每层需试样９００(细粒土)~１１００g(粗粒土);按三层法时,每层需要试样１７００g(左右)(其量应使击实后的试样高出１/３筒高１~２mm).整平表面,并稍加压紧,然后按规定的击数进行第一层试样的击实,击实时锤应自由垂直落下,锤迹必须均匀分布于试样面上,每一层击实完后,将试样层面“拉毛”然后再装入套筒.重复上述方法进行其余每层试样的击实,试筒击实制件完成后,试样不宜高出筒高１０mm.(５)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,称量筒和试件的质量m２.上一页下一页返回第三节加州承载比(CBR)试验方法

(６)泡水测膨胀量的步骤如下:１)在试件制成后,取下试件顶面的破残滤纸,放张好滤纸,并在其上安装附有调节杆的多孔板,在多孔板上加４块荷载板.２)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.３)向水槽内放水,使水自由进到试件的顶部和底部,如图３-２９所示,在泡水期间,槽内水面应保持在试件顶面�以上约２５mm.通常试件要泡４昼夜.４)泡水终了时,读取试件上百分表的终读数,并用下式计算膨胀量:上一页下一页返回第三节加州承载比(CBR)试验方法

５)从水槽中取出试件,倒出试件顶面的水,静置１５min,让其排水,卸去附加荷载和多孔板、底板和滤纸,并称其质量m３,以计算试件的湿度和密度的变化.(７)贯入试验.１)将泡水试验终了的试件放到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块荷载板,如图３-３０所示.２)先在贯入杆上施加４５N荷载,然后将测力和测变形的百分表的指针都调至零点.上一页下一页返回第三节加州承载比(CBR)试验方法

３)加荷使贯入杆以１~１.２５mm/min的速度压入试件,记录测力计内百分表某些整读数(如２０、４０、６０)时的贯入量,并注意使贯入量为２５０×１０－２mm时,能有５个以上的读数.因此,测力计内的第一个读数应是贯入量３０×１０－２mm左右.４.结果整理(１)以单位压力(P)为横坐标,贯入量(L)为纵坐标,绘制P—L关系曲线,如图３-３１所示.图上曲线１是合适的,曲线２开始段是凹曲线,需要进行修正.修正时,在变曲率点引一条切线,与纵坐标交于O′点,O′即为修正后的原点.上一页下一页返回第三节加州承载比(CBR)试验方法

(２)一般采用贯入量为２.５mm时的压力与标准压力之比作为材料的承载比(CBR),即上一页下一页返回第三节加州承载比(CBR)试验方法

如贯入量为５mm时的承载比大于２.５mm时的承载比,则试验要重做,如结果仍然如此，则采用５mm时的承载比.(３)试件的湿密度用下式计算:式中ρw———试件的湿密度(g/cm３);m２———试筒和试件的合质量(g);m１———试筒的质量(g);２１７７———试筒的容积(cm３).上一页下一页返回第三节加州承载比(CBR)试验方法

(４)试件的干密度用下式计算:式中ρd———试件的干密度(g/cm３);w———试件的含水率(％).(５)泡水后试件的吸水量按下式计算:上一页下一页返回第三节加州承载比(CBR)试验方法

式中wa———泡水后试件的吸水量(g);m３———泡水后试筒和试件的合质量(g);m２———试筒和试件的合质量(g).５.精度要求如根据３个平行试验结果计算得的承载比变异系数CV大于１２％,则去掉一个偏离大的值,取其余２个结果的平均值.如CV小于１２％,且３个平行试验结果计算的干密度偏差小于０.０３g/cm３,则取３个结果的平均值;如３个试验结果计算的干密度偏差超过０.０３g/cm３,则去掉一个偏离大的值,取其余２个结果的平均值.上一页下一页返回第三节加州承载比(CBR)试验方法

６.绘制承载比和干密度关系曲线在必要时(当承载比较小时),应当绘制含水率—干密度—承载比关系曲线图,如图３-３２所示.含水率—干密度关系图即击实试验所得的图.而干密度—承载比关系图则是以干密度为纵坐标,以承载比为横坐标,分别将３０次、５０次和９８次击实的干密度平均值(每组３个试件)与所对应的承载比平均值一一点绘到坐标中,连成一折线.然后根据工地所要求的材料干密度(即最大干密度乘以要求的压实度),确定现场的实测承载比,最后以此承载比来判断路基填料是否合格.上一页下一页返回第三节加州承载比(CBR)试验方法

７.检测报告试验记录包括以下内容:(１)材料的颗粒组成,最佳含水率(％)和最大干密度(g/cm３).(２)材料的承载比(％),承载比小于１００％时,准确到５％;承载比大于１００％时,准确到１０％.(３)材料的膨胀量(％).二、土基现场CBR值测试方法所用试样的最大集料粒径小于１９.０mm,最大不得超过３１.５mm,适用于在公路现场测定各种土基材料的现场CBR值.上一页下一页返回第三节加州承载比(CBR)试验方法

１.检测器具与材料(１)荷重装置:装载有铁块或集料等重物的载重汽车,后轴重不小于６０kN,在汽车大梁的后轴之后设有一加劲横梁作反力架用.(２)现场测试装置:如图３-３３和图３-３４(a)所示,由千斤顶(机械或液压)、测力计(测力环或压力表)及球座组成.千斤顶可使贯入杆的贯入速度调节成１mm/min.测力计的容量不小于土基强度,测定精度不小于测力计量程的１/１００.(３)贯入杆:直径ϕ５０mm,长约２００mm的金属圆柱体.(４)承载板:每块１.２５kg,直径ϕ１５０mm,中心孔眼直径ϕ５２mm,不小于４块,并沿直径分为两个半圆块,如图３-３４(b)所示.上一页下一页返回第三节加州承载比(CBR)试验方法

(５)贯入量测定装置:由图３-３５中所示的平台及百分表组成,百分表量程２０mm,精度０.０１mm,数量２个,对称固定于贯入杆上,端部与平台接触,平台跨度不小于５０cm.此设备也可用两台贝克曼梁弯沉仪代替.(６)细砂:洁净干燥的细干砂,粒径为０.３~０.６mm.(７)其他:铁铲、盘、直尺、毛刷、天平等.２.方法与步骤(１)准备工作.上一页下一页返回第三节加州承载比(CBR)试验方法

１)将试验地点直径约３０cm范围的表面找平,用毛刷刷净浮土.如表面为粗粒土时,应撒布少许洁净的干砂填平,但不能覆盖全部土基,避免形成一层.２)装置测试设备,如图３-３５所示设备贯入杆及千斤顶,千斤顶顶在汽车后轴上且调节至高度适中,贯入杆应与土基表面紧密接触.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３-３５安装好.(２)测试步骤.１)在贯入杆位置安放４块１.２５kg的分开成半圆的承载板(共５kg).上一页下一页返回第三节加州承载比(CBR)试验方法

２)试验贯入前,先在贯入杆上施加４５N后,将测力计及贯入量百分表调零,记录初始读数.３)启动千斤顶,使贯入杆以１mm/min速度压入土基,当相应贯入量为０.５mm、１.０mm、１.５mm、２.０mm、２.５mm、３.０mm、４.０mm、５.０mm、６.５mm、１０.０mm及１１.５mm时,分别读取测力计读数.根据情况,也可在贯入量达６.５mm时结束测试.用千斤顶连续加载,两个贯入量百分表及测力计均应在同一时刻读数,当两个百分表读数差值不超过平均值的３０％时,以其平均值作为贯入量,当两个表读数差值超过平均值的３０％时,应停止试验.４)卸除荷载,移去测定装置.上一页下一页返回第三节加州承载比(CBR)试验方法

５)在试验点下取样,测定材料含水率.取样数量如下:最大粒径不大于４.７５mm,试样数量约１２０g;最大粒径不大于１９.０mm,试样数量约２５０g;最大粒径不大于３１.５mm,试样数量约５００g.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.３.计算(１)将贯入试验得到的各等级荷载数除以贯入断面面积(１９.６２５cm２),得各级压强(MPa),绘制荷载压强—贯入量曲线,如图３-３１所示.当图中曲线如２所示有明显下凹的情况时,应在曲线的拐弯处作切线延长作贯入量修正,以与坐标轴相交的点O′作原点,得到修正后的压强—贯入量曲线.上一页下一页返回第三节加州承载比(CBR)试验方法

(２)从压强—贯入量曲线上读取贯入量为２.５mm及５.０mm时的荷载压强Pt,按公式计算现场CBR.CBR一般以贯入量２.５mm时的测定值为准,当贯入量为５.０mm时的CBR大于２.５mm时的CBR值时,应重新试验.如重新试验仍然如此时,则以贯入量５.０mm时的CBR为准.上一页下一页返回第三节加州承载比(CBR)试验方法

式中P１———荷载压强(MPa);P０———标准压强,由优质碎石大量试验得到;当贯入量为２.５mm时为７MPa,当贯入量为５.０mm时为１０.５MPa.４.报告试验报告应包括的内容有以下几项:(１)土基含水率(％);(２)测点的干密度(g/cm２);(３)现场CBR值及相应的贯入量.上一页下一页返回第三节加州承载比(CBR)试验方法

三、动力锥贯入仪测定路基路面回弹模量试验方法使用动力锥贯入仪在现场快速测定或评估无机结合料材料路基、路面的强度.１.检测器具与材料(１)动力锥贯入仪(DCP):结构与形状如图３-３６所示,包括手柄、落锤、导向杆、联轴器(锤座)、扶手、夹紧环、探杆、１m刻度尺、锥头.标准落锤质量为８kg或１０kg.锥头锥尖的角度为９０°、６０°或３０°等,最大直径为２０mm.锥头最大