路基路面工程试验~回弹弯沉测试

道路实验室

黄

刚路基路面工程实验课程回弹弯沉测试—贝克曼梁法二零二三年五月五日01020304前言弯沉试验检测方法综合介绍贝克曼梁测定路基路面回弹弯沉试验方法路基、柔性基层、沥青路面回弹弯沉评定主要内容01020304ClicktoaddTitle21前言

弯沉值就是从整体上反映了路面各层次的整体强度，路基的强度一般用回弹模量来反映。如果弯沉值过大，其变形也就越大，路面各层也就容易破裂。弯沉值过大，其原因一般与路面各层的材料性质，厚度，整体性，压实度等有关，还与气候条件有关，雨季会偏大。弯沉值不仅反映路面各结构层及土基的整体强度和刚度，而且与路面的使用状态存在一定的内在联系。因此工程竣工前，弯沉值作为一项重要的检测指标，反映了路面的整体强度质量。检测弯沉值意义什么是弯沉？路面压实度概念检测弯沉值意义路基路面的承载能力是指在车辆荷载作用下路基路面结构的抗变形能力，通常用弯沉作为现场检测指标。弯沉是指在规定的荷载作用下，路基或路面表面产生的总垂直变形值（总弯沉）或垂直回弹变形值（回弹弯沉），以0.01mm为单位表示。弯沉值越大，说明承载能力越低。我国采用回弹弯沉来表征路基路面的承载能力，回弹弯沉值是我国沥青路面结构设计控制指标（已废除），也是路基路面施工控制及施工验收的检验项目，又是运营中的路面结构强度评定的依据，还是旧路补强设计中的重要参数。因此，回弹弯沉值对于我国公路路基路面工程具有重要的作用和意义。弯沉测试方法主要有贝克曼梁法、自动弯沉仪法和落锤式弯沉仪法三种。弯沉的分类弯沉分为：

1、设计弯沉值（废除） 2、容许弯沉值 3、检测弯沉值JTGD50-2017公路沥青路面设计规范设计弯沉（废除）

根据设计年限内一个车道上预测通过的累计当量轴次、公路等级、路面结构类型而确定的路表设计弯沉值。相当于路面竣工后第一年不利季节，路面在标准轴载100kN作用下，所测得的最大回弹弯沉值。《JTGD50-2006《公路沥青路面设计规范》

设计弯沉û3.0.5沥青路面设计应控制沥青混合料层疲劳开裂损坏、无机结合料稳定层疲劳开裂损坏、沥青混合料层永久变形量、路基顶面竖向压应变，以及季节性冻土地区的路面低温开裂。JTGD50-2017公路沥青路面设计规范

原规范以路表弯沉作为主导设计指标。在早期交通荷载轻、交通量小、路面薄且结构单一的背景下，路表弯沉能够较好地反映路面承载能力，控制路基永久变形，作为设计指标是合适的。随着路面结构层厚度增加和结构组合多样化，路表弯沉作为设计指标的不足逐渐显现。不同类型路面结构，弯沉值大的路面结构并不一定比弯沉值小的使用寿命短或性能差，因而弯沉值无法作为评判不同路面结构性能优劣的依据。此外，随着路面结构层数和材料组合方案增加，路面病害形式越发多样。由于路面结构类型的多样性和路面性能影响因素的复杂性，所以需要增加相应设计指标，以涵盖各种主要病害类型。

本规范采用5个单项设计指标分别控制相应路面损坏。修改了原规范沥青混合料层和无机结合料稳定层疲劳开裂预估模型，新增了沥青混合料层永久变形量、路基顶面竖向压应变和路面低温开裂指数3项指标，其中低温开裂指数适用于季节性冻土地区。去除“设计弯沉值”6.4.2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，其测试方法已广为熟知，测试设备较为普及。因此，弯沉虽不再作为设计指标，仍作为路基和路面的交工验收指标。（条文说明）JTGD50-2017公路沥青路面设计规范

设计弯沉值→竣工后第一年不利季节（废除）

容许弯沉值→使用期末不利季节（临界破坏状态）

在使用期末不利季节，路面处于临界破坏状态时的实测回弹弯沉，称为路面的容许弯沉值。路面容许弯沉值

传统设计方法认为，弯沉值的大小反映了路基路面的整体强度。在达到相同的路面破坏状态时，回弹弯沉值大小同作用于路面的行车荷载累计作用次数或使用寿命成反比关系。

轮载累计重复作用次数N与此时路表面回弹弯沉的关系，可通过对已使用多年的各类路面进行弯沉测定，并调查路面已承受的累计交通量，经整理分析后得出。

在使用期末不利季节，路面处于临界破坏状态时的实测回弹弯沉，称为路面的容许弯沉值。

将容许弯沉值同该路面在使用期间标准轴载累计作用次数相关联，得检测（验收）弯沉值JTGD50-2017公路沥青路面设计规范ClicktoaddTitle12弯沉试验检测方法综合介绍自动弯沉仪检测系统

落锤式弯沉仪FWD

FWD是由丹麦生产的脉冲动力弯沉仪。其基本工作原理是通过计算机控制下的液压系统提升并释放一重锤，对路面施加脉冲（冲击）荷载，模拟行车荷载对路面的作用，测定在冲击荷载下的弯沉盆。自七十年代末期以来，FWD在国际上得到日益广泛的应用，并被认为是路面弯沉检测和结构性能评价较理想的工具。

FWD弯沉仪按载荷大小划分:①1.5T②5T③10T④24T按安装方式划分:①车载式②拖车式③手持式按测试点数划分:①单点式②多点式计算机连接方式:①串口②USB③以太网

落锤式弯沉仪分不同种类落锤式弯沉仪FWD①传感器的标定②信号调理放大电路③计算机AD采集④测量数据的误差补偿及后处理

数据准确可行的保证传感器信号调理放大计算机采集数据处理

落锤式弯沉仪FWD落锤式弯沉仪FWD实时曲线记录记录弯沉的60ms动态测量曲线，获得脉冲持续时间和弯沉盆形状。落锤式弯沉仪FWD动态弯沉测定—路面激光动态弯沉仪路面激光动态弯沉测量原理图JG-2005型激光自动弯沉仪激光自动弯沉仪软件操作界面图

激光自动弯沉仪的工作原理为路面在重载车轮的碾压下会产生沉降，弯沉检测车通过速度传感器精确地测量出三个测量点的沉降速度。根据测量点相对于车轮中心的位置和它的沉降速度，利用弹性力学理论可以得到弯沉盆曲线的数学方程，再结合车轮的压力就能够算出标准弯沉值。激光动态弯沉测量系统以15-80km/h的速度实现对道路弯沉、路面损坏等非接触一体化检测。系统作业速度快、精度高，实现了道路承载能力指标和道路使用能力指标在同一时空基准下采集、处理和分析。动态弯沉测定—路面激光动态弯沉仪激光动态弯沉测量系统技术标准1)检测速度：15-80km/h2)定位精度：≤2.5m3)测量精度：0.01mm4)采样间距：≤20mm5)弯沉值输出间隔：6)弯沉测量重复性：7)弯沉测试速度变异性：8)弯沉测值相关系数：

分别采用FWD-150型车载式落锤弯沉仪（VFWD）和CabroPRI2100型拖车式落锤弯沉仪（TFWD）与ZOYON-LDD激光动态弯沉仪对同一试验路段进行弯沉测量比对，落锤弯沉仪的测点间距取20m。所试仪器连续采集后通过软件按10m间距输出弯沉值，两组测量结果的相关性趋势如下图所示。图中路面激光快速弯沉仪数据为5尺测量结果平均值。由测试结果可以看出所试设备在所测路段的测量结果与落锤弯沉仪具有较好的相关性。激光动态弯沉仪（50km/h）与拖车式落锤弯沉仪的相关性趋势激光动态弯沉仪（50km/h）与车载式落锤弯沉仪的相关性趋势激光动态弯沉仪（80km/h）与拖车式落锤弯沉仪的相关性趋势激光动态弯沉仪（80km/h）与车载式落锤弯沉仪的相关性趋势1.与贝克曼梁测量结果具有良好的相关性。激光自动弯沉仪是利用贝克曼梁进行弯沉测量的自动化实现。激光自动弯沉仪采用的是前叉法，测量的是路面总弯沉。激光自动弯沉仪的检测结果与贝克曼梁的相关性好。2.与传统弯沉检测方法相比，工作效率高、强度小。激光自动弯沉仪采用全自动操作方式，检测过程由机电系统全自动控制，仅需要一名司机和一名检测工程师，就可以完成路段检测。检测速度超过15km/h，检测效率远远高于传统贝克曼梁和落锤式弯沉仪等检测方法。连续测量距离无限制。3.安全性高。激光自动弯沉仪检测机构位于车体中部，检测配重在车辆后部。整个检测系统结构配置可以有效地保护检测人员的人身安全和测量机构的安全。同时，由于激光自动弯沉仪检测车辆是在运动中检测，相比于需要停车检测的FWD类型，当出现交通紧急情况时，具有更大的缓冲机制和缓冲空间，可以最大可能地减少设备乃至人员的损失。4.技术先进确保检测系统的长期稳定工作能力。动态弯沉测定—路面激光动态弯沉仪ClicktoaddTitle23贝克曼梁测定路基路面回弹弯沉试验方法T0944-1995贝克曼梁测试路基路面回弹模量方法JTG3450－2019公路路基路面现场测试规程贝克曼梁弯沉仪弯沉的检测（贝克曼梁法）测定弯沉用的标准车参数标准轴载等级BZZ-100后轴标准轴载P(kN)100±1一侧双轮荷载(kN)50±0.5轮胎充气压力(MPa)0.70±0.05单轮传压面当量圆面积(mm2)（3.56±0.2）×104轮隙宽度应满足能自由插入弯沉仪测头的测试要求一、贝克曼梁测定路基路面回弹弯沉试验方法

若启用新加载车或加载车轮胎发生较大磨损时应测试轮胎传压面面积注意：标准轴载100kNJTGD50-2017公路沥青路面设计规范贝克曼梁法测弯沉标定

1、沥青路面的弯沉以标准温度20℃时为准，超过20土2℃范围时，对厚度大

于5cm的沥青路面，弯沉值应予温度修正。

2、测试车：双轴：后轴双侧4轮的载重车，应采用BZZ-100；

3、半刚性基层沥青路面或水泥混凝土路面上宜采用5.4m的贝克曼梁弯沉仪、

并采用BZZ-100标准车；采用3.6m贝克曼梁应进行支点修正。

4、不利季节修正。

5、柔性基层弯沉代表值计算按“拉依达法”对数据进行取舍，超过L±（2~3S）的测点应舍弃。

一、贝克曼梁测定路基路面回弹弯沉试验方法步骤：

（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，并用白油漆或粉笔划上标记。

（2）将试验车后轮轮隙对准测点后约3~5cm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，弯沉仪测头置于测点上（轮隙中心前方3~5cm处），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（3m以上）后，吹口哨或挥动红旗指挥停车。待表针回转稳定后读取终读数L2

。汽车前进的速度宜为5km/h左右。初终值之差即