隨著我國交通網絡的快速發展,公路建設逐年增長,在發展的過程中也出現了一系列的問題,首要的就是公路驗收標準方面的。瀝青路面普遍采用的是路面結構形式,隨著使用年限和車流量的提升,路面的彎沉值會發生明顯的增大,而這種增大會造成裂縫、沉降等病害的產生,進而引發瀝青路面耐久性的下降。為了可以確保公路的正常運營,瀝青路面必須有足夠的穩定性與耐久性。雖然目前關于瀝青路面的彎沉對耐久性影響的研究還很少,但彎沉值對公路路面的使用性能有很大的影響,不容忽視。
彎沉是我國瀝青路面設計的一個重要的技術指標,其在施工質量控制中也有著非常重要的作用。所謂彎沉,就是在車輛荷載作用的影響下,路面產生的垂直向下的一個變化值。由于其變形可恢復性,彎沉也可以分為表示回彈變形的回彈彎沉與包括塑性變形的總彎沉。不同的測量手段就會測出不同的彎沉值,使用貝克曼梁法測出的就是回彈彎沉,而采用落錘式彎沉儀測出的彎沉則為總彎沉。
彎沉反映著瀝青路面結構的承載能力,受到許多公路建設人員的重視。我國從1978年柔性路面設計規范開始,就將彎沉指標作為瀝青路面的重要指標。一直以來,彎沉指標在實際應用中不斷地進行完善,已經基本滿足瀝青路面的建設。彎沉指標從一定程度反映了瀝青路面的使用性能,但瀝青路面的使用性能還有其他多種因素的影響。過分強調或者忽略彎沉指標,都不利于完善瀝青路面的結構設計。根據大量的實踐證明,路面結構形式對彎沉的影響較大,剛性、半剛性、柔性基層所采用的彎沉控制標準是不同的。
2.1貝克曼梁彎沉法
貝克曼梁檢測彎沉,就是利用杠桿原理。在規范當中,對于貝克曼梁法的操作是有明確規定的,在測試的過程中應當嚴格按照規范進行操作,例如對壓力的大小、輪胎的間隙與尺寸等都有精準的規定。其中梁的后壁長度應為前壁長度的1/2,且梁的總長度也有兩種類型,分別為5.4m和3.6m,不同的長度對測量的范圍與精度也是有所不同的。在測試的過程中需要先在兩個輪胎直接插入梁且不能觸碰到輪胎,之后再將百分表放置于梁的末端,在車輛緩速前進前進的過程中,路面也會隨著產生變形,百分表的讀數也會隨之增大,最終取百分表的最大值。當遇到面層較厚的情況,需要通過經驗公式對彎沉進行修正。
2.2承載板法
承載板法就是在承載板上不斷地加載,每加一級荷載待狀態穩定后就讀一次數據,待回彈變形超過1mm后停止加載,最終讀取兩個百分表最初讀數與最終讀數的差值的平均數。該數值經過換算即為所測得的彎沉值。
2.3激光自動彎沉儀
自動彎沉儀的原理與貝克曼梁法的原理基本相似,就是測量的手段發生了變化,由之前的百分表變為了位移傳感器與激光測距儀,從而實現了自動的測量。測試車輛的行駛速度較為緩慢,大約為3km/h,速度一定需要保持穩定。其測量部分可以通過電腦事先設定好,測距會隨著車輛的不斷運行而進行不斷地測量。采集系統可以通過對位移、溫度、距離等不同參數的采集然后存儲在電腦之中。與貝克曼梁法進行比較,自動彎沉儀對數據的采集更為精準,誤差較小,自動化的程度較高,可以減輕測量人員工作強度。但是這類儀器的機械化程度較高、系統較為復雜,因此對檢測人員的專業素養提出了很高的要求。自動彎沉儀具有高效和和方便快捷的特點,目前已經成熟的運用于公路的質量驗收與檢測工作中。
2.4落錘式彎沉儀
在國際上,落錘式彎沉儀使用最為廣泛,該種方法的測量結果較為穩定和可靠。落錘式的彎沉儀主要是由拖車、控制系統、信息處理系統以及輸出系統四個系統組成的。拖車的目的就是為了安置重錘,對地面產生一定的沖擊荷載。該種測量方法可以同時對8個左右的位置同時進行彎沉的測量。落錘式彎沉儀的測量效率較高,一天可以檢測大概50km左右的路線,且測量的結果較為準確精度高,所以反算出來的結果的可靠度也較高。該種方法的使用范圍較為廣泛,也是目前最受歡迎的彎沉測試方法之一。
從影響的結構上來講,瀝青路面耐久性的影響因素主要分為內部影響因素與外部影響因素。其中內部的影響因素包括了瀝青的質量、配合比等,而外部的影響因素就主要指的是溫度、水等。其中內因是決定路面耐久性的最為主要的因素,而外因則起到輔助加強的作用。
3.1瀝青的質量
瀝青的質量是影響路面耐久性的最為主要的因素。瀝青的好與壞直接決定了路面質量的好壞,衡量瀝青質量的技術指標主要有針入度、延度、軟化點等。倘若瀝青的質量較差、黏度較低、延度較小,就容易造成路面容易形成車轍并出現裂縫的現象。因此需要將瀝青進行一定的物理或者化學改性處理,以此來增強瀝青的性能。其中物理改性主要是在瀝青中加入土工合成材料,從而提高瀝青的承載能力,減少其變形。而化學改性則是通過在瀝青中摻入高分子聚合物產生化學反應來改變瀝青的流動變形能力。
3.2配合比
瀝青混合料的配合比是極其重要的一項工作,其配合比的優良直接決定了瀝青路面的使用性能。在目前,檢測瀝青配合比的手段主要還是馬歇爾試驗,可以通過改變礦粉、粗集料等的含量來提高瀝青路面的耐久性與抗滑的性能,其目的就是為了改善磨耗層的使用性能。
3.3溫度與水
溫度的變化主要指的是高溫和低溫對路面的影響,過高的溫度可以加速瀝青分子的運動,進而容易造成路面發生變形,而溫度過低就會使路面產生不均勻的收縮從而產生拉應力最終導致路面出現裂縫。水對瀝青路面的影響主要體現在水從瀝青的表面滲入混合料的內部,在長期的交通荷載反反復復的作用下,集合料逐漸開始松散、掉粒。而在車輛的作用下,瀝青會不斷移動,最終造成破壞。
文章通過對某一高速公路的實際情況進行測試和分析,探討公路瀝青路面彎沉與耐久性直接的內在關系。此段高速公路建設的工期較短,土體含水率較大,相對較為濕潤,在道路通車沒過多久就出現了局部沉降變形、路面開裂的病害現象。為此,制定了定期觀測的方法通過道路檢測儀器進行數據的記錄與分析,以此來建立能夠基本符合高速公路實際的運營情況的評價體系與預測模型。一共選擇了5條典型的路段作為試驗路段,并進行了5年的觀測。同時選擇了AC與SMA兩種類型的路面材料進行觀測,探討路面材料對彎沉的影響。在通車運營之后,各種類型的車輛承載著不同的重量,對路面進行了反復的碾壓,路面的各個結構層以及路基的各項指標例如回彈模量和強度都在發生著變化,其各項指標隨著時間在不斷地衰減,路面的彎沉值則會不斷地增大。具體的變化情況為:在公路瀝青路面剛剛通車的1年之內,由于在建設過程中難免會在基層內出現一定的孔隙,一經通車,在不同載重的車輛反復碾壓之下,瀝青的混合料之間變得越來越密實,基層材料的強度隨著時間增長而不斷增強,在此時間內路面產生的彎沉變化很小,數值相對來說較為穩定;在第二個階段,也就是通車之后的2~5年內,由于外界水、溫度等因素對面層的影響,路面開始出現了破壞的現象,在此時間段內基層的強度達到了穩定的狀態,而路面的彎沉值也變化得較為明顯;在通車5年之后,對遭到破壞的路面已經進行了部分的修補,路面的彎沉又到達了相對穩定的狀態。
交通網絡的快速建立,使得公路行業不斷向前發展,同時也在不斷地發現問題和解決問題的過程中逐漸發展完善的。文章針對公路瀝青路面彎沉與耐久性的問題,系統地闡述了彎沉的概念及測量方法,同時也厘清了瀝青路面耐久性的影響因素。最終通過工程實例,清楚地說明了公路瀝青路面的彎沉與耐久性之間的關系。
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