毕业论文--路基弯沉检测技术研究.doc

毕业设计（论文）题 目 路基弯沉检测技术研究 系 部 道路桥梁工程系 目 录摘要 1前言 2第一章 概论 31.1弯沉值的基本内容 31.2路面弯沉检测的意义 3第二章 路面弯沉测试方法42.1 激光弯沉测定仪法42.2 自动弯沉测定仪法42.3落锤式弯沉仪法42.4 贝克曼梁法4第三章 目前我国路基检测的常用方法53.1贝克曼梁法试验目的和范围 53.2仪器与材料 53.3试验方法与步骤 83.4弯沉仪的支点变形和修正 9第四章 测试的影响因素 104.1环境因素104.2设备因素104.3人为因素10第五章 数据处理 115.1计算代表弯沉值115.2经验公式的建立方法11结束语12致谢13参考文献14摘 要在当前国内外对工程质量鉴定中，弯沉检测指标是非常重要的指标是具有否决性的指标，是反映路基或路面承载能力的重要指标。如果弯沉检测指标不合格，工程决不能通过质量鉴定。同时弯沉检测指标也能反映出工程质量存在实质性的问题。弯沉值的测试方法有很多，目前在我国检测路面弯沉值普遍采用的是传统的贝克曼梁法该法使用广泛且已有很多成熟的使用经验。关键词：路基； 弯沉法； 检测 前 言路面的弯沉检测是我国柔性路面强度测量的一项主要指标，弯沉是指在规定的标准轴载作用下，路面表面轮隙位置产生的总垂直变形或垂直回弹变形值它不仅反映路面各结构层及土基的整体强度和凹度而且与路面的使用状态存在一定的内在联系。现在国内外普遍采用回弹弯沉值来表示路基路面的承载能力，回弹弯沉值越大，承载能力越小，反之则越大。通常所说的回弹弯沉值是指标准后轴载双轮组轮隙中心处的 回弹弯沉值。在路表测试的回弹弯沉值可以反映路基、路面的综合承载能力。 第一章、概论1.1弯沉值的基本内容1.1.1弯沉弯沉是指在规定的标准轴载作用下，路基或路面表面轮隙位置产生的总垂直变形（总弯沉）或垂直回弹变形值（回弹弯沉）,以0.01mm为单位。 1.1.2设计弯沉值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。面层和基层类型而确定的路面弯沉设计值。 1.1.3竣工验收弯沉值竣工验收弯沉值是检验路面是否达到设计要求的指标之一。，当胳面厚度计算以设计弯沉值为控制指标时，则验收弯沉值应小于或等于设计弯沉值；当厚度计算以层底拉应力为控制指标时，应根据拉应力计算所得的结构厚度，重新计算路面弯沉值，该弯沉值即为竣工验收弯沉值。 1.1.4路面弯沉的变化规律 路表弯沉的变化，是一个多方面因素综合作用的复杂过程。路基路面各层的材料性质、结构组成类型、压实状况、压实程度、温湿度环境、气候条件、交通组成、检测时的环境条件以及所使用的仪器设备及检测人员的检测水平等均对弯沉的大小产生很大影响。1.2路面弯沉检测的意义路面弯沉检测指标是非常重要的指标，是反映一段路基或路面承载能力的重要指标。如果弯沉检测指标不合格,工程决不能通过质量鉴定。同时弯沉检测指标也能反映出工程质量存在实质性的问题。第二章、路面弯沉测试方法 随着科学技术的发展进步、电子技术及计算机技术的发展和广泛应用促使检测路面回弹弯沉值的仪器也朝计算机自动化方向发展了。测试方法多样化，现公路路面弯沉检测主要用到的有以下几种：2.1激光弯沉测定仪法采用该方法测定时，将测定仪固定在路面上汽车的后轮隙中。这种弯沉仪操作简易、精度高、读数稳定、体积小、质量轻、造价低且容易研制，另外由于该测定仪依靠光线作为臂长，可以射得很远，加上激光发射角窄，光点小而红亮，10m之远仍能清晰可见，可用于重刚度路面弯沉检测。2.2自动弯沉测定仪法该测定仪在检测路段上在牵引车的作用下以一定的速度行驶，将测定仪的弯沉测定梁放在车辆底盘的前端并支于地面保持不动，当后轴双轮隙通过测头时，弯沉通过位移传感器等装置被自动记录下来，这时，测定梁被拖动，以二倍的牵引车速度拖到下一测点，周而复始地向前连续测定。通过计算机可输出路段弯沉检测统计结果。2.3落锤式弯沉仪法落锤式弯沉仪是通过计算机控制下的液压系统启动落锤装置，使一定质量的重锤从一定高度自由落下，冲击力作用于承载板上并传到路面，导致路面产生弯沉，通过分布于距测点不同距离的传感器检测结构层表面的变形，记录系统将信号输入计算机，得到路面测点弯沉值。FWD测量是计算机自动采集数据，速度快，精度高。检测最大速度可达80km/h，内置式落锤弯沉仪的牵引速度可达l00km/h。因此该方法是一种很理想的动态无损检测设备。2.4贝克曼梁法贝克曼梁法进行路面弯沉测量的基本原理是杠杆原理，即利用载重汽车对路面加载，通过百分表测的路面回弹变形。工作原理简单，主要依赖人工操作完成。这种方法适用于测定各类路基、路面的回弹弯沉值，用以评定其整体承载能力。而利用本方法测定的路基、柔性路面的回弹弯沉值可供交工和竣工验收使用。第三章、目前我国路基检测的常用方法测定路面弯沉的方法很多，但计算路段的代表弯沉值时需要用贝克曼梁的弯沉值。比如当用自动弯沉车或落锤式弯沉仪测定时，首先应建立自动弯沉车或落锤式弯沉仪与贝克曼梁检测之间的相关关系，并将自动弯沉车或落锤式弯沉仪测得的弯沉值换算为贝克曼梁的弯沉值，再计算路段的代表弯沉值。另外在我国贝克曼梁法已有成熟的经验，所以贝克曼梁法在我国路基检测中被广泛使用，现着重介绍贝克曼梁弯沉仪的使用方法。3.1贝克曼梁法试验目的和范围本方法适用于各类路基、路面的回弹弯沉，用以评定其整体承载能力，可供路面结构设计使用测定的路基、柔性路面的回弹弯沉值可供交工和竣工验收使用，沥青路面的弯沉以标准温度20C时为准，在其他温度（超过20C2C范围）测试时，对厚度大于5cm的沥青路面，弯沉值应于温度修正。3.2仪器与材料3.3.1接触式路面温度仪：端头为平头,分度不大于10C。统一的检测记录表格和记录笔；也可用自动记录装置进行测量。具有数理统计功能的计算器。3.2.2标准车标准车为双轴、后轴每侧为双轮胎的载重汽车，其标准轴荷载、轮胎尺寸、轮胎间隙及轮胎气压技术参数见表3-1。 表3-1 测定弯沉用的标准车参数 测定弯沉用的标准车是很重要的，我国一直规定用解放牌CA-10B型及黄河牌JN-150型作为两个荷载等级的标准车。但这两种车型逐渐淘汰和不再生产，渐趋灭绝。因此，规范对标准车的规定，仅规定轴重、轮压、气压等主要参数，凡符合这些参数的车型皆可使用。测试前，应测定测试车的轴重、轮压、轮胎接地面积，与标准车的要求相差不应超过表1规定的值。如有不符，应适当调整。2.2.2弯沉仪的组成：弯沉仪由贝克曼梁、百分表及表架组成。弯沉仪长度有两种：一种3.6m，前后臂分别为2.4m和1.2m；另一种加长的弯沉仪长5.4m，前后臂分别为3.6m和1.8m。当在半刚性基层沥青路面上测定时，宜采用长度为5.4m的贝克曼梁弯沉仪，并采用BZZ-100标准车。这是因为随着公路路面刚度提高，弯沉仪影响半径也越来越大。3.2.3弯沉测试频率 测定代表弯沉值时，应以每公里每一双车道为一评定路段。每路段检查80100个点。对多车道公路必须按车道数与双车道之比，相应增加测点数。 3.2.4温度修正：对于沥青路面来说，弯沉强度测定是在沥青路面上进行的，而表层区域受天气影响变化较大，夏天沥青路面发软，冬天又变硬发脆。因此，如在夏天测定时，由于过硬，也会产生失真现象。所以，需要定出一个温度为测定弯沉的标准状态。 3.2.5温度修正及回弹弯沉的计算宜按下列步骤进行。 测定时的沥青层平均温度按下式计算： T(T25TMTE)/3式中T测定时沥青层平均温度； T25根据T0得出的路表下25mm处的温度， TM根据T0得出的沥青层中间深度的温度， TE根据T0得出的沥青层底面处的温度， T0为测定时路表温度与测定前5d平均气温的平均值之和。 与日平均气温为日最高气温与最低气温的平均值。然后由沥青层平均温度从路面弯沉温度修正系数曲线查找出沥青路面弯沉温度修正系数： L20LTK 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测定时沥青面层内平均温度为T时的回弹弯沉值，0.01 3.2.6 路面弯沉的变化规律：路表弯沉的变化，是一个多方面因素综合作用的复杂过程。路基路面各层的材料性质、结构组成类型、压实状况、压实程度、温湿度环境、气候条件、交通组成、检测时的环境条件以及所使用的仪器设备及检测人员的检测水平等均对弯沉的大小产生很大影响。3.2.7沥青路面的表面弯沉变化过程： 路面竣工后的前12年为第一阶段。在这一阶段，由于车辆荷载的重复碾压，渐趋压实，加上半刚性基层材料随着龄期强度增长，从而导致路表弯沉将逐渐减小，大约在路面竣工后的第2年达到最小值。 路面竣工后的第2年到第4年为第二阶段。在这一阶段，表现为路表弯沉的不断增长。这是因为，一方面半刚性基层的强度增长已十分缓慢，并逐渐趋于相对稳定状态；另一方面，由于车辆荷载的重复作用以及水、温度状况的变化，加之路面混合料本身因拌和不均匀，而导致强度不均匀性等因素的影响，结构内部的微观缺陷将因局部范围的应力集中而扩展，并逐渐出现小范围的局部破坏，从而导致路面结构整体刚度的下降，使得路表弯沉急剧增大。如果设计不当，没有严格控制工程质量，或是工程质量的不均匀性，则有可能在这一阶段出现局部路面的早期破坏。 路面竣工3-4年后直至达到极限破坏状态为弯沉变化的第三阶段。在这一阶段，路面由于各种复杂因素产生的局部强度不足的问题已充分暴露，内部缺陷附近局部区域积蓄的高密度能量也已通过缺陷的扩展而转移，并自动实现了整个系统的能量平衡，从而使得结构内部损伤的进一步发展得到抑制。路面结构的整体刚度重新达到一种新的较低水平的相对稳定。因此，路表弯沉进入了一个相对稳定的缓慢变化阶段。即所谓的结构疲劳破坏的稳定发展阶段，并一直延续到路面结构出现疲劳破坏。 在路面竣工后的1-2年之间，路表弯沉值最小。可见，在此期间路面整体结构处于最大刚度状态。但是，在测定材料参数时，养生时间最长的基层材料的设计龄期也只有6个月。这个时间，正好接近于路面竣工后第一年的不利季节。而且统计结果表明，沥青路面弯沉变化及测试竣工后第一年不利季节的弯沉值与最大刚度状态所对应的弯沉值比较接近。因此，将路面竣工后第一年不利季节近似地假定为路面整体结构的最大刚度状态，而取得沥青路面的设计状态。这个状态，也正是我们测量路面弯沉代表值的状态。 3.3试验方法与步骤3.3.1试验前准备工作：（1）检测准备工作,百分表灵敏、安放稳定;日常检测出发前,可提拉百分表测试传感轴,检查量程范围内是否灵敏 ( 必需配带两块以上百分表 )；读数前轻叩弯沉仪，检查百分表是否稳定归零( 检查灵敏性，尤其是充分接触程度 )。（2）弯沉车配重：常年从事检测的单位也可加工预制。便于装载、便于运输，不受雨天气候影响。材料便宜、灵活，可随地取材。（3）受雨天气候影响较大 检测前对配重弯车的后轴总质量采用地中衡进行称量，调整重量，以达到轴重要求。（4）注意保证左右两侧重量均衡；注意连续检测预雨时对弯沉车集料进行苫盖没有及时苫盖的，雨后应对重量进行复检。 （5）在平整光滑的硬质地面上用千斤顶将汽车后轴顶起。放置方格复写纸，轻落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。精确至0.1 m新胎 、旧胎胎纹变化不大，影响不大：不同种类、型号轮胎的胎纹差别相对较大，影响较大。3.3.2试验步骤：（1）在试验路段布置测点，其距离虽测试需要而定测点应在路面行车车道的轮迹带上，并用白油漆或者粉笔标上标记。（2）将测试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，弯沉仪侧头置于测点上（轮隙中心前方3-5cm处），并安装百分表与弯沉仪的测定杆上，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。汽车仍然在继续前进，表针反方向回转，待汽车驶出弯沉影响半径（3m以上）后，吹口哨或挥动红旗只会停车。待表针回转稳定后读取终读数。汽车前进的速度宜为每小时5千米左右。图3-2 贝克曼梁法弯沉检测3.4 弯沉仪的支点变形和修正（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，因此测定时应检查支点有无变形。此时应用另一台检验用的弯沉仪安装在测定用的弯沉仪的后方，其测点架与测定用弯沉仪的指点旁。当汽车开出时，同时测定两台弯沉仪的弯沉读数，如检验用的弯沉仪百分表有读数，即应该记录并进行指点变形修正。当在同一结构层上测定时，可在不同的位置测定5次，求平均值，以后每次测点时以此作为修正值,支点修正的原理如图3-3所示：图3-3 弯沉仪支点变形修正原理（2）当采用5.4m的弯沉仪测定时，可不进行支点变形修正。第四章、测试的影响因素4.1环境因素试验现场的温度、湿度、季节及地质状况均会对弯沉测值大小产生影响。通常情况下路面温度越高则实测弯沉值越偏大，这可以通过（路基路面现场测试规程)(JTJ059-95)中路面弯沉温度修正曲线的斜率均为负值体现出来。实测弯沉值还应该依照沥青路面设计规范(JT.101497所推荐的系数表进行季节影响系数Kl和湿度影响系数K2的修正。另外在软土、滩涂或高地下水位等不良地质状况的条件下，都会使弯沉测值增大为减少环境因索的影响，我们进行路面弯沉数据采集的时间应尽量选择在北方的春暖时节，同时应避免现场测试时的温度及湿度变化过大，尤其须全面记录温度数据。此外，对不利地质情况路段应做好相关关系试验。4.2设备因素 弯沉检测所使用的设备对测试数据有直接影响首先设备各部分技术条件必须满足试验规程的要求，机械部件运转良好，电控系统工作正常：其次每台设备在检测前应该经过严格的例行标定：最后操作人员必须认真按照仪器的操作程序进行工作以上这些环节都是保证测得准确弯沉数据的条件。4.3人为因素在进行弯沉测试时，有些情况下人为影响作用较大例如后轴轴载和轮胎气压的测量误差 ，贝克曼梁测头放置相对于轮隙中心的位置误差，以及测试人员读取百分表的误差均会影响测试弯沉值的大小为此，现场测试人员必须经过严格的操作技术培训测试过程中认真按照规范要求工作。测定路面弯沉的方法很多，但计算路段的代表弯沉值时需要用贝克曼梁的弯沉值。当用自动弯沉车或落锤式弯沉仪测定时，首先应建立自动弯沉车或落锤式弯沉仪与贝克曼梁检测之间的相关关系，并将自动弯沉车或落锤式弯沉仪测得的弯沉值换算为贝克曼梁的弯沉值，再计算路段的代表弯沉值。贝克曼梁法是我国目前广泛使用的弯沉检测方法。第五章、数据处理计算各测点的测定值与算术平均值的偏差值di= LiL，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3中的d/r极限值时则应舍弃该测点，然后重复1的步骤计算所余各测点的算术平均值(L)及标准差(s)。 表5-1相对于不同观测次数的极限值 5.1经验公式的建立方法：宜在全线范围内按照随机取样的方法选取测点，测点 应尽可能的多，不应太少，譬如50 60个点是合适的。在每个测点进行回弹模量与回弹弯沉的测试，并正确地进行实测数据的分析整理。进行回归分析，建立回归方程，即经验公式回归方程建立时应按下列思路进行 ：绘出散点图建立回归方程回归方程建立时就实测的同一组数据，同时建立形如EO=f(L0)、L0= g(EO)的回归方程，并得到具有足够保证率的回归方程之所以建立两种形式的回归方程，是因为两者不等价，即两者不互为反函数。求解两个具有足够保证率方程的交点坐标p(EP，LP)如果E0EP，就用具有足够保证率的E0=f(L0)形式的方程：反之，就用具有足够保证率的L0=g(Eo)形式的方程。公式建立起来选好之后，就可以应用了，将设计回弹模量值代入即可求得回弹弯沉标准。再加密测点，达到规范规定的检测频率。只对回弹弯沉进行检测。然后对回弹弯沉进行评定即可。当然，如果评定路段范围内直接按规定的检测频率测定路基的回弹模量，则可对回弹模量直接进行评定，就不存在实测回弹弯沉及弯沉检测标准的确定问题了。测定层材料的泊松比，根据部颁路面设计规范的规定取用ot一 弯沉系数，为0.712“剔除系数”A一般为23，将超出L A * S 的弯沉特异值舍弃，舍弃后对剩下的值再计算“ 平均值”L和标准偏差s.再进行剔除，直至没有数据超差。结果评定计算平均值和标准差时，应将超出各测点平均值L(2 - 3)s的弯沉特异值舍弃。对舍弃的弯沉值过大的点，应找出周围界限,进行局部处理两块表的读数不得采用左右两点的平均值，应独立计算结果：沉值不大于设计要求的弯沉值得满分；大于时得零分。路基设计弯沉值L = 9308(E。一0.938)E。的单位为MPa。结 论 评价路面的质量有好多指标,如弯沉、压实度等等，这些指标中弯沉是最重要的指标之一，当我们测定的压实度达到要求时，弯沉并不一定达到，但当弯沉达到时，压实度一定能够保证，所以，弯沉指标是评价公路质量优劣的重要指标，在施工过程中只有认识到弯沉变化的规律，才能做到对公路质量的心中有数。致 谢三年的时间过去了,回首这三年，在内蒙古交通职业技术学院里，我学会了与同学相处，不再是以前那个无所事事的少年，开始考虑怎样才能得到一个温暖，美好的未来，付出不是说说就能做到的。马上就正式参加工作了，很期待，虽然4个月的实习，让我知道了工作的艰辛，但我会坚持的。此时，这篇论文的完成也意味着我的大学生涯即将结束。本设计的完成是在我们的导师高健老师的细心指导下进行的。在每次设计遇到问题时老师不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利的进行。从设计的选题到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费了高老师很多的宝贵时间和精力，在此向导师表示衷心地感谢。导师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将使学生受益终生。感谢我的学校，给了我学习的机会，在生活中，老师们对我们的在校生活十分关心。在学习中，老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他们渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。这篇论文是在老师的精心指导和大力支持下才完成的 感谢所有授我以业的老师，没有这些年知识的积淀，我没有这么大的动力和信心完成这篇论文。感恩之余，诚恳地请各位老师对我的论文多加批评指正，使我及时完善论文的不足之处。 谨以此致谢最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅的各位老师表示衷心的感谢。参考文献1JTJ05995公路路基路面现场测试规程M北京:人民交通出版社，1995。2交通部基本建设质量监督站路基路面试验检测技术M北京：人民交通出版社2000。3冯忠局.基础工程M.北京：人民交通出版社，2001。4凌治平，易经武.基础工程M.北京：人民交通出版社，1997。5中华人民共和国交通部.公路工程技术标准（JTG BO1-2003）S.北京：人民交通出版社，2003。6李作敏主编.交通工程学.第2版. 北京：人民交通出版社，2001。7刘津明.韩明主编 土木工程施工 天津大学出版社 2001。8刘宗仁主编 土木工程施工 高等教育出版社2003。9徐吉谦.过秀成主编 交通工程基础.南京：东南大学出版社。10地基处理手册编写委员会。地基处理手册M。北京:中国建筑工业出版。 11龚晓南#复合地基理论及工程应用M。北京:中国建筑工业出版社。14