水泥路面板底脫空的彎沉判別方法

任紅麗

（邢臺市邢衡高速公路管理處，河北 邢臺 054000）

0 引言

近年來，隨著彎沉的測量及其分析技術的發展，對彎沉的分析從單一的最大彎沉和靜態荷載下的彎沉發展到對整個彎沉盆和行車荷載下動態彎沉的分析，并將局限于柔性路面意義上的彎沉概念發展到剛性路面的結構評價與設計分析之中，隨之衍生出采用彎沉儀檢測評價剛性路面板底脫空判別方法。

1 基于靜彎沉的板底脫空判別方法

1.1 單一彎沉值法

當車輛行駛在水泥混凝土面層板上時，路面板受行車荷載作用會產生彎沉變形，因無脫空的路面板和存在脫空的路面板受力狀態不同，故兩種狀態的路面板產生的應力及應變不同，即存在脫空的路面板應力及應變較大，而應變采用彎沉指標容易檢測，方便比較。所以采用單一彎沉值作為評價指標判定板底脫空基于如下原理：以一定荷載作用下的彎沉值作為判別指標建立脫空判別標準，當路面板實測彎沉大于該標準時，認為存在板底脫空，否則認為不存在板底脫空[1，2]。

在《美國路面修復手冊》中規定，凡彎沉值超過0.635mm的水泥混凝土路面板應確定為脫空板塊。我國《公路水泥混凝土路面養護規范》（JTJ073.1-2001）采用標準荷載作用下0.2mm彎沉值作為脫空判別標準。

同濟大學通過對上海地區水泥混凝土路面實測彎沉數據統計分析認為當路面板厚為22cm時，如果板邊彎沉小于0.18mm，則路面板無脫空；如果板邊彎沉在0.18～0.30mm之間，路面板可能脫空；如果板邊彎沉大于0.30mm，路面板明顯脫空[3]。

隨著對路面板底脫空研究的增加和深入，國內外學者逐漸發現采用單一彎沉值作為脫空判別指標過于理想化，是不合適的，主要是彎沉值受水泥混凝土路面結構形式、實際狀況等因素的影響存在不同[4,5]，不同使用情況下均采用同一個彎沉值作為脫空判別標準顯然不合理；另外，彎沉實測值受環境因素、人為因素、設備因素等影響產生差異，進而影響結果。

1.2 相鄰板角彎沉差法

由路面板底脫空演化模型及機理結合大量實測數據可知，板底脫空較早發生于路面板角位置。采用相鄰板角彎沉差判別指標基本可以消除因檢測工作環境、檢測人員水平、檢測設備精度等因素引起的實測誤差。美國瀝青混凝土加鋪層設計手冊采用40kN軸載作用下相鄰板角靜彎沉差0.05mm作為脫空判別標準，線性換算為我國100kN標準軸載，則相鄰板角靜彎沉差為0.12mm。

雖然采用相鄰板角彎沉差脫空判別指標消除了板中彎沉值判別指標的部分不足，但由于水泥混凝土路面板接縫傳荷能力、類型等因素對相鄰板角彎沉值有較大影響，而相鄰板角彎沉差脫空判別標準未體現其差異，并且相鄰板角彎沉差脫空判別指標僅適用于相鄰板一側存在脫空情況，因此如果相鄰板同時存在脫空情況，則無法進行判定。

2 基于動彎沉的板底脫空判別方法

2.1 截距法

截距法是美國AASHTO設計體系提出的一種基于動彎沉值的板底脫空檢測判別方法[6]。其原理為分別測定27kN、40kN、67kN三級荷載水平下的路面板角彎沉，并建立荷載—彎沉曲線，如果板角無脫空，則荷載—彎沉曲線的延長線在坐標軸上的截距應小于等于0.05mm，否則可判定脫空存在（如圖1所示）。

圖1 AASHTO脫空判定方法

該判定依據未考慮水泥混凝土路面結構形式、接縫傳荷能力等差異，缺乏足夠的理論基礎，而且截距法每個測位須要變動荷載水平測定三次彎沉，各測位對應的荷載—彎沉曲線均不相同也須一一建立，存在著檢測工作量大、判別效率低的不足，不適用于大規模脫空檢測。

2.2 彎沉盆變異法

由動彎沉檢測原理可知，動荷載每次作用都可通過分布于距測點不同距離的傳感器得到路面板在傳感器位置處的多個彎沉，因為這些彎沉的連線成盆狀，故稱為彎沉盆曲線（如圖2所示）。當路面板底無脫空時，距測點不同距離的彎沉隨著距測點距離的增大而減小，彎沉盆曲線正常形狀為凹曲線，而當路面板底存在脫空時，因為板底脫空的影響會出現遠距離彎沉值大于近距離彎沉值的情況，即彎沉盆曲線發生變異（如圖3所示），因此可根據彎沉盆曲線是否發生變異來判別路面板是否存在脫空，此即為彎沉盆變異法判別板底脫空的原理。

圖2 彎沉盆曲線示意圖

圖3 脫空板和未脫空板的彎沉盆曲線

彎沉盆變異法能否準確可靠判別板底脫空的關鍵在于能否準確合理地擬合無脫空路面板正常彎沉盆曲線。常見的擬合曲線類型包括指數型、拋物線型、三次多項式型。擬合曲線的爭議反映出彎沉盆變異法的不足之處，同一彎沉盆采用不同類型的擬合曲線所得到的判別結果往往存在差異，無法確定最佳擬合曲線意味著無法進行判別，因此彎沉盆變異法僅能作為路面板底脫空判別的輔助手段。

2.3 夾角法

夾角法是在綜合考慮截距法和彎沉盆變異法的基礎上提出的一種脫空判別方法。具體原理為首先根據實測彎沉值畫出彎沉盆圖，然后將圖中距測點30cm與180cm位置處的彎沉值用直線連接，并在距測點180cm彎沉值位置處作一水平線，以上兩直線之間夾角Q（見圖4）可通過式（1）計算。

圖4 夾角法判定脫空原理

式中：D30——距測點距離為30cm處的彎沉，μm；

D180——距測點距離為180cm處的彎沉，μm。

如果Q大于一定角度則認為板底存在脫空，否則認為板底不存在脫空。

夾角法與截距法和彎沉盆變異法相比，優點是板底脫空識別率較高；缺點是誤判率也較高。與彎沉盆變異法類似，夾角法的最大缺點在于脫空分界角度的合理確定，采用不同分界角度所得到的判別結果往往存在差異。

3 結語

現有的舊水泥混凝土路面結構板底脫空彎沉判別方法較易受水泥混凝土路面結構類型、壽命、邊界狀況，基層強度、類型、環境和檢測人員、儀器等因素影響，評價結果變異性非常大，且這些方法存在著計算繁瑣、使用復雜等不足，實用性較差。亟待建立計算簡單、使用方便、準確可靠且具有較高實用性的板底脫空彎沉判別方法與標準。

[1]韓西，陳上均，鐘歷，等.砼路面板檢測方法綜述[J].重慶交通學院學報，2006，25（4）：73-76.

[2]林有貴，凌桂芳，周書林，等.水泥混凝土路面板底脫空檢測方法研究[J].公路交通科技，2005，22（4）： 20-22.

[3]邱麗章，王端宜.水泥混凝土路面板底脫空的彎沉判據研究[J].公路，2006，（11）：5-9.

[4]王昌衡，李冬發，童宏貽.水泥混凝土路面板脫空的彎沉值影響因素分析[J].公路工程，2008，33（4）： 54-57.

[5]湯立群，胡哲，劉逸平，等.脫空剛性路面的彎沉影響因素分析[J].暨南大學學報：自然科學版，2005， 26（1）： 107-109.

[6]AASHTO.AASHTO Guide for Design of Pavement Structures[M].Washington,D.C.:American Association of State Highway Transportation Official,1993.

[7]曾勝，曾小軍，許佳.基于彎沉比的水泥混凝土路面板底脫空識別方法[J].長沙理工大學學報：自然科學版，2008，5（2）：14-19.