水泥混凝土路面板底脱空快速评定方法

'学兔兔www.xuetutu.com公路交通技术2010年6月第3期TechnologyofHighwayandTransportJun．2010No．3水泥混凝土路面板底脱空快速评定方法陈云勇，胡政，李丽民，刘翠莲(1．招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆400067；2．中交二航局技术中心，武汉430040；3．湖南城市学院，湖南益阳413000；4．益阳工程公司，湖南益阳41300)摘要：通过对第1传荷状态临界荷载及其对应弯沉影响因素的分析，发现以与第1传荷状态临界荷载相对应弯沉作为板底脱空评定指标是可行的。通过试验路实体工程验证，该板底脱空评定方法是合理的。关键词：水泥混凝土路面；第1传荷状态临界荷栽；脱空；对应弯沉文章编号：1009—6477(2010)03—0041—04中图分类号：U416．216文献标识码：AQuickAssessmentMethodforVoidofUndersideofCementConcretePavementPlateCHENYunyong，HUZheng2,LILimin，LIUCuilianAbstract：Basedontheanalysisforcriticalloadofthefirstloadtransferstatusanditsinfluencingfactorsforcorrespondingdeflection，thispaperhasfoundoutthedeflectioncorrespondingtocriticalloadofthefirstloadtransferstatusasanassessmentindexforvoidofundersideofplateisfeasible．Beingverifiedbypracticalprojectofroadunderexperiment，thisassessmentmethodforvoidofundersideofplateisrea—sonable．Keywords：cementconcretepavement；criticalloadofthefirstloadtransferload；void；correspondingdeflection水泥混凝土路面板底脱空会引起错台损坏和路板底脱空的新方法。面板应力增加，从而造成结构断裂；路面板一旦发生断裂，修复非常困难。因此，对已经脱空的水泥1脱空评定指标混凝土路面必须及时采取修补措施，以防止板体出现断裂和破碎，而快速评定脱空状况是采取有效修补措施的基础。目前最常用的脱空判定方法是用落锤式弯沉仪(FWD)3级荷载弯沉测定待测板边或板角的弯沉，根据所得的荷载一弯沉曲线的截距大小来判定板下是否脱空，当弯沉截距大于20时认为有脱空。为考察该方法的可靠性，在实验室内铺筑试验板进行了研究，结果表明，截距的图1板角脱空1／2×0．2mx0．2in荷载一弯沉曲线大小与脱空并无很好的相关性。例如，图1、图2中弯沉截距小于20也有脱空。传统的脱空判定方法将脱空和接缝传荷能力对弯沉的影响独立地考虑，很少考虑到其相互作用的关联性及对变形的共同作用，评定脱空的关键应是区分接缝传荷能力变化与地基脱空对脱空区弯沉造成的影响。针对这种情况四，本文用有限元法建立弹性地基板位移计算模型，提出了一种以与第1传荷状态临界荷载相对荷载／t应的弯沉为指标，根据FWD实测弯沉值快速评定图2板角脱空112X0．3in×0．3in荷载一弯沉曲线收稿日期：2009—11-16作者简介：陈云勇(1981一)，男，重庆市人，本科，工程师 学兔兔www.xuetutu.com42公路交通技术2010鱼1．1第1传荷状态临界荷载PJJ110MPa，混凝土泊松比=0．15，混凝土支承模量评定脱空的关键是区分接缝传荷能力变化与板B：1．6×10MPa；荷载作用面积25cmx25cm，底脱空对脱空区弯沉造成的影响。接缝传荷能力衰传力杆直径D=2．0cm，}白松比=0．3，模量=减与板底脱空都是长期重复荷载作用的结果。大量2．1X106MPa，缝宽B=1．5cm，地基泊松比P,s=试验表明，重复荷载下，传力杆都会发生松动现0．35，地基弹模=1800MPa，在缝边中部的重象，接缝处荷载一弯沉关系曲线存在转折点[6-8]。复荷载作用次数为40000次。采用弹性地基上小东南大学环道试验路某接缝在轮载作用40000次挠度薄板假定，用有限单元法建立水泥混凝土路面后所测得的荷载一弯沉分段线性关系线见图3。位移计算模型(图5)。鉴于目前混凝土路面基层大文献[9]中试验路未经重复荷载作用，在接缝系统都采用整体性较好的半刚性基层，故有限元分析中完好的情况下，人工掏空形成脱空区的板角荷载一地基模型采用文克勒地基。有限元模型中弹性地基弯沉关系曲线未出现分段线性，这证实了脱空并不对面板的支承体现在地基刚度矩阵中，采用对地基能造成板角或缝边荷载一弯沉关系曲线分段线性，刚度矩阵修正的方法处理脱空问题；并假定横缝处这一分段线性特性反映的是接缝传荷系统工作状脱空为矩形，板角处脱空为三角形，纵缝处假定不态。因此，可以利用此分段线性曲线区分接缝传力存在脱空，第1传荷状态临界荷载荷位分另Ⅱ取为缝变化与脱空对弯沉的影响。采用文献[101中路面传边中部与板角对角线处。对文克勒地基模型，单元力杆接缝力学模型研究重复荷载下的水泥混凝土路控制方程为：面接缝工作规律，研究发现，实际使用中传力杆接lf。+『){6}={F}，缝水泥混凝土路面缝边荷载一弯沉曲线是分段线性的(图4)，各传力杆并不是同时工作，P—W曲线上[=J。的第1个转折点对应的荷载是路面传荷系统传荷与不传荷的分界点，即第1传荷状态临界荷载。式中，为单元面积；Ko为文克勒地基的反应模当施加荷载P>PL时，则传荷系统开始传荷；当量；[NI为形函数。单元区域内面板与地基完全接施加荷载P≤时，传荷系统未起作用。所以，触，则地基刚度矩阵是整个单元面积内的积分当测试荷载Pf≤。时，仅仅是板体与地基性质影结果；单元范围内地基存在脱空时的示意见图6，响弯沉，而接缝传荷系统对弯沉影响则不作考虑。则有1．2有限元计算模型及验证=Ko[N]d~ly—Ko[Aq[N]aA。(2)某环道试验路面结构为15cm厚的砂基层及盖20cm厚的水泥混凝土面层，板弹性模量=3．4X式中，tf，为脱空区域。采用该计算模型编制相应有限元计算程序weiyijisuan．for进行计算，计算和实测结果见图7。从图中可看出实测PL1=15kN，计算=15．63kN，计算结果与实测数据基本吻合，表明该模型用于水泥混凝土板底脱空评定计算是合适的。1．3脱空评定指标的可行性弯沉／0．O1lnm2g图3无脱空接缝处荷载一弯沉曲线n38nll48n-_85n68n78n(对称)毫单位：mm图4接缝处荷载一弯沉曲线图5两板系统有限元模型 学兔兔www.xuetutu.com2010年第3期陈云勇，等：水泥混凝土路面板底脱空快速评定方法43g一0·O55453525l5)。J，口．ai004J脱空区域{n0360．02Jr0．01Xb080012O0I6002000缝边地基模量E／MPa(a)缝边地基模量对．的影响图6文克勒地基单元脱空示意n070．060．05Zg0040．03OO2挺0．010lOl5202505l0l52025板角地基模量KfMPa弯沉／0．Olmm(b)板角地基模量对。的影响图7计算与实测弯沉图9不同脱空量的地基模量对w的影响采用计算模型weiyijisuan．for求解以上不同结表1板体几何性质对弯沉H，L1的影响构参数组合的第1传荷状态临界荷载对应弯沉。，脱空量对的影响见图8，地基模量对荷位×mH=20cmH=24cmH=28cm的影响见图9，板体几何性质对弯沉的影响见表1。结果表明，板长与板宽对弯沉影响很小，可忽略不计；板厚与地基支撑状况对弯沉影响较大，脱空对弯沉的影响显著。只要板厚、地基模量确定，弯沉与脱空量之间就存在着对应关系，脱空评定可在单板上进行。文献【5]的研究表明，均匀支注：L为板体长，B为板体宽，H为板体厚。承下的单板系统，只要地基模量合理取值，有限元第1传荷状态临界荷载相对应弯沉作为评定地基脱计算弯沉与实测弯沉曲线拟合良好。因此，采用与空指标是可行的。2脱空评定方法1)对于设传力杆的路面板，首先应对待评定的混凝土路面进行外观调查，一般缝边唧泥、错台，可能是地基脱空所致，应作为脱空检测重点。然后，由FWD实测缝边板中、缝边板角的多级荷15×45030×45060×45090×450载一弯沉曲线，确定第1传荷状态临界荷载及缝边脱空量，crn2其对应弯沉wlLl，与有限元计算的无脱空状态时该(a)缝边脱空量对。的影响I临界荷载对应的标准弯沉值进行比较，考虑测试误差与计算误差的影响，若=(W+10)in，则认为混凝土板下存在脱空。2)对于未设传力杆的接缝，则不需测定荷载一弯沉曲线，直接测最大测试荷载的对应弯沉及传荷系数岛，计算在该测试荷载下板完全传荷(岛为100％)时的理论弯沉值和板完全丧失传荷能15×1530×3060×60120×120板角脱空量，cm力(岛为O)时2种情况下各自的理论弯沉值，再用(b)板角脱空量对。的影响实际传荷系数白(=x100，式中为未受图8不同地基模量的脱空量对w的影响 学兔兔www.xuetutu.com公路交通技术2010生荷板接缝边缘处的弯沉值，为受荷板接缝边缘松散都有一定的规模，面层有裂隙，与基层之间有处的弯沉值)内插得出标准弯沉值w，再用实测弯一定的脱空现象；FWD实测56个点，评定出有沉值与标准弯沉值比较，若W1>(w+10)m，则14块板下存在不同程度的脱空。本文脱空快速判认为混凝土板下存在脱空。定方法的判定结果与实际观测及探地雷达扫描结果吻合良好。3脱空判定方法实体工程验证采用脱空评定方法中W1>(+lO)m方法4结论对试验路脱空进行快速判定。选取试验路K500+1)室内试验板试验结果表明，截距的大小与000一K499+000和K378+000～K377+000段用脱空并无很好的相关性，目前常用的FWD3级荷落锤式弯沉仪和探地雷达进行现场实地调查。用探载弯沉测定待测板边或板角的弯沉，再根据所得的地雷达对调查路段进行了全程扫描，部分图像见图荷载一弯沉曲线的截距大小来判定板下是否脱空l0、图11。对于K500+000～K499+000段，从的脱空判定方法是不合适的。探地雷达图像上看，在整个剖面上K500+000～2)与第1传荷状态临界荷载相对应弯沉为指K499+880、K499+560一K499+525、K499+标，根据FWD实测弯沉值判定水泥路面板底脱空280～K499+265三段共约180m的剖面上问题较的快速判定方法是可行性。严重，其底基层和基层的破碎和松散都有一定的规模，面层有裂隙，与基层之间有一定的脱空现象；参考文献FWD实测47个点，评定出有7块板下存在不同程⋯1潘艳珠，王端宜，谭宝龙．水泥混凝土路面板底脱空的原度的脱空。对于K378+000一K377+000段，在整因及防治措施【J1．广州大学学报：自然科学版，2006，21个剖面上K377+960～K377+920、K377+790一(1)：13—17．K377+752．K377+086～K377+029三段共约【21林有贵，凌桂芳，周书林，等．水泥混凝土路面板底脱空检测方法研究[J】_公路交通科技，2005，32(4)：47-49．140m的剖面为裂隙带，其底基层和基层的破碎和『3】张宁．水泥混凝土路面板下地基脱空状况的评定与分析[J1．公路交通科技，2004(1)：14—17．『4】胡章立，羊明，何国锋．FWD在旧水泥混凝土路面板底脱空判定中的应用fJ]．华东公路，2009，21(5)：32—35[5】交通部水泥混凝土路面推广组．水泥混凝土路面研究【M】．北京：人民交通出版社，1995．『6]王阔．应用落锤式弯沉议(FWD)进行模量反算的误差分析【J】．东北公路，2OO3(4)：21-30．图10K728+960～K728+860探地雷达扫描图像『71王陶，王复明，王钊．弹性地基接缝板模量反演和地基脱空判定fJ1．岩土力学，2003(~)：24—32．[8】薛忠军，王佳妮，张肖宁，等．动荷载作用下板底脱空对水泥板弯沉的影响IJ1．哈尔滨工业大学学报，2009，132(4)：25—27．f91唐伯明．路面结构状况的评价与分析[D】．南京：东南大学，1990．¨⋯⋯T¨●fl0】雷丽君．水泥混凝土路面板脱空评定及压浆技术研究图11K714+850～K714+650探地雷达扫描图像【D]．西安：长安大学，2002．'