CN105803909B - 沥青路面半刚性基层破损状况的评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沥青路面半刚性基层破损状况的评价方法，属于道路工程技术领域，为解决现有的评价方法无法准确判断半刚性基层的破损状况并对其破损类型、程度及分布特征做出准确评定的问题而设计。本发明提供的沥青路面半刚性基层破损状况的评价方法为：计算待测沥青路面其中一个路段的半刚性基层模量比和破损状况指数，半刚性基层模量比为半刚性基层有效模量与初始回弹模量的比值；建立路段的半刚性基层模量比、破损状况指数与破损状况之间的对应关系；通过对应关系获取待测沥青路面其他路段的破损状况指数和破损特征。本发明的评价方法能够准确判断沥青路面半刚性基层的破损状况，并对其破损类型、程度及分布特征做出准确评定。

Description

沥青路面半刚性基层破损状况的评价方法

技术领域

本发明涉及道路工程技术领域，具体涉及一种沥青路面半刚性基层破损状况的评价方法。

背景技术

道路维修、改建前需要确定半刚性基层的损坏状况以决定其处理方式，准确判断半刚性基层破损并据此制定准确的养护维修对策，对道路的使用寿命和服务功能有着重要影响。

现有技术中，对于半刚性基层损坏状况评价主要是结合道路表面检测数据和钻取结构芯样的室内实验结果做出经验性判断，这一技术还存在诸多不足，主要体现为：(1)、沥青路面半刚性基层的隐蔽性导致无法直接观测其损坏状况，通过道路表面检测数据仅仅能从经验上了解半刚性基层破损的大概情况，不能明确破损的类型、程度、成因等详细情况；(2)、钻取结构芯样的室内实验结果，虽然能了解到半刚性基层的性能衰减情况，但是大量的钻芯对道路结构造成一定的破坏，且目前尚未建立半刚性基层破损数量、程度、分布规律与其性能衰减的对应关系，因此，钻取结构芯样的室内实验结果也不能作为养护维修决策的依据。

因此，亟需一种方法能够准确判断沥青路面半刚性基层的破损状况，对其破损类型、程度及分布特征做出准确评定。

发明内容

本发明的目的是提出一种能够准确判断沥青路面半刚性基层的破损状况，并对其破损类型、程度及分布特征做出准确评定的沥青路面半刚性基层破损状况的评价方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种沥青路面半刚性基层破损状况的评价方法，所述评价方法为：计算待测沥青路面其中一个路段的半刚性基层模量比和破损状况指数，半刚性基层模量比为半刚性基层有效模量与初始回弹模量的比值；建立所述路段的半刚性基层模量比、破损状况指数与破损状况之间的对应关系；通过所述对应关系获取待测沥青路面其他路段的破损状况指数和破损特征。

作为本发明的一个优选方案，通过反演计算模块基于路面参数获得半刚性基层有效模量E，所述路面参数包括荷载、路面结构以及弯沉值。

作为本发明的一个优选方案，所述评价方法具体包括下述步骤：

步骤S1、检测所述待测沥青路面其中一个路段路表的弯沉值；

步骤S2、计算半刚性基层表面破损状况指数，反演所述步骤S1中路段的半刚性基层有效模量E；

步骤S3、根据所述步骤S2中获得的半刚性基层有效模量E与初始回弹模量E0的比值计算半刚性基层模量比E/E0；

步骤S4、根据所述步骤S3中获得的半刚性基层模量比E/E0和所述步骤S2中获得的破损状况指数建立与破损状况之间的对应关系。

作为本发明的一个优选方案，所述评价方法还包括下述步骤：

步骤S5、选取所述待测沥青路面其他路段，计算获得半刚性基层模量比E/E0；

步骤S6、将所述步骤S5中获得的其他路段的半刚性基层模量比E/E0与所述步骤S4中的对应关系进行比对获取所述待测沥青路面其他路段的破损状况指数和破损特征。

作为本发明的一个优选方案，所述步骤S1中，所述待测沥青路面其中一个路段是选取以100m为一个计算单元的路段。

作为本发明的一个优选方案，所述步骤S1中，通过落锤式弯沉仪检测所述待测沥青路面路表的弯沉值，所述落锤式弯沉仪能检测至少7个测点的弯沉值。

作为本发明的一个优选方案，所述破损特征至少包括破损类型和破损程度；所述破损类型分为横向裂缝、块裂、龟裂，所述破损程度分为无明显开裂、轻微开裂、裂块尺度、裂缝间距，不同的半刚性基层模量比值区间对应不同的破损特征。

作为本发明的一个优选方案，所述步骤S1之后、所述步骤S4之前还包括下述步骤：

确定所述步骤S1中的路段的半刚性基层破损状况的分类标准。

本发明的有益效果为：

本发明提供的沥青路面半刚性基层破损状况的评价方法通过计算待测沥青路面其中一个路段的半刚性基层模量比，然后再建立该路段半刚性基层模量比与破损状况之间的对应关系，从而使得其他路段的半刚性基层模量比均能通过此对应关系获取到相应的破损状况指数和破损特征。该评价方法能够准确判断沥青路面半刚性基层的破损状况，并对其破损类型、程度及分布特征做出准确评定，解决了现有的评价方法通过经验性或破坏性判断所存在的诸多不足之处，该评价方法可行性强、执行简单、能够提高检测和评定效率。

附图说明

图1是本发明优选实施例一提供的沥青路面半刚性基层破损状况的评价方法的流程图；

图2是本发明优选实施例一提供的半刚性基层模量与破损状况之间的对应关系。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

优选实施例一：

本优选实施例提供一种沥青路面半刚性基层破损状况的评价方法。如图1所示，该评价方法具体包括下述步骤：

步骤S1、检测待测沥青路面其中一个路段路表的弯沉值，优选为，以100m为一个计算单元的路段；

该步骤具体为：首先，选择待建道路或与之路面结构、交通荷载状况相近的道路作为待测沥青路；然后，通过落锤式弯沉仪(FWD)检测待测沥青路面路表的弯沉值，该落锤式弯沉仪能检测至少7个测点的弯沉值，检测频率为20-100米落锤1次。

步骤S2、确定步骤S1中的路段的半刚性基层破损状况的分类标准；

该步骤具体为：定义沥青路面半刚性基层破损状况指数为PBCI(Pavement BaseCondition Index)，其不同取值区间对应沥青路面半刚性基层的不同破损特征，破损特征分为四类：

A类：基本完好，即无明显裂缝、或有少许横向裂缝且裂缝间距大于20m(浮动范围可在±10％)则属于此类；

B类：横向裂缝，即裂缝间距为5m～20m(端点值的浮动范围可在±10％)则属于此类；

C类：块裂，即块裂尺寸为5m×5m(浮动范围可在±20％)则属于此类；

D类：龟裂，即裂块尺寸小于3m×5m则属于此类。

任一方法中，只要获得裂缝或裂块的尺寸即可以对应确定破损特征的类别，因此，该分类标准不限于是本实施例中的评价方法，其具有普适性。

经过路表弯沉检测的道路区间，挖除道路的沥青面层，对基层表面进行清理打扫，然后对基层损坏类型进行统计，以100m为一个计算单元利用分层加权法计算半刚性基层表面百米破损状况指数PBCI。

步骤S3、反演步骤S2中路段(即100m的单元路段)的半刚性基层有效模量E，其中，半刚性基层有效模量E通过反演计算模块基于路面参数获得；

反演半刚性基层有效模量E主要是根据落锤式弯沉仪检测得到的沥青路面弯沉盆数据和多层线弹性层状体系理论，再通过弯沉盆惰性点法反演获得，其计算原理如下：

利用洛夫法求解应力和位移，采用汉克尔积分变换法求解落锤式弯沉仪作用于路面时各应力σ和位移F表达式如下：

其中，

F₁＝[A-(1+2μ-ξz)B]e-^ξz-[C+(1+|2μ+ξz)D]e^ξz

F₂＝[A+(1-2μ+ξz)B]e^-ξz-[C-(1-2μ-ξz)D]e^ξz

F₄＝[A-(2μ-ξz)B]e^-ξz+[C+(2μ+ξz)D]e^ξz

F₅＝[A+(2-4μ+ξz)B]e^-ξz+[C-(2-4μ-ξz)D]e^ξz

F₆＝2μBe^-ξz+2μDe^ξz

其中μ为泊松比；z为纵坐标可表征弯沉；r为计算点离荷载中心的距离；J₀为0阶贝塞尔函数；J₁为1阶贝塞尔函数；A、B、C、D为积分常数，均为积分变量ξ的函数，由问题的定解条件确定。

反演计算模块是基于惰性点法的反演方法，其能够反演多层路面结构的有效模量，以五层路面结构为例，其反演顺序如下：

1)用基于惰性弯沉点的土基模量反演方法反算土基模量Et0；

2)寻找第一最佳反演点(BPoint)来反演等效面层的模量和基层模量E4；

3)寻找第二最佳反演点(SBPoint)来反演等效面层1的模量和上面层的模量E1；

4)寻找第三最佳反演点(MBPoint)来反演中面层的模量E2和下面层的模量E3。

根据反演顺序建立反演步骤如下：

Step1：由惰性弯沉点的理论和方法，得到土基模量Et0；

Step2：反演等效面层的模量和基层的模量E4；

Step3：反演上面层E1和等效面层1的模量，随机选取中面层模量E2和下面层模量E3；

Step4：保持E2不变，调整E3，不断试算，使第三反演点(MBPoint1)的计算值和实测值匹配；

Step5：验算第三反演点(MBPoin2)处的弯沉，比较计算值与实测值；

若达到精度要求，则转至Step6；若计算值大于实测值，说明计算弯沉盆偏坦，中面层刚度偏大，须减小中面层刚度E2，则转至Step4；若计算值小于实测值，说明计算弯沉盆偏陡，中面层刚度偏小，须加大中面层刚度E2，则转至Step4；

Step6：停止运算，输出结果。

上述反演步骤是以五层路面结构为例，但是采用同样的反演步骤也可以获得两层、三层路面结构的有效模量。反演计算模块的运行方式为：输入荷载、路面结构及弯沉盆信息；寻找惰性点，求解地基模量；代入地基模量，计算面层和基层模量；显示输出结果。

步骤S4、根据步骤S3中获得的半刚性基层有效模量E与初始回弹模量E0的比值计算半刚性基层模量比E/E0，初始回弹模量E0通过调查道路设计资料或室内试验获得；

步骤S5、根据步骤S4中获得的半刚性基层模量比E/E0和步骤S2中获得的破损状况指数建立与破损状况之间的对应关系；

整理上述计算单元(100m路段)的检测数据，根据已获得的半刚性基层模量比E/E0、破损状况指数(PBCI)以及破损特征建立对应关系，或者仅建立半刚性基层模量比E/E0与破损特征的对应关系。

步骤S6、选取待测沥青路面其他路段，首先对该路段进行弯沉检测，然后再计算获得该路段的各半刚性基层模量比E/E0，具体为，除了上述已经选取的100m路段外，其他路段可按照步骤S3和S4的计算方法获得半刚性基层模量比E/E0。

步骤S7、将步骤S6中获得的其他路段的半刚性基层模量比E/E0与步骤S5中得到的对应关系进行比对获取待测沥青路面其他路段的破损状况指数和破损特征。

需要说明的是，本实施例中的单元路段并不局限于选取100m，还可以根据道路实际长度选取200m或更多，具有一定的代表性即可。

为了更好的解释本实施例，以下进行举例说明：

选择江西省昌樟高速，路面结构形式见表1。

表1江西省昌樟高速公路旧路路面结构

首先，用FWD检测部分路段表面弯沉；然后，将该路段铣刨沥青面层，对基层表面进行清理打扫后，对基层损坏类型、破损程度及分布特征进行统计，计算百米PBCI。

采用基于线弹性层状体系理论编写的理论弯沉盆计算程序，反演出沥青路面半刚性基层有效模量，计算沥青路面半刚性基层有效模量与初始回弹模量的比值E/E0。

整理百米道路的调查检测数据(见表2)，根据半刚性基层有效模量与其初始回弹模量的比值对应的半刚性基层破损状况指数PBCI以及半刚性基层破损特征，建立半刚性基层模量比E/E0与其破损状况之间的关系，如图2。

对昌樟高速全线其他路段进行弯沉检测，反演半刚性基层有效模量，计算半刚性基层模量比E/E0，根据图2确定昌樟高速其他路段破损状况指数及破损特征。

表2昌樟高速各路段半刚性基层E/E0值及对应破损类别

对昌樟高速其他路段半刚性基层破损状况分类说明，如下所示：

A类：若半刚性基层模量与初始回弹模量比值E/E0为(0.9，1]，基层破损状况指数PBCI取值为[90，100)，则基层基本无破损，只有少许横向裂缝，且横向裂缝间距大于20m以上。

B类：若半刚性基层模量与初始回弹模量比值E/E0为(0.25，0.9]，基层破损状况指数PBCI取值为[75，90)，则基层破损以横向裂缝为主，且裂缝间距在5～20m之间。

C类：若半刚性基层模量与初始回弹模量比值E/E0为(0.1，0.25]，基层破损状况指数PBCI取值为[60，75)，则基层开始出现块裂，块裂尺度在5×5m左右。

D类：若半刚性基层模量与初始回弹模量比值E/E0为(0，0.1]，基层破损状况指数PBCI取值(0，60)，则基层大量出现3×5m尺寸块裂，且出现较多龟裂。

优选实施例二：

本优选实施例提供一种沥青路面半刚性基层破损状况的评价方法。该评价方法与优选实施例一的方法基本相同，具体为：计算待测沥青路面其中一个路段的半刚性基层模量比和破损状况指数，半刚性基层模量比为半刚性基层有效模量与初始回弹模量的比值；建立路段的半刚性基层模量比、破损状况指数与破损状况之间的对应关系；通过对应关系获取待测沥青路面其他路段的破损状况指数和破损特征。

不同之处在于：计算待测沥青路面的半刚性基层模量比和破损状况指数的方法可以利用优选实施例一的方法，也可以采用其他方法，只要能够获得计算结果即可；选择具有代表性的路段可以是以100m为计算单元，也可以200m、300m或更长的路段为计算单元，根据实际检测道路的长短选取即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上是结合附图给出的实施例，仅是实现本发明的优选方案而非对其限制，任何对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神，均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。本发明的保护范围还包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案。

Claims (5)

1.一种沥青路面半刚性基层破损状况的评价方法，其特征在于，所述评价方法为：计算待测沥青路面其中一个路段的半刚性基层模量比和破损状况指数，半刚性基层模量比为半刚性基层有效模量与初始回弹模量的比值，其中，通过反演计算模块基于路面参数获得半刚性基层有效模量E，所述路面参数包括荷载、路面结构以及弯沉值；建立所述路段的半刚性基层模量比、破损状况指数与破损状况之间的对应关系；通过所述对应关系获取待测沥青路面其他路段的破损状况指数和破损特征；

所述评价方法具体包括下述步骤：

步骤S1、检测所述待测沥青路面其中一个路段路表的弯沉值；

步骤S2、计算半刚性基层表面破损状况指数，反演所述步骤S1中路段的半刚性基层有效模量E；

步骤S3、根据所述步骤S2中获得的半刚性基层有效模量E与初始回弹模量E0的比值计算半刚性基层模量比E/E0；

步骤S4、根据所述步骤S3中获得的半刚性基层模量比E/E0和所述步骤S2中获得的破损状况指数建立与破损状况之间的对应关系；

步骤S5、选取所述待测沥青路面其他路段，计算获得半刚性基层模量比E/E0；

步骤S6、将所述步骤S5中获得的其他路段的半刚性基层模量比E/E0与所述步骤S4中的对应关系进行比对获取所述待测沥青路面其他路段的破损状况指数和破损特征。

2.根据权利要求1所述的一种沥青路面半刚性基层破损状况的评价方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述待测沥青路面其中一个路段是选取以100m为一个计算单元的路段。

3.根据权利要求2所述的一种沥青路面半刚性基层破损状况的评价方法，其特征在于，所述步骤S1中，通过落锤式弯沉仪检测所述待测沥青路面路表的弯沉值，所述落锤式弯沉仪能检测至少7个测点的弯沉值。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种沥青路面半刚性基层破损状况的评价方法，其特征在于，所述破损特征至少包括破损类型和破损程度；所述破损类型分为横向裂缝、块裂、龟裂，所述破损程度分为无明显开裂、轻微开裂、裂块尺度、裂缝间距，不同的半刚性基层模量比值区间对应不同的破损特征。

5.根据权利要求1所述的一种沥青路面半刚性基层破损状况的评价方法，其特征在于，所述步骤S1之后、所述步骤S4之前还包括下述步骤：

确定所述步骤S1中的路段的半刚性基层破损状况的分类标准。