CN111413226A - 一种半刚性路面承载力评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半刚性路面承载力评价方法，建立了路面弯沉与轴载的关系曲线，实现了半刚性路面承载力的快速评价，为道路管养措施的选择提供了依据。首先采用路面动态弯沉无损快速检测设备，在不同轴载下采集路面的弯沉数据；根据采集的弯沉数据，拟合轴载‑弯沉Pi‑Li的关系曲线，根据关系曲线求得车道的理论极限轴载Pb值；由Pb求得道路在标准轴载下的剩余疲劳作用次数，评价道路现阶段的可靠性和耐久性。本发明采用路面动态弯沉进行道路承载性能评价，测量荷载为真实的车辆荷载，能够显著提高路面承载性能评价的速度和准确性。

Description

一种半刚性路面承载力评价方法
技术领域
本发明属于道路承载性能评价方法技术领域，具体涉及一种利用道路激光动态弯沉数据来评价半刚性路面的储备强度。
背景技术
弯沉值能够从整体上反映路面各层次的整体强度，是道路承载性能评价的主要指标。传统的路面弯沉检测方法主要有贝克曼梁法、自动弯沉仪法和落锤式弯沉仪法，这些方法都存在检测效率低下、检测荷载和真实的移动车辆荷载有较大偏差、测量过程需要实行交通管制等问题。采用多普勒激光技术的动态弯沉测量设备能够实现在高速的行车过程中测量弯沉值，在克服上述问题的同时，能够最大限度的保证测量人员的安全。
在传统的道路承载性能评价中，路面的病害率确定的道路的可靠性水平与计算总弯沉之间的并不能建立明显的关系。通常情况下，如果仅从测量弯沉绝对值出发，检测结果都表征道路还有相当大的储备强度。这主要是因为我国高速公路基本上均采用水泥稳定碎石基层，而弯沉值的大小受基层的影响很大。同时测量弯沉值也仅仅代表测量点处在荷载作用下的整体变形情况，并不能揭示路面已经出现的病害历史，同时也不能预测这些病害随着时间有何发展趋势。这就导致在制定道路预养护、维修、大修措施时缺乏可靠依据。
建立弯沉与轴载之间的关系在理论上是可行的。研究结果发现，在轴载不变情况下，如果刚性基层的回弹模量减小两倍，这将导致路面的弯沉值增加1.6倍，而如果上部非刚性基层的模量减小两倍，那么弯沉值增加1.2倍。随着刚性层模量的极度降低，弯沉急剧增大。为了建立弯沉与轴载之间的关系曲线，最大化提高研究的有效性和可靠性，需要在不同的轴载下测量路面的弯沉。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种方法简单有效且能够快速评价道路现阶段承载能力的半刚性路面承载力评价方法。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种半刚性路面承载力评价方法，其特征在于具体过程为：
步骤S1：利用动态弯沉检测设备，在三个不同轴载P1、P2、P3下测量路面的弯沉值L1、L2、L3；
步骤S2：建立Pi-Li之间的关系：
Figure BDA0002413493400000021
式中：a和b为经验系数，求解当L趋近于无限大时，对应P的极限值Pb；
步骤S3：利用极限值Pb求得道路在标准轴载下的剩余疲劳作用次数，进而评价路面现阶段的可靠性和耐久性。
进一步优选，步骤S1中所述动态弯沉检测设备采用多普勒激光探头检测路面变形速度，从而求解路面弯沉值，探头布置在后轮间隙中心点处，检测车能够在高速行车过程中测量路面的动态弯沉，显著提高了弯沉检测效率和准确性，后轮轴载在10-20t范围内变化，满足P1≤0.85P2和P2≤0.85P3条件下的弯沉检测要求。
进一步优选，步骤S3的具体过程为：利用步骤S2中建立起来的关系求得路面的极限承载能力Pb，利用式(2)计算半刚性基层的疲劳系数：
Figure BDA0002413493400000022
式中：Pd-设计轴上车轮的设计计算荷载；
同时在重复加载条件下，半刚性基层的疲劳系数由式(3)计算：
Kf＝1.08×NΣ -0.067 (3)
式中：NΣ-标准荷载剩余疲劳作用次数；
令式(2)＝式(3)，计算出半刚性路面在标准轴载条件下的剩余疲劳作用次数，从而评价道路现阶段的承载性能。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用路面动态弯沉进行道路承载性能评价，测量荷载为真实的车辆荷载，能够显著提高路面承载性能评价的速度和准确性。
2、本发明通过建立弯沉与轴载之间的关系式，得出道路承载性能的极限轴载，计算出道路现阶段标准轴载剩余疲劳作用次数。本发明方法简单有效，能快速评价道路现阶段的承载能力，为道路养护、维修和大修的措施选择提供依据。
附图说明
图1是拟合的Pi-Li之间的关系曲线。
具体实施方式
以下结合某高速一段实测数据进一步阐述本发明。
首先采用检测车对该高速路段弯沉进行实测，调整后轮轴载为21t，17t，13t分别检测道路弯沉，检测范围为3个车道，2个方向，长度为5公里。检测结果如表1。
表1
Figure BDA0002413493400000031
Figure BDA0002413493400000041
Figure BDA0002413493400000051
Figure BDA0002413493400000061
Figure BDA0002413493400000071
Figure BDA0002413493400000081
Figure BDA0002413493400000091
对于每条车道，都可以通过该车道大量的实测弯沉值拟合出一条Pi-Li之间的关系曲线，并求得经验值a、b。计算结果如下表2所示。
表2
Figure BDA0002413493400000101
由表达式可以得到每条车道所对应的Pb值。
半刚性基层的疲劳系数可由下列两式来求解：
Figure BDA0002413493400000102
式中：Pd-设计轴上车轮的设计计算荷载，取50kN。
NΣ-标准荷载剩余疲劳作用次数。
令两式相等就可以计算出半刚性路面在标准轴载条件下的剩余疲劳作用次数，计算结果如表3所示。
表3
Figure BDA0002413493400000103
根据该路段2017年的实际交通量，按照每年8％或10％的增长速度计算出的未来历年的交通量信息如表4所示。
表4
Figure BDA0002413493400000104
根据计算出来的路段剩余疲劳破坏的标准轴载次数，如果路段交通量按照每年8％的增长速度，那么该路段至少可以服役到2029年，如果交通量按照每年10％的增长速度，那么可以服役到2028年。这种评价半刚性路面承载能力的方法简单有效。能够快速评价半刚性路面承载能力，为道路管养措施的决策提供依据。
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种半刚性路面承载力评价方法，其特征在于具体过程为：
步骤S1：利用动态弯沉检测设备，在三个不同轴载P1、P2、P3下测量路面的弯沉值L1、L2、L3；
步骤S2：建立Pi-Li之间的关系：
Figure FDA0002413493390000011
式中：a和b为经验系数，求解当L趋近于无限大时，对应P的极限值Pb；
步骤S3：利用极限值Pb求得道路在标准轴载下的剩余疲劳作用次数，进而评价路面现阶段的可靠性和耐久性。
2.根据权利要求1所述的半刚性路面承载力评价方法，其特征在于：步骤S1中所述动态弯沉检测设备采用多普勒激光探头检测路面变形速度，从而求解路面弯沉值，探头布置在后轮间隙中心点处，检测车能够在高速行车过程中测量路面的动态弯沉，显著提高了弯沉检测效率和准确性，后轮轴载在10-20t范围内变化，满足P1≤0.85P2和P2≤0.85P3条件下的弯沉检测要求。
3.根据权利要求1所述的半刚性路面承载力评价方法，其特征在于：步骤S3的具体过程为：利用步骤S2中建立起来的关系求得路面的极限承载能力Pb，利用式(2)计算半刚性基层的疲劳系数：
Figure FDA0002413493390000012
式中：Pd-设计轴上车轮的设计计算荷载；
同时在重复加载条件下，半刚性基层的疲劳系数由式(3)计算：
Kf＝1.08×NΣ -0.067 (3)
式中：NΣ-标准荷载剩余疲劳作用次数；
令式(2)＝式(3)，计算出半刚性路面在标准轴载条件下的剩余疲劳作用次数，从而评价道路现阶段的承载性能。
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