基于AASHTO规范的旧水泥路面破坏评价方法分析

基于ＡＡＳＨＴＯ规范的旧水泥路面　破坏评价方法分析　韩喜波　，韩喜春　，马士杰　（１．山东格瑞特公路工程有限公司，山东烟台２６４００３；２．烟台市交通局质量监督站，　２５００３１）　山东烟台２６４００１；３．山东省交通科学研究所，山东济南摘要：水泥混凝土路面是我国高等级路面结构型　式之一，对我国经济发展与交通建设起到了重要　作用。旧水泥混凝土路面的评价也是道路工作者　一直进行研究的问题，结合旧水泥路面改造对我　国评价方法与ＡＡＳＨＴＯ规范方法分别进行了评　价，通过两种方法对旧水泥路面进行了评价，综合　确定水泥路面的破坏状况。　关键词：旧水泥路面；ＡＡＳＨＴＯ；破坏评价　中图分类号：Ｕ４１６。２１６　文献标识码：Ａ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐａｖｅｍｅｎｔ　ｄａｍａｇｅ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂａｓｅｄ　Ｏｉｌ　ＡＡＳＨＴ０　ｓｔａｎｄａｒｄ　ＨＡＮ　Ｘｉ—ｂｏ　，ＨＡＮ　Ｘｉ—ｃｈｕｎ　，ＭＡ　Ｓｈｉ一　ｅ　（１．Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｇｒｅａｔ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｅｎｇｉ￣ｅｎｎｇ　Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｙａｎｔａｉ　２６４００３　Ｃｈｉｎａ；２．Ｙａｎｔａｉ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，　Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｙａｎｔａｉ　２６４００１　Ｃｈｉｎａ；３．Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｊｉｎａｎ　２５００３１　Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｐａｖｅｍｅｎｔ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｈｉｇｈ—ｇｒａｄｅ　ｐａｖｅ—　ｍｅｎｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｔｙｐｅｓ，ｗｈｉｃｈ　ｐｌａｙｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｅ—　ｅｏｎｏｍｉｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ．Ｈｏｗ　ｔｏ　ｅｖａｌｕａｔｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｐａｖｅｍｅｎｔ　ｉｓ　ｌｏｎｇ—ｔｅｒｍ　ｑｕｅｓｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ　ｉｎ　ｒｏａｄ　ｆｉｅｌｄ．Ｉｎ　ｏｒ．　ｄｅｒ　ｔｏ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ　ｔｈｅ　ｄａｍａｇｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐａｖｅｍｅｎｔ，ｔｈｅ　ｅｓｓａｙ　ｃｏｍｂｉｎｅｓ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔ—　ｉｎｇ　ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐａｖｅｍｅｎｔ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｏ　ｒｅｓｐｅｃ—　ｔｉｖｅｌｙ　ｅｖａｌｕａｔｅ　ｔｈｅ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　ａｎｄ　收稿日期：２Ｏ１２—Ｏ５—１１　作者简介：韩喜波（１９６９一），男，山东龙口人，硕士，高级工　程师。　一ｌ８一　ＡＡＳＨＴＯ　Ｓｔａｎｄａｒｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐａｖｅｍｅｎｔ；ＡＡＳＨＴＯ；　ｄａｍａｇｅ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　１　概述　基于水泥混凝土路面的破坏评价，国内外均进行　了大量的研究，提出了多种评价方法和指。国外大量　基于新的检测设备提出了一些新的指标，以ＡＡＳＨＴＯ　评价方法为代表，大量采用ＦＷＤ检测结果进行评价。　本文基于省内某一级公路水泥路面改造采用国内评　价方法的主要指标并结合ＡＡＳＨＴＯ评价方法进行了　评价，并对比了评价方法。　２指标的选择　２．１路面状况指数与断板率　《公路水泥混凝土路面养护技术规范》规定采用　路面状况指数ＰＣＩ（反映调查路段的路面总破损状　况）和断板率ＤＢＬ（反映调查路段的路面结构破损状　况）来评定路面破损状况。路面状况指数ＰＣＩ的计算　按病害类型、轻重程度和密度数据进行计算，断板率　ＤＢＬ可根据调查得到的断裂类病害的板块数，按裂缝　种类和严重程度的不同，采用不同的权系数修正后进　行计算，以百分数表示。路面破损状况等级评定标准　分，为五个等级，见表１。　２．２承载能力　根据ＦＷＤ实测弯沉盆可以评价路面的承载力，　应用ＡＲＥＡ可以描述弯沉盆的特性，可以反算混凝土　板的弹性模量、地基反映模量等。ＡＲＥＡ属于弯沉盆　的几何特性参数，在水泥混凝土路面的评价中是一个　很重要的参数，其计算公式：　ＡＲＥＡ：６×［１十２［ｌａ了“０　ｌ２　Ｊ＋２［孕］＋［“０　孕］Ⅱ０　］　………………………………………………（１）　式中：ｄ。、ｄ　、ｄ：　、ｄ３６一加载板中心及距离中心　３０４　ｍｍ、６０８　ｍｍ、９１０　ｍｍ处的路表弯沉值。　山东交通科技　２０１２年第４期　ＡＡＳＨＴＯ利用ＡＲＥＡ来评价混凝土路面的承载能　力，根据ＡＡＳＨＴＯ标准测试荷载为４０　ｋＮ。通常情况　下，能满足承载能力的混凝土板的ＡＲＥＡ为７４０～８１０　个等级。两者计算方法中，ＡＡＳＨＴＯ计算方法存在板　弯曲修正系数Ｋ，但当在一定温度范围内测试时Ｋ＝　１．０５～１．１５，因此两者之间可以说是相差不大，而且　从传荷能力分级中可以看到，其分级稍有差别，当接　ｍｍ，这个指标算法简单、直观，省去了繁琐的反算　程序。　２．３传荷能力　旧混凝土面层的接缝传荷能力也可以采用弯沉　法调查评定，实验施加荷载接近于标准轴载的一侧轮　载（５０ｋＮ），将荷载施加在邻近接缝的路面表面，使侧　接缝两侧边缘的弯沉值。本次调查检测采用落锤式　弯沉仪（ＦＷＤ）。　根据ＡＡＳＨＴＯ规定，接缝传荷能力用接缝传荷效　率来表示，它是反映混凝土路面整体性的重要参数，　接缝传荷效率计算公式：　Ａ～７　ＬＴＥ：１００×［　］×　……………………（２）　式中：￡阿一传荷效率；Ａｕｌ、△ｆ一未受荷载与受荷　载板边缘的弯沉值；　板弯曲修正系数，Ｋ＝ｄｏ／ｄ　，　通常情况下Ｋ＝１．０５～１．１５。　混凝土板表面受外界环境温度的影响变化较　快，而底面的温度变化较慢，这样就在混凝土板内产　生了温差，混凝土的收缩系数较大从而使板产生了　翘曲变形，ＡＡＳＨＴＯ采用板弯曲修正系数　来修正，　使传荷效率的计算更加准确。一般情况下ＬＴＥ随温　度的升高而增大，反之随温度的降低而减小，测试温　度一般要求为１０～２０￣Ｃ。在ＡＡＳＨＴＯ设计方法中，　接缝传荷效率以荷载传递系数在加铺层厚度中反映　出来，而且根据ＬＴＥ对道路维护提出要求，具体见　表２。　表２荷载传递系数与维修要求　我国《公路水泥混凝土路面设计规范》（ＪＴＧ　Ｄ４０　—２００２）中计算接缝的传荷系数，接缝传荷能力分为４　缝传荷系数小于５０％均需要进行全面大修。　２．４板底脱空　板底脱空可以根据面板角隅处的多级荷载弯沉　测试结果，并综合考虑唧泥和错台发展程度以及接　缝传荷能力综合进行判断。ＡＡＳＨＴＯ指南中提出了　一个较简单的判别脱空的方法：在同一测点测出３　个不同级别荷载（如４　ｔ、６　ｔ和８　ｔ）下弯沉，建立荷载　与弯沉的相关关系，见公式（３）。如果该位置没有　脱空，则荷载弯沉相关直线经过原点或弯沉轴截距　小于５０　ｍ。否则，如果截距大于５０　ｍ，则可认为脱　空，见图１。　Ｄ＝ａＰ＋ｂ…………………………・・………・（３）　式中：Ｄ一中央弯沉值，ｍ；Ｐ一荷载值，ｋＰａ；ｎ一关　系系数；６一弯沉轴截距。　弯沉Ｄ　’　ｂ＜５０ｍａ　图１　混凝土面板脱空识别　３路面状况评定　３．１破损调查　调查与评定方法选定以后，对原混凝土路面进　行了大量的实地调查。原路面经过十多年运营破坏　状况非常严重，其平整度基本上属于无法测定，因此　行驶质量指数（ＲＱＩ）也就无法计算。由于本路段全　线进行大修工程改造，对路面破坏状况调查进行了　全面调查，对路面状况进行了统计，破坏状况见　表３　一ｌ９一　韩喜波，韩喜春，马士杰：基于ＡＡＳＨＴＯ规范的旧水泥路面破坏评价方法分析　表３破坏状况统计　缺陷板的数量（块）　损坏类型　左幅　右幅　根据调查结果，对ＰＣＩ进行计算，左幅ＰＣＩ＝　３８．９６％，右幅ＰＣＩ＝３９．４３％，可以看出两幅Ｐ￣Ｉ基本　一致，都属于差的等级。　对全线断板率进行了数据分析，数据分左右幅按　公里进行统计见表４。　表４水泥路面坏板率汇总　一２０一　续表　从表４可以看到，全线平均断板率左右幅均大于　２０％，观测路段断板率也均大于２０％，同ＰＣ１分析结　果一致全线路况非常差，必须进行大修改造。　３．２承载力调查与评定　根据上面的分析原路面承载力采用弯沉值与ＡＲ—　ＥＡ进行评价，承载力评价仅进行了检测路段评价，具　体结果见表５。　从表５可以看出，代表弯沉值普遍偏大，说明承　载力已经明显下降，Ｋ５７８＋０３５一Ｋ５７８＋３５０段由于　测点比较少其弯沉代表值明显较其它三段小；另外通　过弯沉变异系数来看都大于３０％，最大甚至达到了　１０４％，这也说明原路面破坏状况并不均匀，从实测单　点弯沉来看有个别值非常大，说明存在板底脱空现象　或已经丧失了承载力；另外，从ＡＲＥＡ数值来看有一　半路段小于７４０　ｍｍ，其余也都接近于７４０　ｍｍ，根据　ＡＡＳＨＴＯ经验也能说明其承载力已经明显不足，需要　进行大修改建。　３．３接缝传荷能力与脱空评定　接缝传荷能力的检测在观测路段内选定了３４条　接缝与裂缝（８条裂缝）进行评价进行动差弯沉检测，　将３４组检测数据统一统计，受荷载一侧弯沉代表值　为２２０．５　ｍ，未受荷载一侧弯沉代表值为９８．５　ｍ；对　２６条接缝检测结果进行统计，受荷载一侧弯沉代表值　为１８８．２　ｍ，未受荷载一侧弯沉代表值为８９．４　ｍ。对　８条裂缝检测结果进行统计，受荷载一侧弯沉代表值　为２６５．５　ｍ，未受荷载一侧弯沉代表值为１１３．２　ｍ。分　别根据ＡＡＳＨＴＯ标准与我国标准进行分析，板弯曲系　山东交通科技　２０１２年第４期　通过两种评价方法均得到，原路面状况处于较差　表６接缝与裂缝传荷系数分析　的状态，其破损状态处于差的状态，承载力明显下降，　基本不具有传荷能力，表明原路面需要进行维修改　造。但ＡＡＳＨＴＯ规范的评价方法更具有适用性，同时　操作与计算简单。　ＡＲＥＡ指标充分利用了弯沉盆的曲线特征，使得　从表６数据可以看出，无论采用ＡＡＳＨＴＯ或者我　国方法进行分析，其传荷系数均小于０．５，按ＡＡＳＨＴＯ　标准分析传荷能力很差需要全面大修，按我国标准评　价传荷能力处于次的等级也需要进行大修；而且，从　表中还可以看出裂缝的传荷能力要差于接缝，这是因　为在荷载应力和温度翘曲应力作用下造成断板，裂缝　产生后不能及时进封闭，雨水进入造成基层泡软，路　参考文献：　不在依靠单一弯沉指标进行评价，综合了多点弯沉数　据。传荷能力计算充分考虑的温度弯曲修正，使结果　更加向实际状况接近，从数据看Ｋ系数的增加使传荷　系数发生了变化。同时，脱空识别方法更为简单，可　操作，具有非常好的适用性。　面过度弯沉，在行车荷载的反复作用下，基层受到冲　刷，出现不同程度的脱空现象。　混凝土路面的脱空识别可以采用ＦＷＤ分级加载　进行检验，本次检测对几种类型的混凝土板块进行了　［１］　山东省交通科学研究所．旧水泥混凝土路面加铺层结　构研究与应用［Ｒ］．２００８．　［２］　山东省交通科学研究所．ＦＷＤ在高等级路面结构评　价中的应用研究［Ｒ］．２００４．　［３］　ＪＴＪ　１９４０—２００２，公路水泥混凝土路面设计规范［Ｓ］．　检验，包括完整板块、中间断裂板块、接缝破碎板块与　断角板块。检测结果表明完整板块基本上都不存在　脱空现象，其余出现破坏县现象的板块都不同程度的　［４］　ＪＴＪ０７３．１—２００１，公路水泥混凝土路面养护技术规范　［ｓ］．　［５］　邹桂莲，王绍怀等．应用ＦＷＤ评价旧混凝土路面及加　铺层设计［Ｊ］．建筑机械，２００２（０２）．　［６］　张凤程，应荣华，张起森．用ＦＷＤ进行板下地基脱空　存在脱空现象，尤其是接缝处断裂板块脱空严重。根　据检测结果表明，应当对局部脱空严重板块进行　处理。　状况的评定［Ｊ］．公路与汽运，２００２（ｏ４）．　４结语　一２ｌ一