贝克曼梁板底脱空判据在“白改黑”道路工程应用的研究

官建安

(福州市规划设计研究院 福建福州 350108)

0 引言

随着我国人民生活水平的提高，对城市道路服务品质的要求越来越高，越来越多的旧水泥混凝土路面通过加铺沥青面层来恢复和提高行驶舒适度、降低交通噪声。

旧路面改造工程，最重要的是对原有路面结构的评价，它直接影响到工程造价、设计方案以及实施难度和施工期间影响范围内居民的生活工作。

合理的设计方案是建立在对旧水泥路面病害和成因的正确调查、判断、分析的结果上，水泥路面病害中板底脱空的调查手段有人工调查、探地雷达、声波仪、贝克曼梁弯沉仪、落锤式弯沉仪等，其中探地雷达和声波仪的检测仅有一些研究单位具有。限于条件，目前福建城市道路改建工程中落锤式弯沉仪也较少采用，最普遍采用的是通过人工调查和贝克曼梁法测弯沉的结果结合来判定水泥路面板板底是否存在脱空现象。

由于旧水泥路面板底脱空影响因素多，许多研究者都注意到板底是否脱空对设计方案影响很大，因此关于此方面的研究很多。本文通过对这些研究成果的归纳对比，试图为简单易用的贝克曼梁法测得的弯沉值找到比较合理的板底脱空判据应用到城市道路建设工程中。

1 相关规范对路面板板底脱空的规定

(1)《公路水泥混凝土路面养护技术规范》(JTJ 073.1-2001)[1]，《公路水泥路面设计规范》(JTJ D40-2002)[2]，明确规定水泥混凝土路面板脱空判据为20/100mm。

(2)《公路沥青路面设计规范》(JTJ D50-2006)[3]、《公路水泥路面设计规范》(JTJ D40-2011)[4]、《城镇道路路面设计规范》，关于水泥混凝土路面加铺沥青面层的相关条文中，对旧路面板板底脱空，要求综合判定，但在条文说明中仍提出脱空判据为20/100mm；《城镇道路养护技术规范》(CJJ36-2016)[5]中未明确脱空弯沉判据，但要求旧水泥路面维修时当弯沉在0.2mm～1.0mm时采用钻孔注浆处理病害。

(3)《公路沥青路面设计规范》(JTJ D50-2017)[6]正文和条文说明中都没有脱空判据为20/100mm的提法。

(4)美国沥青学会：弯沉差不大于0.05mm或平均弯沉不大于0.36mm时，可认为板底不存在脱空情况且接缝传荷能力较好[3]。

(5)美国一些州的板角脱空弯沉判据如表1所示[7]。

表1 板角脱空弯沉判据 1/100mm

2 相关研究的情况

肖鑫、张起森、李强在文献[8]中以梅观高速K51+800--K60+500和K60+500--K70+100两段(各有9km)工程实测结果，通过比较贝克曼梁法、落锤弯沉仪法和路面雷达各自的判断结果，得到了以下结论：

(1)贝克曼梁法测定的弯沉，如果用弯沉值0.2mm作为脱空判据，则以落锤弯沉仪法验证的结果是，落锤弯沉仪法判定存在板底脱空，贝克曼梁法必定也是，但贝克曼梁法判定脱空的，落锤弯沉仪不一定判定脱空。

(2)如果用探地雷达验证贝克曼梁法的判断结果，也存在相同情况。值得注意的是,当贝克曼梁法测出的弯沉值达到0.3mm以上时,探地雷达结果判定结果与之极为接近。

(3)通过实测数据并通过现场灌浆验证，文献[9]提出了同时测定板角弯沉、横缝中点弯沉、与接缝传荷系数3个数值共同判定班底弯沉是否存在的方法，经在梅观高速工地验证，准确率达到80%以上。

邱丽章、王端宜等[7]通过有限元法计算了四边自由的路面板进行了计算，当板中弯沉在0.04mm、0.0526mm和0.0284mm情况下，不发生边角空的计算弯沉值对应的分别是0.161mm、0.205mm、0.117mm。文献[7]通过钻孔注浆验证，FWD截距法和超声波法判定板底脱空的正确率大于80%。

胡昌斌、刘发水、林晓威编著的《南方地区公路水泥混凝土路面加铺改建技术》[9]第二章中用ABAQUS有限元计算软件模拟路面板的板边弯沉、弯沉差和接缝传荷系数在轴载、路面板厚度、地基模量、路面板模量、水稳基层模量、碎石垫层模量、土基模量以及接缝深度、脱空面积、脱空厚度等参数发生变化时的变化规律，得到以下结论：板角接缝弯沉影响因素排名前三的是轴重、土基模量和接缝深度；板角弯沉差影响因素排名前三的是接缝深度、脱空面积和轴重，接缝传荷系数影响因素排名前三的是接缝深度、脱空面积和土基模量。以下是文献[3]中在标准轴载弯沉0.2mm条件下路面参量变化情况下的计算结果如图1～图3所示。

图1 板角弯沉与单轴轴重关系图

图2 土基模量与传荷系数关系图

图3 土基模量与受荷板板角弯沉关系图

3 路面板弯沉测量情况和城市道路交通中中重型车辆分布情况

笔者在市政工程设计单位工作，参加过许多城市道路“白改黑”的设计项目，经常遇到一些旧水泥混凝土路面外观条件很好，但是仅仅因为弯沉值稍微超过0.2mm就判断为板底脱空，需要注浆消除脱空。但是城市道路有它自己的特点，例如，沿海城市气候潮湿，地下水位高，城市道路又不可能像公路一样设计高路堤来减少地下水的影响，在土基回弹模量方面有天然的劣势。同样，水稳层如果受地下水影响，模量也会降低。另外，城市道路就水泥路面面板的厚度又各不相同，用标准轴载测得的弯沉值采用一个值来判断是否存在板底脱空不够客观，不能较好地给城市道路“白改黑”设计提供依据。同时，现在很多城市为了改善交通状况，降低污染，一些区域对中重型货车和大型客车限行，客观上一些道路没有或很少轴重100kN或以上的车辆通行，标准轴载弯沉达到0.2mm的路面，实际车辆通过时其板角弯沉远小于0.2mm。

4 结论

水泥路面板底注浆不仅造价高还存在工期长，对市民出行影响大，注浆过程中水泥浆污染、钻孔粉尘、噪音等也易引起市民不满。上文所述，根据一些实际工程检验结果和理论研究结果，按标准轴载下板角0.2mm来判断旧路面板底是否存在脱空对一般路面来说过于严格。如果按文献[3]的计算结果，板底无脱空情况下，同样路面结构，轴载70kN下弯沉为标准轴载的0.7倍，而轴载150kN下弯沉为标准轴载的1.5倍，反过来，如果轴载70kN下测得板角弯沉为0.2mm，则标轴载下弯沉应是0.3mm，此时仍满足美国沥青学会和大部分州的板底不脱空要求。

因此,建议在城市道路中重型货车限行区域内的“白改黑”工程中，如果仅有贝克曼梁测试手段时，用板角0.3mm来作为板底脱空判据，这样可以大大减少不必要的旧路面病害处理工作，加快工期，减少对交通的干扰。

参考文献

[1] JTJ073.1-2001 公路水泥混凝土路面状护技术规范[S].2001.

[2] JTJ D40-2002 公路水泥路面设计规范[S].2002.

[3] 《公路沥青路面设计规范》编写组.公路沥青路面设计规范释义手册[Z].北京：人民交通出版社，2008.

[4] JTJ D40-2011 公路水泥路面设计规范[S].2011.

[5] CJJ36-2016 城镇道路养护技术规范[S].2006.

[6] JTJ D50-2017 公路沥青路面设计规范[S].2017.

[7] 邱丽章，王端宜.水泥混凝土路面板底脱空的弯沉判据研究[J].公路，2006(11)：5-9.

[8] 肖鑫，张起森，李强.水泥混凝土路面板底脱空研究——以梅观高速为例[J].公路交通科技，2016(4):40-45.

[9] 胡昌斌，刘发水，林晓威.南方地区公路水泥混凝土路面加铺改建技术[M].北京：人民交通出版社，2016.