反算模量与室内动态模量相关性分析

黄超 文飞 金好乾 张吟钗

摘 要：以京港澳高速公路沥青路面为研究对象，选取不同PCI路面破损的试验段进行弯沉检测，采用SIMOOD反算软件进行模量反演，现场取芯在室内进行切割成标准试件，运用万能试验机进行室内动态模量试验，研究发现室内动态模量与反算模量成对数关系。

关键词：模量反算;动态模量;相关性;

引言

由于落锤式弯沉仪（FWD）具有测试精度高、省时和省力等特点被广泛运用于路面的无损检测，在2017年新版规范中明确指出FWD用于路面的弯沉检测。反算模量不仅用于路面设计而且也可以用于评价路面的剩余寿命，在路面设计中起着重要的作用。现有的反算软件在模量反算中都有一些缺点，到目前为止，在模量反算中仍然没有一个准确的标准。模量反算的准确性是目前软件最大的一个局限性。弯沉检测可分为静态和动态两种，传统的贝克曼梁（BB）检测弯沉费时费力，而落锤式弯沉仪（FWD）作为无损检测设备，可准确、高效、安全的反映輪胎对路面的实际作用，具有测试速度快、对路面无损等优点而得到世界各国的广泛应用[1]。国内外对弯沉的研究取得了较好的研究成果，周亮等[2]基于FWD弯沉数据研究发现沥青层反算模量与沥青层温度间存在较好的指数关系，并建立了沥青反算模量与沥青层温度回归模型;Solatifar等[3]对FWD现场测试数据和动荷载时程主曲线，提出了一种路面力学-经验程序方法可反演出路面模量值;本文采用了SIMOOD反算软件分别进行计算并和试验室所得模量进行对比分析。

1 现场试验条件及测试方案

1.1现场试验测试概况

现场试验路为京港澳高速公路改扩建工程，湖北段全长339km。其中试验路段分别选取在病害较多路段、常规路段。对典型病害进行统计做标记进行弯沉检测并进行深层取芯并观察路面结构层完整性。

1.2现场弯沉检测

试验采用CFWD-10T全自动车载落锤式弯沉仪，车上装有能模拟实际行车荷载的作用效果的落锤系统。该装置通过提起重锤从一定的高度自由下落而产生的50kN 冲击荷载。为了使荷载分布均匀，在承载板和路面之间装有一张薄且硬的橡皮垫。FWD的承载板直径30cm，测试过程中FWD的各个位移传感器距离荷载中心距离为：0cm（D1）、30cm（D2）、45cm（D3）、60cm（D4）、90cm（D5）、120cm（D6）、150cm（D7）。

2模量反算与室内模量分析

2.1沥青层现场FWD模量反算

根据现场弯沉测试剔除反常弯沉数值，对弯沉结果进行反算。反算过程中为了提高反算精度将原路面结构层简化成三层：沥青面层（AC）、半刚性基层（BC）和路基（SG）。分别采用软件BAKFAA和SIDMOD进行反算，可以看出二者结果结果具有较好的一致性，其结果如图1所示。反算过程中可以看出SIDMOD的收敛速度明显快与BAKFAA，且SIDMOD软件不受初值的影响，因此后续采用SIDMOD进行反算。运用反算软件SIDMOD对现场测试的弯沉盆数据进行模量反算，从反算的结果可以看出路面病害较多处基层的模量值较小，与处置后的试验段反算模量对比可以看出处置后的路段基层强度明显大于病害处基层模量，其结果如图2所示。在病害点位处取芯发现该出的基层芯样不完整，病害自上而下贯穿至底基层。由弯沉盆数据和反算结果可以看出，模量反算并不是一个线性问题，分析反算结果可知基层的模量对三号传感器的弯沉值比较的敏感，由前面的弯沉值值分析可知三号传感器是弯沉值的拐点;土基模量对7号传感器的弯沉值较敏感。当路表弯沉值过大时，反算的结果出现土基模量值、基层模量值会被弱化。

现场试验路段采用深层取芯机进行取芯，室内运用切割机把芯样切割成φ100x150mm标准试件。利用UTM万能材料试验机在20℃温度条件下进行室内动态模量测试。分析结果发现室内动态模量与反算模量成对数关系，E0 = 4040.4ln（EFWD） - 29322，R2 = 0.9686，如图3所示。

（1）室内动态模量比弯沉盆反算模量要大，基层的模量对三号传感器的弯沉值比较的敏感，土基模量对7号传感器的弯沉值较敏感。当路表弯沉值过大时，反算的结果出现土基模量值、基层模量值会被弱化。

（2）模量反演结果表明反算模量与室内模量成对数关系。

参考文献：

[1]查旭东. 路面结构层模量反算方法综述[J]. 交通运输工程学报， 2002， 2（4）： 1-6.

[2]周亮， 凌建明， 林小平， 等. 沥青层反算模量的温度修正系数[J]. 同济大学学报（自然科学版）， 2011， 39（11）：1641-1645.

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