湿热重载地区重轴载、高胎压、大交通量的交通特性及高温持续时间长、雨水多的区域环境，沥青路面往往过早出现裂缝、车辙、坑槽等病害。《公路技术状况评定标准》仅能对路面损坏状况进行静态、定性评价，无法实现湿热重载地区的交通、区域环境特性对沥青路面动态损伤原因及演化规律的精准判断。而现有成果侧重于通过力学计算、室内试验研究沥青路面应力应变的动态响应，而假设条件的引入导致获取路面受力状态的失真，也忽略了外部交通、环境特性复杂因素的影响中国沥青网sinoasphalt.com。美国WAHSO道路试验、AASHtO试验路及NCAt试验路等研究表明：通过在实际路面结构中埋设大量传感器，可较好地掌握路面结构在现实环境中的受力和使用情况。

路面结构力学响应是路面结构设计和力学分析的重要参数。目前，中国还没有一种系统的动态响应实测方法，更没有开展大量使用传感器的路面结构试验。因此，为了观测和研究路面结构长期使用性能，探索适合湿热重载地区的长寿命沥青路面结构，完善中国沥青路面结构设计理论及方法，该文设计了湿热重载地区沥青路面动态响应实测系统，包括温湿度、横纵向应变、竖向变形及压应力4个子模块。将实测系统应用于广东省云罗高速公路长寿命试验路中，4个模块协同工作，通过获取沥青路面结构不同温湿度场下应力及三向应变状态，建立了长期的路面动态响应分析系统。

动态响应实测系统

温、湿度实测模块

沥青混合料的行为响应表现为粘弹性，力学响应表现为感温性、依时性，在加载、卸载过程中呈现蠕变和应力松弛现象。此外，路基土体在不利水分条件作用下，其力学特性下降影响整个路面结构的受力模式。因此，温湿度实测模块能动态地获取湿热地区沥青路面结构的温湿度场，为沥青路面结构的应力应变状态提供依据和参考。

采用埋置式的热电偶温度传感器，其测量温度范围为-100~400℃，精度可达0．002℃。温度传感器采用PtWd-2A。采用湿度探针监测基层和路基的湿度情况，湿度传感器采用tdR-3。采用PC-2S型温湿度数据采集仪。

横向、纵向应变实测模块

美国永久性路面设计理论以沥青面层层底拉应变、路基顶面压应变为控制指标，孙立军提出应变指标能够更好地解释路面的早期损坏现象。结合湿热重载地区长寿命沥青路面结构课题研究的需求，构建横向、纵向应变实测模块来动态监测各层应变指标。

采用美国CtL公司生产的电阻应变式传感器，其核心为一个350Ω的惠斯通电桥，装在模量大约为2345mPa的尼龙棒上，与典型的沥青混合料的模量相当，每一个应变传感器配备一个独立校准片。应变计的最大测量范围为±1500με，满足沥青路面的要求。

竖向变形实测模块

竖向变形实测模块与横向、纵向应变实测模块动态协同工作，可获取沥青路面各结构层的三向应变状态。采用美国CtL公司生产的mdd多点位移计，用于测试路面结构层各层位移变形的传感器。

压应力实测模块

路基顶面的压应力与路面的疲劳开裂和结构性车辙有关，直接影响路面结构的整体性能及疲劳寿命。压应力实测模块可测得路面各结构层及路基表面的竖向压应力。选用BWX型土压力计，该传感器半径较大，受力均匀，可减少局部颗粒不均匀带来的误差。应力及应变采用dH3817F动态数据采集仪。

传感器布设

为全面深入掌握云罗高速长寿命试验路路面结构所处的交通荷载、温度、湿度等工作环境下的路面力学动态响应情况，在3种长寿命路面结构中均埋设一定数量的温湿度传感器、应变传感器、竖向压力计及mdd多层位移计。

结构1、2、3的温湿度传感器、应变传感器、竖向压力计及mdd多层位移计布设方案及施工工艺相似，因篇幅有限，该文仅以结构1为例，说明传感器布设方案。电阻应变式传感器现场布设的横断面图和纵断面图。“H”形传感器测试纵向应变，“I”形传感器测试横向应变。为了确保测试的准确性，设置多个平行测试断面，纵向距离为0．6m。为了测试轴载外侧的应变特征，设置多个纵向测试断面，传感器横向距离为0．6m。温湿度传感器布设于相应层位的路肩处，用以修正温度对应变测量结果的影响。

温湿度传感器布设工艺

在测点处开挖至设定深度，挖洞的大小稍大于传感器，湿度传感器平放至测点处，温度传感器将感温铂电阻置于测点处。

CtL应变传感器布设工艺

将设点表面清扫干净，放样，在现有结构层上开“工”字形槽，将应变计水平置于槽内，用同种配比材料填于周围将其包裹，确保传感器上表面刚好与将要铺设的结构层底平行。

多层位移计传感器布设工艺

其内部可布设多个传感器以监测各层竖向变形。安装之前需钻孔，具体安装工艺如下：①卸掉mdd上端的固定螺丝；②mdd锚头位置的小铁棒两个螺丝的间距为1英寸；③将塑料圆筒拧到mdd的上端；④在塑料圆筒上面的孔内拉出塑料小棒；⑤mdd放入钻好的孔中，并对中；⑥加压，液压泵连接mdd的专用加压接口，加压至10mPa，mdd底部的装置已经爆开，mdd底部固定到相应的位置；⑦提起塑料圆筒，拿掉塑料小棒，卸下塑料圆筒，把小铁棒下面的螺丝向上边拧，直到与上面的螺丝接触为止，再次拧上塑料圆筒，用力向上拔1英寸，把塑料小棒插进塑料圆筒下面的小孔中，对中；⑧向mdd周边的孔内加膨润土和细砂，同时加水，此过程中用细的捣棒向下捅，直到膨润土和细砂加到锚头的下端位置；⑨上锚头，锚头插进mdd的上端直到锚头上面与路面表面齐平，并且出线孔对准引线槽；瑏瑠锚头下部如果空隙较大，灌注一些水泥砂浆，然后灌注环氧树脂。安装完成，布设数据线。

压应力传感器布设工艺

开挖压力盒形状的凹槽，整平，放入传感器，用同种配比材料填于压力计周围将其包裹住。传感器表面撒一层细砂，使测点受力均匀一致。

所有传感器埋设完毕之后，将导线沿已开凿好的小槽引至观测室，周围用细砂包裹以防止引线被隔断。

传感器测试方案

于2012年12月、2013年8月、2014年12月、2015年8月共进行4次测试。4次测试方案大体一致，因篇幅限制，仅介绍第1次测试方案的相关内容。

2012年12月25日—28日，课题组展开了第1次试验路动态响应测试，测试不同荷载、不同轴型、不同轴重及不同速度工况下试验路动态响应值。

测试荷载包括汽车荷载、FWD落锤荷载，汽车荷载的测试车型包括单轴双轮—东风车、双联轴双轮—货车；测试速度包括5、20、40、60km/h共4个速度。FWD作用点为各传感器埋设处对应的路面表面点，采用50、80、100kN的FWD加载。

在路面加载试验时，所有传感器同时采集数据。

测试前准备工作

(1)标出传感器的埋设位置。标出0．6m×0．6m方格网，使传感器落在网格顶点，用喷漆加粗顶点。网格点的记录规则为：路段号-行号-列号。如方案1-1行-1列，记为111。(2)温度、湿度测试路面测试。前3~7d，保持监测，并绘制曲线。

路面响应测试

FWD。测试位置为网格顶点，测试荷载：50、80、100kN。记录方式：位置-荷载，如：111-50，表示方案1第1行第1列50kN荷载。车辆荷载。车辆各个轴重均需测定记录；车型1单轴双轮：后轴轴载10、15、20t；车型2双联轴双轮：后轴轴载18、27、36t。车辆加载前，用喷漆划条红线，便于分辨加载时车辆实际通过的位置。应尽量使车辆通过传感器中线，此外，需记录车辆通过的实际位置以判断车辆有无偏离。荷载工况记录方式：结构-轴重-车型-车速-次数。如“结构1-10t单轴车-20-1”表示在方案1单轴车轴重10t-车速20km/h-第1次测试。传感器读数。在各种荷载通过时，检测各传感器的读数。文件名中记录荷载工况。

测试结果统计及处理

传感器存活率统计

传感器存活率是评价动态响应测试系统布设合理与否的关键指标，存活率越高，测试数据的价值越大。可以看出：前两年传感器存活率较高，说明动态响应实测系统布设方案合理，同时建议埋设此类传感器时，应尽量在前两年内完成主要的测试工作。结构2存活率下降很大，通过钻芯取样和湿度传感器显示，结构2路基的湿度最大，可能与此有关。

实测结果处理

路面加载时传感器受到影响而输出电信号，电信号最终传输到记录仪中。记录到的电信号通常受到多种因素的干扰，而难以识别出有效的信息。首先埋设的传感器与路面结构可能接触不良、局部松动；测试时测试发动机、过往车辆等对测试形成干扰；数据传输线屏蔽不完全，使得传输信号受到干扰。因此需要对数据进行滤波及平滑处理，以30Hz为上限的低通滤波，并对滤波结果进行平滑处理。分别为结构1上面层底、下面层底、下基层底在5、20、40、60km/h共4个不同速度下和单轴15t下的轮迹正下方纵向应变响应。

可以看出：纵向应变响应在不同速度下的规律基本一致，速度越大，应变响应数值越小；上、下面层层底有明显的拉压应变交替，且主要表现为拉应变，下基层层底为拉应变。测试结果与实践经验相符，证明了测试系统的合理性和测试方案的有效性。

结语

立足于湿热重载地区重轴载、高胎压、大交通量的交通特性及高温持续时间长、雨水多的区域环境，设计了湿热重载地区沥青路面动态响应实测系统及其布设、测试方案，实测系统包括温湿度实测、横纵向应变实测、竖向变形及压应力4个子模块。4个模块协同工作可确定沥青路面结构不同温湿度场下应力及三向应变状态。

在云罗高速公路铺筑了具备路面响应实时监测和长期性能观测条件的长寿命试验路，并对动态响应系统进行布设、测试，统计传感器存活率，对测试结果进行滤波和平滑处理。结果表明：实测系统设计合理，布设、测试方案得当，动态响应实测结果能较好地体现沥青路面动态响应。湿热重载地区耐久性沥青路面动态响应实测系统可为探索适合湿热重载地区的长寿命沥青路面结构，完善中国沥青路面结构设计理论及方法提供支撑。