落錘式彎沉儀在公路路面檢測中的應用

摘要： 當前路基路面彎沉的檢測方法主要有三種：貝克曼梁法、落錘式彎沉儀法、自動彎沉儀法。貝克曼梁法為傳統檢測方法，以人工操作為主，工作強度大，效率低，可靠性差，而后兩種方法均為計算機控制下的自動量測方法，測速快，精度高，具有傳統檢測方法不可比擬的優勢。但在實際應用中，落錘式彎沉儀法與自動彎沉儀法所測得的數據必須與貝克曼梁法所測數據進行比對換算，之后才能作為最終評定的依據。本文具體介紹了落錘式彎沉儀在實際當中如何與貝克曼梁進行比對分析，從而具體應用的方法。

關鍵詞： 落錘式彎沉儀；路面；檢測；應用

1 前言

隨著當前通車高等級公路的日益增多，各地交通主管部門對其養護質量也日益重視。而對于公路養護來說，首先要通過檢測確定其路面質量等級，然后以此確定路面的養護維修計劃。在路面的養護質量指標中，其中非常重要的一項便是彎沉。

傳統的彎沉檢測方法為貝克曼梁法，而隨著科技的發展，出現了更加先進的檢測方法--落錘式彎沉儀法。落錘式彎沉儀,簡稱FWD，是目前國際上最先進的路面強度無破損檢測設備之一，未來其將取代陳舊落后的常規檢測手段以滿足工程建設的需求。本文通過落錘式彎沉儀與傳統檢測設備的對比，較系統全面地介紹了該設備的工作原理及其在公路路面檢測中的實際應用。

2 落錘式彎沉儀的工作原理

落錘式彎沉儀通過計算機系統控制下的液壓系統啟動落錘裝置，使一定質量的落錘從一定高度自由落下，沖擊力作用于承載板上并傳遞到路面，從而對路面施加脈沖荷載，導致路面表面產生瞬時變形，分布于距測點不同距離的傳感器檢測結構層表面的變形，記錄系統將信號傳輸至計算機，即測定在動態荷載作用下產生的動態彎沉及彎沉盆。測試數據可用于反算路基路面各結構層材料的動態彈性模量，從而比較科學地評價路面的承載能力。

3 與常規檢測手段的比較

3.1 常規檢測方法——貝克曼梁法

我國現行的路面彎沉常規檢測手段采用的是貝克曼梁法，基本原理是杠桿原理。在規定的標準軸載作用下，路基或路面表面車輪輪隙位置處產生的垂直變形值稱為回彈彎沉。利用載重汽車加載，人工讀取百分表的讀數，用貝克曼梁可以測量路基或路面表面的回彈彎沉值。貝克曼梁法檢測回彈彎沉存在以下主要問題：

①以人工操作為主，工作強度大，效率低，可靠性差；

②支點變形，影響檢測結果，對支點變形的修正很難測準；

③僅測得靜態汽車荷載作用下路基路面單點（最大）回彈彎沉值；

④沒有反映路面結構在行車荷載作用下的動力特性和整個彎沉盆形狀；

⑤不適用于對路網進行大范圍長期跟蹤觀測。

3.2高效檢測方法--落錘式彎沉儀（FWD）法

①數據采集傳輸通過高精度傳感器完成，路面結構不同，彎沉盆半徑亦不同。路基或柔性基層瀝青路面傳感器分布在距荷載中心2.5米范圍內即可。目前，我國高等級公路大多采用半剛性基層瀝青路面結構，彎沉影響半徑已達3～5米，傳感器分布范圍應布置在距荷載中心3～4米范圍內，以量測路面彎沉盆形狀；

②FWD主要的技術特點是測速快（每測點約40多秒），精度高（分辯率為1微米），并較好地模擬了實地行車荷載對路面的動力作用，能根據上一錘荷載和壓強數值自動調整下一錘的荷載，向設定荷載逼近，從而能準確地測定較完整的彎沉盆信息。

③操作方式為計算機控制下的自動量測，所有測試數據均可顯示在屏幕上或打印出來或存儲在軟盤上?？奢敵鲎饔煤奢d、彎沉（盆）、路表溫度及測點間距等?？纱蛴澇疗骄?、標準差、變異系數及代表彎沉值等數據。

4落錘式彎沉儀與貝克曼梁的比對試驗

落錘式彎沉儀（FWD）所測的彎沉為動態總彎沉，與貝克曼梁所測的靜態回彈彎沉不同?？赏ㄟ^比對試驗得到兩者之間的相關關系，并據此將落錘式彎沉儀測定的動態彎沉換算成貝克曼梁測定的靜態回彈彎沉值。

4.1路段的選擇

選擇結構類型完全相同的路段，針對不同地區選擇某種路面結構的代表性路段，進行兩種測定方法的對比試驗。選擇對比路段的長度理論上應是越長越好，但在實際應用中，每種相同結構、每次對比試驗不應少于30個測試點，彎沉值應有一定的變化幅度。

4.2對比試驗步驟

①采用與實際使用相同且符合要求的落錘式彎沉儀及貝克曼梁彎沉儀測定車。調整落錘式彎沉儀重錘的質量及沖擊高度，使沖擊荷載達到50±2.5KN（BZZ-100的設計標準軸載）或30±2.5KN（BZZ-60的設計標準軸載）的要求。

②用油漆標記對比路段的起點位置。

③在行車車道的輪跡帶上布置測點，測點間距宜為20～25m。先用貝克曼梁定點測定回彈彎沉，待測定車開走后，再用粉筆以測點為圓心，畫一個半徑為15cm的圓，標明測點位置。

④將落錘式彎沉儀的承載板對準圓圈，位置偏差不超過30mm，進行錘擊測定。兩種儀器對同一點彎沉測試的時間間隔不應超過10min。

4.3試驗結果分析

根據測量數據進行線性回歸分析，得出兩者間相關關系及相關系數?；貧w方程式為LB=a+bLFWD ,式中LFWD--落錘式彎沉儀測定的彎沉值，0.01mm；

LB--貝克曼梁測定的彎沉值, 0.01mm。

回歸方程式的相關系數R應不小于0.90。

FWD與貝克曼梁的測試結果應具有良好的對應關系，FWD測得的彎沉值越大，貝克曼梁測得的彎沉值也越大，反之亦然，兩種檢測結果也很接近。但FWD的測試精度要遠高于貝克曼梁。兩種方法存在良好的相關性，其相關系數R可達到90%以上。如果對比試驗結果相關性較差，應對結果進行分析比較，以確定合理檢測方案。

從通過比對試驗得出的相關關系式，相關系數和換算的回彈彎沉來看，在同一條路或同一地區，路面結構、材料、土基等條件相同時，測定的彎沉值之間有良好的相關關系。在不同地區求取相關關系時，應該根據不同地區及不同路面結構、材料、土基等條件，建立不同的回歸方程式。

5在工程檢測中的實際應用

利用FWD能夠快速、準確地檢測和評價路面各結構層或路基的強度，在施工過程中通過逐層檢測和結構層的模量反算可及時發現質量隱患，并迅速采取處理措施，從而在根本上控制工程質量。

利用FWD可以對新（改）建公路的路基、路面綜合承載能力進行檢測和評定，為工程的交（竣）工驗收提供數據資料和評定質量等級的依據。根據《公路工程質量檢驗評定標準》對已竣工的路面進行彎沉檢測，采集全線路面彎沉（盆）信息資料，根據路面彎沉資料，分標段對路基路面的綜合承載能力、施工質量進行評定。

6結論

通過本文分析，可以得出如下結論：

① FWD與貝克曼梁的測試結果具有良好的相關性，工程檢測中可任選一種方法，在正常情況下，不必每次測試都進行對比試驗。

② 由于FWD測試消除了人為讀表誤差、氣壓隨氣溫變化產生誤差等多種因素的影響，加之位移傳感器精度高，故其測試結果具有較高的精度，其測試數據可用于路面結構的模量反算，以此用于對各層質量進行分析。

參考文獻

[1] 中華人民共和國行業標準．公路路基路面現場測試規程（JTG E60-2008）．北京：人民交通出版社，2008

作者簡介：楊延華，男，漢族。籍貫：陜西漢中。本科，研究方向：公路與橋梁施工、檢測技術。1997年7月至今 在江蘇省交通廳工程質量監督站檢測中心從事技術工作，參與全省交通重點建設項目工程質量檢測工作。