淺談落錘式彎沉儀的應(yīng)用

邢 燕

(新疆塔城公路管理局)

1 前言

對路面彎沉測定的方法有許多種類，對路面彎沉檢測技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)由來已久，由靜力式發(fā)展至振動式，再至落錘式，最后發(fā)展成目前的滾動式。其發(fā)展方向大致為:由人工、靜力檢測轉(zhuǎn)向自動化、動力檢測發(fā)展，F(xiàn)WD逐漸在國內(nèi)外市場之中得到廣泛的應(yīng)用，而更值得期待的RWD彎沉檢測技術(shù)，正處于試驗(yàn)研發(fā)階段，相信不久的將來，可以投入實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中。而最近幾年以來，對于路面動態(tài)的彎沉測定，較為普遍的則是選用落錘式彎沉儀，其工作原理是反算路面的回彈模量，使得越來越被各國的道路事業(yè)界選作熱門課題來進(jìn)行研究。第一臺FWD的問世是在70年代未期，而我國于2005年進(jìn)口了這種設(shè)備。

2 FWD彎沉儀的工作使用原理

(1)FWD彎沉儀其結(jié)構(gòu)構(gòu)成:它是由運(yùn)算控制系統(tǒng)、彎沉檢測裝置、荷載發(fā)生裝置及車輛牽引系統(tǒng)等組成。

(2)FWD的工作原理現(xiàn)今處于最先進(jìn)的路面彎沉強(qiáng)度無損檢測設(shè)備，就是車載的FWD彎沉儀，它是將一定重量的重錘，在下落過程中時(shí)，所發(fā)生的沖擊荷載作用，給路面與路基表面帶來的瞬間變形，以此來進(jìn)行測定道路的承受能力。即:通過對運(yùn)動狀態(tài)下的荷載作用產(chǎn)生的彎沉盆及動態(tài)彎沉，便于換算出道路路基與每層材料的彈性，由此以來，更便利于設(shè)計(jì)參數(shù)的使用，而測量的最終結(jié)果，也可以用于評定道路的承載力。

3 對比貝克曼梁彎沉儀與落錘式彎沉儀的異同

(1)地區(qū)的不同，其路面的地質(zhì)也各不相同，因此在實(shí)驗(yàn)之前，應(yīng)當(dāng)選取具有廣泛性的路面路段，來對比這兩種測定方法。先將落錘式彎沉儀測量的動彎沉換算成貝克曼梁測量的回彈彎沉值，選取長度為300～500 m的路段進(jìn)行對比，通過對比發(fā)現(xiàn)彎沉值是具有一定的變化幅度的。因路基的狀況、溫度等相關(guān)因素的不同，所以促使其路面及對比關(guān)系也就不同，為了讓數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性更高，應(yīng)就不同的情況來進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)。本文所選取的是 S221線 K13+680～K14+000路段與S222線K10+000～K10+500路段兩種路段進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)。前者于改建1993年，由于重型交通載具的流量比較大，因此路面由瀝青混凝土面層等結(jié)構(gòu)組成;而后者于1996年進(jìn)行改建，其路面的結(jié)構(gòu)構(gòu)成為天然砂礫底基層、級配礫石基層和瀝青表處(層鋪法)面層。

(2)對比試驗(yàn)的具體步驟

①選用與實(shí)際使用同樣并符合規(guī)定的測定車，并且要保證落錘式彎沉儀的沖擊荷載要跟貝克曼梁彎沉儀測定車后軸的雙輪荷載同步。

②選用油漆標(biāo)出對比路段起點(diǎn)的具體位置。

③依據(jù)規(guī)定選用貝克曼梁進(jìn)行定點(diǎn)，以便測量回彈彎沉，當(dāng)測定車離開后，用粉筆進(jìn)行繪畫，將測點(diǎn)視為該圓的圓心，并以15 cm為半徑進(jìn)行畫圓，明確的標(biāo)注測點(diǎn)的位置。

④將儀器的承載板部位與圓圈進(jìn)行準(zhǔn)確的校對，在保證兩者相對重合時(shí)(位置的偏差要小于30 mm)，兩者針對同一點(diǎn)的測試時(shí)間，其間隔應(yīng)當(dāng)保證在10 min之內(nèi)。

(3)將兩者的結(jié)果進(jìn)行對比。經(jīng)試驗(yàn)的檢測，建立的回歸方程為LB=a+bLFWD，式中的LB與LFWD為貝克曼梁、落錘式彎沉儀測定的彎沉值，回歸方程式的系數(shù)應(yīng)≥0.9。

所測貝克曼梁彎沉數(shù)據(jù)用excel軟件作出線性相關(guān)圖如圖1。

圖1 線性相關(guān)

依據(jù)路段所測定的全部測點(diǎn)彎沉，其標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)、平均值及代表彎沉所建立的回歸方程式為:y=1.009 4x+6.582 1，所得到的相關(guān)系數(shù)R為0.934 4。

所測貝克曼梁彎沉數(shù)據(jù)用excel軟件作出線性相關(guān)圖如圖2。

圖2 線性相關(guān)

根據(jù)以上檢測路段反應(yīng)的所有測點(diǎn)彎沉，建立的回歸方程:y=1.1605x-34.821，相關(guān)系數(shù)R為0.9077。

(4)結(jié)果分析經(jīng)試驗(yàn)之后比對，得到的相關(guān)系數(shù)、關(guān)系式以及回彈彎沉的結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)在相同的地區(qū)路段條件下，路面的材料、土基等條件因素相同時(shí)，兩者測得的數(shù)據(jù)具有良好的關(guān)系。因此當(dāng)在地區(qū)不同的條件下時(shí)，得到兩者之間的關(guān)系，應(yīng)對不同地區(qū)的路面分別進(jìn)行求取并建立方程。

使用落錘式彎沉儀對彎沉進(jìn)行測定時(shí)，所需的注意事項(xiàng)與特點(diǎn)。(1)落錘式彎沉儀自身的特點(diǎn)，在于能夠良好的對現(xiàn)實(shí)生活之中交通載具荷載的模擬，其多點(diǎn)彎沉，所以傳感器精度高。(2)測量速度比較快，自動化程度高。(3)在實(shí)驗(yàn)初期時(shí)，最容易出現(xiàn)掉線的情況，所以當(dāng)早發(fā)現(xiàn)早制止，盡可能的減少從新測定的次數(shù)。(4)在對存在裂縫的路面進(jìn)行勘測時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意盡可能的避免落錘式彎沉儀自身傳感器的落點(diǎn)位置，要保證其位置處于裂縫之處，防止給測定帶來不良影響，以降低數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。(5)適用于路況較好，等級較高的路段。

4 結(jié)束語

評判道路路面的承載力，須經(jīng)過相應(yīng)理論程序與模式的運(yùn)算，而FWD的目的是把所測得的數(shù)據(jù)通過反算，因而得出路面材料的彈性模量。該方法還適用于對路面的使用年限等方面的各種檢查工作。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，相類似的道路檢測設(shè)備與檢測技術(shù)也將會逐漸的成熟，我們有理由相信落錘式彎沉儀，將會在更多的項(xiàng)目施工中得以應(yīng)用。