FWD落錘式彎沉儀在道路檢測中的運用研究

謝榮輝

摘要：FWD落錘式彎沉儀是目前國際上最先進的彎沉檢測無損檢測設(shè)備之一，具有檢測速度快、適應(yīng)多變交通環(huán)境的特點，在目前自動化檢測和路面交通安全復(fù)雜環(huán)境下其比傳統(tǒng)貝克曼梁彎沉檢測有著較大的優(yōu)勢。本文系統(tǒng)全面地介紹了該設(shè)備的工作原理、檢定方法及其在道路彎沉檢測中的操作要點。

【關(guān)鍵詞】落錘式彎沉儀;彎沉檢測;運用研究

路面彎沉是我國柔性路面強度測量的一項重要指標，是表征公路路基路面承受整體強度的主要參數(shù)。彎沉的定義一般是指路基或路面表面在規(guī)定標準車的荷載作用下輪隙位置產(chǎn)生的垂直回彈變形值（回彈彎沉）或總垂直變形值（總彎沉）， 以0.01mm 為單位。常用的檢測方法有：貝克曼梁法、FWD落錘式彎沉儀法、自動彎沉儀法、激光彎沉測定儀法。本文以我中心購買的Dynatest8002 FWD落錘式彎沉儀為列，著重分析了落錘式彎沉儀的測試原理、檢定方法、與貝克曼梁法檢測結(jié)果的對比及在道路檢測中的操作要點。

1.FWD落錘式彎沉儀測試原理

1.1Dynatest 8002 FWD落錘式彎沉儀的主要組成

由荷載發(fā)生裝置（包括落錘、承載板）、彎沉檢測裝置（包括彎沉傳感器、線路及信號處理元件）組成。

1.2FWD落錘式彎沉儀的工作原理

Dynatest 8002 FWD落錘式彎沉儀的工作原理是通過計算機系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)啟動落錘裝置，使一定質(zhì)量的落錘從一定高度自由落下，沖擊力作用于路面，使路面表面產(chǎn)生瞬間變形，分布在距測點間不同距離的多個傳感器檢測結(jié)構(gòu)層表面的變形，即測定在動態(tài)荷載作用下產(chǎn)生的動態(tài)彎沉及彎沉盆。荷載的大小通過改變錘重的提升高度調(diào)整。

1.3FWD落錘式彎沉儀測試系統(tǒng)技術(shù)要點

根據(jù)使用要求， 對測試系統(tǒng)確定了如下技術(shù)要求：

（1）荷載范圍：7-120KN。

（2）位移傳感器分辨力： 1微米。

（3）荷載盤直徑 30cm或45cm。

（4）位移傳感器數(shù)量9 個。

（5）脈沖荷載形態(tài)： 近似半正弦波， 脈沖荷載寬度25-30ms。

2.FWD落錘式彎沉儀的優(yōu)點

與傳統(tǒng)貝克曼梁彎沉檢測對比FWD落錘式彎沉儀主要有以下優(yōu)點。

（1）落錘式彎沉儀具有檢測速度快、適應(yīng)多變交通環(huán)境的特點。

（2）檢測結(jié)果實時記錄在系統(tǒng)軟件中，更加準確、客觀。

（3）在測試車操作室即可完成測試，相比檢測人員站在路面現(xiàn)場操作更加安全。

3.FWD落錘式彎沉儀的計量檢定方法及性能要求

3.1荷載準確性

（1）在符合規(guī)定的路面上放置標準荷載傳感器，連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并使承載板位于標準傳感器的正上方，3次穩(wěn)定落錘后進行第1組不同高度的重復(fù)落錘試驗，選擇4個落錘高度，其最低落錘高度為總高度的20% ～40% ，最高落錘高度應(yīng)大于總高度的60%，每個高度都進行10次重復(fù)落錘試驗。通過標準傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和落錘式彎沉儀操作系統(tǒng)分別記錄標準荷載傳感器和落錘式彎沉儀荷載傳感器的測值，按下式計算第一組試驗得出的荷載傳感器修正系數(shù)：a=F/Ffwd，式中：a--線性回歸系數(shù)，即第1組試驗得出的荷載傳感器修正系數(shù);F-標準荷載傳感器測值 ，單位為千牛（kN）;Ffwd-落錘式彎沉儀荷載傳感器測值，單位為千牛（kN）。（2）進行第2組平行試驗。兩組試驗得出的修正系數(shù)之差不大于0.003，則取兩組試驗的平均值為荷載傳感器修正系數(shù)。（3）如兩組試驗得的荷載傳感器修正系數(shù)之差大于0.003 ，則再進行1次平行試驗。如3組試驗所得修正系數(shù)的標準差不大于0.003，，則取3組試驗的平均值荷載測試結(jié)果與標準荷載傳感器結(jié)果比較，允許誤差為土2% ，即荷載傳感器修正系數(shù)在0.980 ～1.020;分辨力0.1kN。

3.2荷載重復(fù)性

對同-測試點同-高度進行連續(xù)10次重復(fù)落錘測試，計算平均值和標準差，落錘式彎沉儀荷載傳感器測值的荷載標準差不大于均值的2% +0. 2kN。

3.3彎沉準確性

落錘式彎沉儀彎沉測試結(jié)果與標準位移傳感器測試結(jié)果進行比較，允許誤差為 1土2% ，即彎沉傳感器修正系數(shù)在0.980 ～1.020之間;分辨力1微米。

3.4彎沉重復(fù)性

對同一測試點同一高度進行連續(xù)40次重復(fù)彎沉測試，落錘式彎沉儀彎沉傳感器測值的彎沉值標準差應(yīng)不大于3微米。

4.FWD落錘式彎沉儀與貝克曼梁彎沉儀的對比試驗

目前我國路面設(shè)計和檢測均以貝克曼梁回彈彎沉值為標準， FWD落錘式彎沉儀檢定合格后，還要求FWD 落錘式彎沉儀測試值應(yīng)根據(jù)對比試驗換算成貝克曼梁測試值， 并且回歸方程式相關(guān)系數(shù)R不得小于0. 95。

為了測定Dynatest8002 FWD 與貝克曼梁之間的相關(guān)性， 我們對廣東省仁化（湘粵界）至博羅公路新豐至博羅段LM6標K460+000～K460+600段路面進行了FWD落錘式彎沉儀和貝克曼梁2 種不同方法的彎沉測試，該路段采用倒樁路面結(jié)構(gòu)，彎沉值有一定的變化幅度。FWD落錘式彎沉儀測試間距取20 m， 荷載為0.7MPa， 在同一測點錘擊3 次，取后2 點測定結(jié)果的平均值作為該測點的實測彎沉值， 與貝克曼梁法的測值作對比分析。以30 個實測值進行線性回歸分析（ 見表1、圖1）。

5.FWD落錘式彎沉儀實際測試過程中的測試要點及注意事項

5.1 測試前準備

（1）檢查測試系統(tǒng)各傳感器，調(diào)整落錘的質(zhì)量及落高，使落錘的質(zhì)量及產(chǎn)生的沖擊荷載符合規(guī)范要求。（2）檢查測試車輪輪胎氣壓，應(yīng)達到車輛輪胎規(guī)定的標準氣壓，車胎應(yīng)清潔，不得黏附雜物。（3）根據(jù)設(shè)備操作手冊進行安裝，確保緊固裝置安裝牢固。（4）打開系統(tǒng)電源，打開控制開關(guān)，打開前后保險裝置，檢查各部件的工作狀態(tài)。

5.2 測試步驟

（1）測試開始后，使承載板中心位置對準測點，導(dǎo)入路面溫度。（2）點擊開始檢測，輸入測點位置，承載板與傳感器自動落下后，落錘瞬間自由落下，沖擊力作用于承載板上，再提升至原來的位置，同時各個傳感器自動檢測結(jié)構(gòu)層表面變形，采集系統(tǒng)將位移信號傳入計算機，得到峰值，即為路面彎沉值，同時得到彎沉盆。每一測點重復(fù)測定不少于3次，舍棄第1個測定值，取后2次測定值的平均值作為測定值。（3）測點測試完成后，系統(tǒng)自動提起承載板及傳感器，完全提起后，牽引車向前移動至下一個測點，重復(fù)上述步驟，進行測定。（4）測試完成后，關(guān)閉測試軟件，測試數(shù)據(jù)自動保存，檢查測試數(shù)據(jù)完整性。（5）關(guān)閉測試系統(tǒng)，卸壓并關(guān)上保險裝置，結(jié)束測試。

5.3注意事項

（1）開始測試前要對現(xiàn)場交通情況進行調(diào)查，充分了解交通狀況，在檢測路段必須放置警示標志，以保證設(shè)備及人員的安全。（2）測點測試完成后，須確保承載板與傳感器完全升起，牽引車才可繼續(xù)前行。（3）測試完成后，須進行卸壓并確保前后兩個保險裝置都處于關(guān)閉狀態(tài)。

6.結(jié)束語

FWD落錘式彎沉儀是目前國際上最先進的彎沉檢測無損檢測設(shè)備之一，具有檢測速度快、適應(yīng)多變交通環(huán)境的特點，在目前自動化檢測和路面交通安全復(fù)雜環(huán)境下其比傳統(tǒng)貝克曼梁彎沉檢測有著較大的優(yōu)勢。檢測過程中應(yīng)充分了解其檢測原理，掌握其技術(shù)要求、操作要點及注意事項，得到準確可靠的檢測數(shù)據(jù)。

【參考文獻】

[1]吳勇.落錘式彎沉儀在道路檢測中的應(yīng)用[J].江西建材，2016（18）：153.

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