落錘式彎沉檢測(cè)技術(shù)在市政道路檢測(cè)中的應(yīng)用研究

阮廷輝

（廣東大道檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣東中山 528400）

0 引言

市政道路是城市基礎(chǔ)設(shè)施中至關(guān)重要的組成部分，它們承擔(dān)著大量交通和人員流動(dòng)的壓力。然而，由于長期使用、環(huán)境變化和自然損耗等原因，道路表面可能會(huì)出現(xiàn)彎沉問題，如凹陷、裂縫和坑洼等。這些結(jié)構(gòu)問題不僅影響駕駛者的舒適度和安全性，還對(duì)車輛的操控性能和道路壽命產(chǎn)生不利影響。因此，在市政道路維護(hù)和管理中進(jìn)行定期檢測(cè)和評(píng)估就顯得尤為重要。落錘式彎沉檢測(cè)技術(shù)作為一種常用方法被廣泛應(yīng)用于道路結(jié)構(gòu)評(píng)估中。通過在特定位置上施加沖擊并測(cè)量撓度來判斷道路表面的穩(wěn)定性，并提供及時(shí)修復(fù)或維護(hù)建議。

1 落錘式彎沉檢測(cè)技術(shù)的基本原理

當(dāng)涉及結(jié)構(gòu)的變形和穩(wěn)定性評(píng)估時(shí)，落錘式彎沉檢測(cè)技術(shù)是一種常用的方法。它基于以下基本原理。

（1）沖擊力施加。在待測(cè)結(jié)構(gòu)上施加沖擊力是該技術(shù)的核心步驟之一。采用重錘來產(chǎn)生沖擊力，重錘可以通過釋放或下降方式施加在結(jié)構(gòu)上方[1]。

（2）結(jié)構(gòu)響應(yīng)記錄。傳感器系統(tǒng)被安裝在待測(cè)結(jié)構(gòu)的適當(dāng)位置，以記錄結(jié)構(gòu)對(duì)沖擊力產(chǎn)生的響應(yīng)。傳感器可以包括位移傳感器、傾角儀、加速度計(jì)等。這些傳感器會(huì)捕捉到相應(yīng)引起的物理量變化。

（3）數(shù)據(jù)采集與分析。通過傳感器捕獲到的數(shù)據(jù)，在實(shí)時(shí)或事后進(jìn)行采集和存儲(chǔ)。這些數(shù)據(jù)可以表示為時(shí)間序列或頻域信號(hào)，并且提供關(guān)于結(jié)構(gòu)響應(yīng)特征的信息。

（4）參數(shù)計(jì)算與分析。經(jīng)過數(shù)據(jù)采集后，需要對(duì)獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。根據(jù)不同的測(cè)試需求，可以計(jì)算出相關(guān)參數(shù)，例如位移、撓度、彎曲變形等指標(biāo)。常見的分析方法包括傅里葉變換、濾波和頻譜分析等。

（5）結(jié)果解讀與評(píng)估。根據(jù)參數(shù)計(jì)算和分析的結(jié)果，對(duì)結(jié)構(gòu)的變形和穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估。這些結(jié)果可以與設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)或基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，以確定結(jié)構(gòu)是否滿足安全要求。

2 落錘式彎沉檢測(cè)技術(shù)在市政道路檢測(cè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

當(dāng)涉及市政道路檢測(cè)時(shí)，落錘式彎沉檢測(cè)技術(shù)具有以下應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

（1）非破壞性測(cè)試。與傳統(tǒng)的方法相比，如核心鉆孔或現(xiàn)場(chǎng)加載試驗(yàn)，落錘式彎沉檢測(cè)技術(shù)是一種非破壞性的測(cè)試方法。它不需要對(duì)道路進(jìn)行切割或取樣，減少了對(duì)道路使用的干擾，并節(jié)省了時(shí)間和成本。

（2）快速高效。該技術(shù)能夠快速施加沖擊力并記錄結(jié)構(gòu)響應(yīng)。數(shù)據(jù)采集和分析通常耗時(shí)較短，因此可以在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)完成整個(gè)測(cè)試過程。這使得它特別適合于大面積道路網(wǎng)絡(luò)的快速檢測(cè)。

（3）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。落錘式彎沉檢測(cè)技術(shù)提供了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力，即可以即時(shí)獲取到結(jié)構(gòu)響應(yīng)信息。這使得工程師或監(jiān)督人員能夠及時(shí)獲知道路變形情況，并根據(jù)需要采取必要的維修措施[2]。

（4）大范圍覆蓋。市政道路網(wǎng)絡(luò)通常涵蓋廣泛的區(qū)域。由于落錘式彎沉檢測(cè)技術(shù)具備移動(dòng)性和便攜性，可以在不同位置和道路段進(jìn)行測(cè)試。這使得它能夠有效地覆蓋整個(gè)道路網(wǎng)絡(luò)，并提供全面的結(jié)構(gòu)變形信息。

（5）準(zhǔn)確可靠。該技術(shù)利用傳感器系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以計(jì)算出準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如撓度、彎曲變形等。這些結(jié)果反映了道路的實(shí)際狀況，并為后續(xù)工程決策提供可靠依據(jù)。

（6）安全評(píng)估。落錘式彎沉檢測(cè)技術(shù)能夠?qū)Φ缆方Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估。通過分析獲得的參數(shù)數(shù)據(jù)，可以判斷道路是否存在安全隱患或需要維修加固。這有助于保障行車安全并延長道路使用壽命。

落錘式彎沉檢測(cè)技術(shù)在市政道路檢測(cè)中具有非破壞性、快速高效、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、大范圍覆蓋、準(zhǔn)確可靠和安全評(píng)估等優(yōu)勢(shì)。它是一種重要的工具，用于幫助城市管理部門及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決道路結(jié)構(gòu)問題，以保證交通安全和基礎(chǔ)設(shè)施可靠性。

3 落錘式彎沉檢測(cè)技術(shù)在市政道路檢測(cè)中的應(yīng)用策略

3.1 工程概況

案例工程為某市內(nèi)部道路，長度為5.788km，寬度為4m。為保證交通安全，相關(guān)管理人員選擇使用落錘式彎沉檢測(cè)技術(shù)對(duì)道路的結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)。技術(shù)人員在每塊水泥板上設(shè)置2 個(gè)測(cè)試點(diǎn)位，現(xiàn)場(chǎng)水泥板每5m 設(shè)置預(yù)裂縫，共設(shè)置2316 個(gè)測(cè)試點(diǎn)，采用型號(hào)為JGFWD-200 落錘彎沉儀。

3.2 設(shè)置測(cè)試儀器

在市政道路檢測(cè)中使用落錘式彎沉檢測(cè)技術(shù)，需要進(jìn)行以下步驟來設(shè)置測(cè)試儀器。

（1）選擇合適的測(cè)試儀器。選擇適用于落錘式彎沉檢測(cè)的測(cè)試儀器。這些儀器通常包括一個(gè)沖擊裝置（如落錘）和一個(gè)振動(dòng)傳感器（如加速度計(jì)或位移傳感器）。確保選購的設(shè)備符合實(shí)際檢測(cè)需求，并具備高精度、穩(wěn)定性和可靠性。

（2）安裝傳感器。根據(jù)測(cè)試要求，在道路表面或結(jié)構(gòu)物上安裝振動(dòng)傳感器。一般情況下，傳感器會(huì)被固定在特定位置，并與地面或結(jié)構(gòu)緊密接觸以保證有效信號(hào)采集[3]。

（3）設(shè)置數(shù)據(jù)記錄參數(shù)。根據(jù)具體的測(cè)試需求，設(shè)置數(shù)據(jù)記錄參數(shù)。這包括采樣頻率、采樣時(shí)長等。確保設(shè)置的參數(shù)能滿足所需的數(shù)據(jù)精度和信號(hào)分析要求。

（4）校準(zhǔn)系統(tǒng)。對(duì)測(cè)試儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保得到準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)。校準(zhǔn)可以通過專業(yè)機(jī)構(gòu)或參考標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程進(jìn)行。

（5）進(jìn)行試驗(yàn)前準(zhǔn)備。在進(jìn)行實(shí)際測(cè)試之前，需要做好試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作。這包括清理測(cè)試區(qū)域，確保測(cè)試環(huán)境的穩(wěn)定性和安全性。

（6）進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。使用落錘或沖擊裝置對(duì)道路表面進(jìn)行沖擊。通常，沖擊力可以通過控制落錘的質(zhì)量和下降高度來調(diào)節(jié)。

3.3 施加沖擊力

（1）選擇合適的沖擊荷載。案例工程使用設(shè)備可產(chǎn)生的沖擊荷載范圍0～90kN，如無特殊需要，重錘的質(zhì)量為（200±10）kg，產(chǎn)生（50±2.5）kN 的沖擊荷載。

（2）確定沖擊點(diǎn)位。根據(jù)需要測(cè)試的區(qū)域和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在道路表面確定沖擊點(diǎn)位。這些點(diǎn)位可以是不同位置、不同距離或具有特殊結(jié)構(gòu)特征的地方。

（3）準(zhǔn)備測(cè)試區(qū)域。在進(jìn)行實(shí)際測(cè)試之前，需要準(zhǔn)備好測(cè)試區(qū)域。這包括清理工作，確保測(cè)試區(qū)域沒有障礙物，并且平整穩(wěn)定[4]。

（4）安裝沖擊裝置。將落錘固定在柄上，并確保柄與落錘連接緊密可靠。并調(diào)節(jié)沖擊力，根據(jù)具體要求和試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，調(diào)節(jié)沖擊力大小。沖擊力可以通過控制落錘質(zhì)量和下降高度來實(shí)現(xiàn)。一般情況下，較大質(zhì)量和更高高度會(huì)產(chǎn)生更大的沖擊力。

（5）控制沖擊位置和頻率。根據(jù)測(cè)試計(jì)劃，控制沖擊的位置和頻率。可以按照固定的間距依次在不同點(diǎn)位進(jìn)行沖擊，或者根據(jù)需要選擇特定的沖擊點(diǎn)位。

（6）進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。將落錘從一定高度自由下落，使其與道路表面產(chǎn)生沖擊。確保在每個(gè)點(diǎn)位上重復(fù)多次以獲得可靠的數(shù)據(jù)。

（7）數(shù)據(jù)采集與記錄。在進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)，振動(dòng)傳感器會(huì)采集到結(jié)構(gòu)物的響應(yīng)信號(hào)。測(cè)試儀器會(huì)將這些信號(hào)數(shù)據(jù)記錄下來供后續(xù)分析使用。

需要注意的是，在施加沖擊力時(shí)要遵循安全操作規(guī)程，并確保周圍人員不受傷害。此外，在設(shè)計(jì)測(cè)試方案時(shí)，應(yīng)考慮到測(cè)試區(qū)域的特殊需求或限制條件，并合理確定落錘的質(zhì)量、高度和頻率等參數(shù)。

3.4 結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算及分析

案例工程道路類型為剛性路面，落錘質(zhì)量：200kg，彎曲撓度測(cè)量位置：距離落錘中心點(diǎn)0.25m 處。

3.4.1 撓度計(jì)算

式中：δ——撓度；w——施加到道路上的沖擊力；L——道路寬度；E——材料的彈性模量；I——截面慣性矩。

施加到道路上的沖擊力w=1960N，道路寬度L=4m，水泥材料的彈性模量假設(shè)為40GPa，截面慣性矩假設(shè)為0.00000127m4（水泥板寬度取值4m，長度取值5m，厚度取值22mm）。撓度δ=（5×1960×44）/（384×40×109×0.00000127）=0.128608924mm≈0.128m。。

3.4.2 回彈模量計(jì)算

根據(jù)落錘式彎沉檢測(cè)的原理來計(jì)算回彈模量?；貜椖Ａ浚‥）是一種描述材料剛度或彈性特性的指標(biāo)。其估算如式（2）所示。

式中：E——回彈模量，MPa；m——落錘的質(zhì)量，kg；g——重力加速度（取值為9.8m/s）；h——落錘自由下落的垂直高度，m；δ——最大撓度，m，根據(jù)上節(jié)計(jì)算取值為0.128m。

已知案例工程中水泥板的寬度為4m，假設(shè)長度為5m，厚度為22mm（取值為22mm）（水泥密度按照1440kg/m3取值），則每塊水泥板的質(zhì)量為633.6kg。將落錘質(zhì)量200kg，最大撓度為7.548mm，落錘質(zhì)量為200kg，落錘下降高度為0.25m，代入式（2）：E=（mgh）/δ=（200kg×9.8m/s2×0.25m）/0.128≈3828.125MPa。

完成計(jì)算后，可以對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析?；貜椖Ａ看砹说缆凡牧系膭偠群蛷椥孕阅?。較高的回彈模量通常表示道路材料更為堅(jiān)硬和剛性，結(jié)構(gòu)不存在問題。通過與相似類型的道路或設(shè)計(jì)要求進(jìn)行比較，可以評(píng)估測(cè)得的回彈模量滿足預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。

3.5 降低環(huán)境影響

（1）控制測(cè)試時(shí)間。選擇合適的測(cè)試時(shí)間段進(jìn)行檢測(cè)。避免在惡劣天氣條件下進(jìn)行測(cè)試，如大雨、大風(fēng)或極端溫度等情況。盡量選擇氣候穩(wěn)定、無明顯自然干擾的時(shí)段[5]。

（2）考慮環(huán)境因素。記錄并監(jiān)測(cè)測(cè)試過程中的環(huán)境因素，例如溫度、濕度和風(fēng)力等。在數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析時(shí)，對(duì)這些因素進(jìn)行校正或修正，以減小其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

（3）設(shè)備保護(hù)。確保彎沉測(cè)試儀器和設(shè)備處于良好狀態(tài)，并采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施來減少外部環(huán)境對(duì)設(shè)備造成的損壞或影響。例如，使用防水罩保護(hù)設(shè)備在雨水中工作，使用風(fēng)擋屏隔離儀器免受強(qiáng)風(fēng)干擾等。

（4）定位傳感器優(yōu)化。正確安裝和定位傳感器是關(guān)鍵步驟之一。確保傳感器與被測(cè)點(diǎn)之間沒有空隙，并嚴(yán)密固定傳感器以減少外部振動(dòng)或干擾對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。如果可能，可以考慮使用抗震技術(shù)來降低地面振動(dòng)對(duì)測(cè)試的影響。

（5）數(shù)據(jù)處理和分析。在數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析過程中，采用適當(dāng)?shù)乃惴ê托Ｕ椒▉砼懦h(huán)境因素引起的誤差。通過記錄環(huán)境條件并與測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，可以更好地理解環(huán)境因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，并進(jìn)行相應(yīng)的修正。

（6）校準(zhǔn)和維護(hù)。定期進(jìn)行儀器的校準(zhǔn)和維護(hù)工作是保證測(cè)試精度和可靠性的重要措施。遵循制造商提供的操作手冊(cè)和建議，及時(shí)校準(zhǔn)設(shè)備并檢查故障或損壞部件。維護(hù)良好的儀器狀態(tài)有助于降低環(huán)境影響帶來的測(cè)試誤差。

（7）多次測(cè)試取平均值。為了增加數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，可以進(jìn)行多次測(cè)試并取平均值。這樣可以降低單次測(cè)試中環(huán)境因素產(chǎn)生的隨機(jī)誤差對(duì)最終結(jié)果所造成的影響。同時(shí)在測(cè)試過程中，盡量避免不必要的人為干擾，如人員或車輛的頻繁通過、施工活動(dòng)等。這些干擾可能會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生額外的變異性和誤差。

3.6 保證測(cè)試的全面性

（1）多點(diǎn)采集數(shù)據(jù)。在每個(gè)測(cè)試位置上進(jìn)行多次數(shù)據(jù)采集，以獲取更準(zhǔn)確和可靠的結(jié)果。通過重復(fù)測(cè)試并計(jì)算平均值來減小因環(huán)境變化或操作誤差引起的偏差。同時(shí)，在整個(gè)路段上選擇多個(gè)代表性點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，以獲取更全面的數(shù)據(jù)覆蓋。

（2）量化分析指標(biāo)。除了彎曲撓度外，還應(yīng)考慮其他相關(guān)指標(biāo)來評(píng)估道路質(zhì)量。例如，可以將縱向坡度、橫向坡度以及縱橫向不平整度等指標(biāo)納入分析。通過綜合考慮這些指標(biāo)，可以更全面地評(píng)估道路的結(jié)構(gòu)狀況和安全性。

（3）結(jié)合其他測(cè)試方法。落錘式彎沉檢測(cè)技術(shù)作為一種補(bǔ)充手段，應(yīng)與其他道路檢測(cè)方法相結(jié)合，如無損檢測(cè)技術(shù)（如地面雷達(dá)、紅外成像）和視覺檢查等。多種測(cè)試方法的綜合應(yīng)用可以提供更全面的道路信息，并增加對(duì)道路結(jié)構(gòu)問題的準(zhǔn)確性和可靠性評(píng)估。

（4）數(shù)據(jù)解釋與比較。在數(shù)據(jù)處理過程中，將落錘式彎沉測(cè)試結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)規(guī)范或基準(zhǔn)值進(jìn)行比較。通過與參考值進(jìn)行對(duì)比和分析，可以更好地了解道路結(jié)構(gòu)變化情況，并判斷是否存在異?；蛐柽M(jìn)一步調(diào)查的區(qū)域。

（5）定期監(jiān)測(cè)。市政道路是一個(gè)動(dòng)態(tài)體系，在時(shí)間推移中會(huì)發(fā)生變化。因此，定期監(jiān)測(cè)是保證全面性的重要手段。建立長期監(jiān)測(cè)計(jì)劃，周期性地對(duì)道路進(jìn)行檢測(cè)，并記錄數(shù)據(jù)以供后續(xù)比較和分析。

4 結(jié)語

綜上所述，落錘式彎沉檢測(cè)技術(shù)具有高精度和實(shí)時(shí)性的優(yōu)勢(shì)，可以準(zhǔn)確測(cè)量市政道路的變形情況。這為城市規(guī)劃者和道路維護(hù)人員提供了寶貴的信息，使他們能夠及時(shí)采取必要的維修和改進(jìn)措施，以確保道路的安全性和可持續(xù)性。還顯示出了較低的成本和使用便利性。同時(shí)，也認(rèn)識(shí)到落錘式彎沉檢測(cè)技術(shù)在某些方面仍存在局限性。例如，在特殊地形或惡劣環(huán)境條件下，可能會(huì)受到干擾或誤差。因此，建議在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)這些因素進(jìn)行更加全面的考慮，并結(jié)合其他測(cè)量方法進(jìn)行綜合分析。本文為落錘式彎沉檢測(cè)技術(shù)在市政道路檢測(cè)中的應(yīng)用提供了有力的支持和驗(yàn)證。相信隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和改進(jìn)，該技術(shù)將在城市道路管理和維護(hù)領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用，為建設(shè)安全、高效的城市交通環(huán)境做出貢獻(xiàn)。