喬 兵 張?jiān)蒲?/p>

（駐馬店市公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院 河南 駐馬店 463000）

落錘式彎沉儀 (Falling Weight Deflectometer,FWD)是目前國(guó)際上最先進(jìn)的路面彎沉檢測(cè)設(shè)備，它具有無(wú)破損、測(cè)速快、精度高等優(yōu)點(diǎn)，并很好地模擬了行車(chē)荷載作用，檢測(cè)結(jié)果為彎沉盆數(shù)據(jù)，因此在國(guó)際上的應(yīng)用也日益廣泛。其應(yīng)用范圍主要是在路面養(yǎng)護(hù)管理方面及后續(xù)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 落錘式彎沉儀的工作原理

落錘式彎沉儀通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制下的液壓系統(tǒng)啟動(dòng)落錘裝置，使一定質(zhì)量的落錘從一定高度自由落下，沖擊力作用于承載板上并傳遞到路面，從而對(duì)路面施加脈沖荷載，導(dǎo)致路面表面產(chǎn)生瞬時(shí)變形，分布于距測(cè)點(diǎn)不同距離的傳感器檢測(cè)結(jié)構(gòu)層表面的變形，記錄系統(tǒng)將信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)，即測(cè)定在動(dòng)態(tài)荷載作用下產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)彎沉及彎沉盆。測(cè)試數(shù)據(jù)可用于反算路面結(jié)構(gòu)層模量，從而比較科學(xué)地評(píng)價(jià)路面的承載能力。

2 與常規(guī)檢測(cè)手段的比較

2.1 常規(guī)檢測(cè)方法我國(guó)現(xiàn)行的路面彎沉常規(guī)檢測(cè)手段采用的是貝克曼梁法，基本原理是杠桿原理。在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下，路基或路面表面輪隙位置產(chǎn)生的垂直變形值（回彈彎沉），利用黃河載重汽車(chē)加載，人工讀取百分表的讀數(shù)，以此來(lái)測(cè)量路基或路面表面的回彈彎沉值。存在主要問(wèn)題有：

（1）以人工操作為主，工作強(qiáng)度大，效率低，可靠性差；

（2）支點(diǎn)變形，影響檢測(cè)結(jié)果，對(duì)支點(diǎn)變形的修正很難測(cè)準(zhǔn)；

（3）僅測(cè)得靜態(tài)汽車(chē)荷載作用下路基路面單點(diǎn)（最大）回彈彎沉值；

（4）沒(méi)有反映路面結(jié)構(gòu)在行車(chē)荷載作用下的動(dòng)力特性和整個(gè)彎沉盆形狀；

（5）不適用于對(duì)路網(wǎng)進(jìn)行大范圍長(zhǎng)期跟蹤觀(guān)測(cè)。

2.2 高效檢測(cè)方法

（1）數(shù)據(jù)采集傳輸通過(guò)高精度傳感器完成，路面結(jié)構(gòu)不同，彎沉盆半徑亦不同。路基或柔性基層瀝青路面?zhèn)鞲衅鞣植荚诰嗪奢d中心2.5米范圍內(nèi)即可。目前，我國(guó)高等級(jí)公路大多采用半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)，彎沉影響半徑已達(dá)3－5米，傳感器分布范圍應(yīng)布置在距荷載中心3－4米范圍內(nèi)，以量測(cè)路面彎沉盆形狀；

（2）FWD主要的技術(shù)特點(diǎn)是測(cè)速快（每測(cè)點(diǎn)約40多秒），精度高（分辯率為1微米），并較好地模擬了實(shí)地行車(chē)荷載對(duì)路面的動(dòng)力作用，能根據(jù)上一錘荷載和壓強(qiáng)數(shù)值自動(dòng)調(diào)整下一錘的荷載，向設(shè)定荷載逼近，從而能準(zhǔn)確地測(cè)定較完整的彎沉盆信息。

（3）操作方式為計(jì)算機(jī)控制下的自動(dòng)量測(cè)，所有測(cè)試數(shù)據(jù)均可顯示在屏幕上或打印出來(lái)或存儲(chǔ)在軟盤(pán)上。可輸出作用荷載、彎沉（盆）、路表溫度及測(cè)點(diǎn)間距等?？纱蛴澇疗骄?、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)及代表彎沉值等數(shù)據(jù)。

3 落錘式彎沉儀與貝克曼梁的相關(guān)性

落錘式彎沉儀（FWD）所測(cè)的彎沉為動(dòng)態(tài)總彎沉，與貝克曼梁所測(cè)的靜態(tài)回彈彎沉不同?？赏ㄟ^(guò)對(duì)比試驗(yàn)得到兩者之間的相關(guān)關(guān)系，并據(jù)此將落錘式彎沉儀測(cè)定的動(dòng)態(tài)彎沉換算成貝克曼梁測(cè)定的靜態(tài)回彈彎沉值。

3.1 路段的選擇選擇結(jié)構(gòu)類(lèi)型完全相同的路段，針對(duì)不同地區(qū)選擇某種路面結(jié)構(gòu)代表性路段，進(jìn)行兩種測(cè)定方法的對(duì)比試驗(yàn)，選擇對(duì)比路段的長(zhǎng)度理論上應(yīng)是越長(zhǎng)越好，但在實(shí)際應(yīng)用中，每種相同結(jié)構(gòu)、每次對(duì)比試驗(yàn)不應(yīng)少于50個(gè)測(cè)試點(diǎn)，彎沉值應(yīng)有一定的變化幅度。

3.2 根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算兩者間相關(guān)關(guān)系；我們?cè)贕107國(guó)道西平段進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，以65個(gè)實(shí)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行回歸分析，求出回歸參數(shù)R2=0.9801后，得出相關(guān)性方程為L(zhǎng)B=1.0956*LFWD-63.488（式中LB、LFWD分別為貝克曼梁、落錘式彎沉儀測(cè)量的彎沉值）。對(duì)比試驗(yàn)彎沉分布以及FWD與貝克曼梁檢測(cè)的相關(guān)分析FWD與貝克曼梁的測(cè)試結(jié)果具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，F(xiàn)WD測(cè)得的彎沉值越大，貝克曼梁測(cè)得的彎沉值也越大，反之亦然，兩種檢測(cè)結(jié)果也很接近。但FWD測(cè)試精度遠(yuǎn)高于貝克曼。

兩種方法存在良好的相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)R達(dá)到99%。如果對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果相關(guān)性較差，應(yīng)對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析比較，以確定合理檢測(cè)方案?？梢?jiàn)在工程檢測(cè)中，完全可以根據(jù)實(shí)際情況選擇一種檢測(cè)方法，而不必對(duì)于每個(gè)路段檢測(cè)時(shí)均需進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

4 在工程檢測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用

利用FWD能夠快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)和評(píng)價(jià)路面各結(jié)構(gòu)層或路基的強(qiáng)度，在施工過(guò)程中通過(guò)逐層檢測(cè)和結(jié)構(gòu)層的模量反算可及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量隱患，并迅速采取處理措施，從而在根本上控制了工程質(zhì)量。

4.1 施工過(guò)程控制檢測(cè)實(shí)例某段公路路基工程施工結(jié)束并經(jīng)檢測(cè)交工后，轉(zhuǎn)入路面底基層施工，該段路面結(jié)構(gòu)底基層為厚度15cm、8%的石灰土。在底基層施工結(jié)束后，我們利用DynatestFWD對(duì)該層進(jìn)行了彎沉檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)其中400m路段底基層頂面彎沉值較大，通過(guò)采集的彎沉盆資料進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)層模量反算，反算結(jié)果顯示底基層的模量值極不均勻且數(shù)值大部分比土基模量值小。根據(jù)路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)模量值自上而下遞減的規(guī)律，判定該層施工質(zhì)量存在問(wèn)題。建設(shè)單位據(jù)此檢測(cè)結(jié)果及時(shí)責(zé)令施工單位進(jìn)行返工，杜絕了質(zhì)量隱患，避免了不良的社會(huì)影響和更大的經(jīng)濟(jì)損失。

4.2 交（竣）工驗(yàn)收檢測(cè)利用FWD可以對(duì)新（改）建公路的路基、路面綜合承載能力進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)定，為工程的交（竣）工驗(yàn)收提供數(shù)據(jù)資料和評(píng)定質(zhì)量等級(jí)的依據(jù)。根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)已竣工的路面進(jìn)行彎沉檢測(cè)，采集全線(xiàn)路面彎沉（盆）信息資料，根據(jù)路面彎沉資料，分標(biāo)段對(duì)路基路面的綜合承載能力、施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定。

5 總結(jié)

通過(guò)本文分析，可以得出如下結(jié)論：

5.1 FWD與貝克曼梁的測(cè)試結(jié)果具有良好的相關(guān)性，工程檢測(cè)中可任選一種方法，在正常情況下，不必每次測(cè)試都進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

5.2 由于FWD測(cè)試消除了認(rèn)為讀表誤差、氣壓隨氣溫變化產(chǎn)生誤差等多種因素的影響，加之位移傳感器精度高，故其測(cè)試結(jié)果具有較高的精度，其測(cè)試數(shù)據(jù)可用于路面結(jié)構(gòu)的模量反算，以此用于對(duì)各層質(zhì)量進(jìn)行分析。