PFWD評定路基彎沉

岳建成，彭海波

(哈爾濱利民建設(shè)工程質(zhì)量檢測公司)

彎沉檢測與分析是道路承載力評估的基礎(chǔ)。而現(xiàn)有的檢測方式都存在各自的問題。因此，迫切需要一種快速、準(zhǔn)確、高效的檢測儀器，而手持式落錘彎沉儀(Portable Falling Weight Deflectometer簡稱PFWD)的出現(xiàn)適應(yīng)了這一要求。

上世紀(jì)70年代歐洲出現(xiàn)落錘式彎沉儀(Falling Weight Deflectometer簡稱FWD)后，F(xiàn)WD就以其高效、準(zhǔn)確、可靠等特點逐漸被許多國家所接受。1988年，研究人員依托美國SHRP計劃利用FWD對美國及加拿大的路面進行了長期的跟蹤檢測和使用性能研究，總結(jié)出了一套適用于FWD的新的道路評價體系。作為一種新的無損檢測的設(shè)備，F(xiàn)WD使得道路養(yǎng)護人員可以在道路內(nèi)部破壞的早期就及時發(fā)現(xiàn)病害，及時排除因路面下積水、空洞、脫空等病害，同時還能夠?qū)λ嗷炷谅访娼涌p的傳荷能力、路基路面強度及均勻性進行評價。但FWD造價較高，并且在交通不便的地區(qū)，難以發(fā)揮其應(yīng)有的功能。而與之相比，便攜式落錘彎沉儀作為一種用于確定路基和地基承載能力的新的檢測設(shè)備，其的優(yōu)點更為明顯:PFWD成本低、攜帶方便、檢測速度快。

由于FWD存在價格昂貴、在交通不便地區(qū)難以發(fā)揮其應(yīng)有的功能等缺點，在上世紀(jì)80年代末，首先于法國出現(xiàn)了攜帶方便的PFWD。由于其攜帶方便、成本較低、檢測速度快、測值穩(wěn)定等特點，在國際上得到了廣泛地應(yīng)用。同時，研究人員對PFWD與其它檢測方式之間的聯(lián)系進行了研究。

美國JA Siekmeier等人通過對明尼蘇達(dá)州部分道路大規(guī)模檢測，比較了PFWD與動力式圓錐貫入儀之間的關(guān)系。通過二者的對比試驗并通過現(xiàn)場取芯發(fā)現(xiàn):(1)PFWD與動力式圓錐貫入儀之間有良好的關(guān)系;(2)PFWD測得的現(xiàn)場回彈模量與實驗室所測得的真實回彈模量值之間有一定的關(guān)系，但是并不明顯。

B.C.Steinert等人利用PFWD對道路進行長時間的檢測，檢測結(jié)果表明:(1)PFWD能夠較好的反應(yīng)路基強度隨季節(jié)變化的規(guī)律;(2)通過級配碎石基層檢測到的結(jié)果表明PFWD與FWD之間存在著良好的關(guān)系。

而韓國Jong Ryeol Kim等人則利用PFWD測量地基的動態(tài)回彈模量，尋找其與路基土動態(tài)反應(yīng)模量之間的關(guān)系。并通過改變落錘高度與落錘重量研究動態(tài)模量的檢測值的變化規(guī)律。

由于我國目前的規(guī)范規(guī)定的評價標(biāo)準(zhǔn)是建立在貝克曼梁測試的基礎(chǔ)上的，并且已經(jīng)擁有了大量的檢測數(shù)據(jù)，故國內(nèi)較多學(xué)者研究FWD及PFWD與傳統(tǒng)的檢測方法之間的關(guān)系。如鄭州大學(xué)徐平等人通過對太(原)澳(門)公路的實地檢測對比，指出FWD的測量值與貝克曼梁彎沉測試結(jié)果之間有著較好的線性關(guān)系;宋煥宇等人通過對FWD與貝克曼梁之間的關(guān)系研究過程指出，相隔一天，同一個測點，F(xiàn)WD的復(fù)現(xiàn)性很高，而貝克曼梁的測量結(jié)果相差則較大;王復(fù)明等人通過使用PFWD與FWD對于太澳公路進行測量得出的結(jié)果進行比較之后得出，PFWD與FWD之間有很好的線性相關(guān)特性，基本上呈直線關(guān)系;王端宜等通過室外貝克曼梁式彎沉試驗及PFWD試驗建立了兩者之間的對比關(guān)系，得出了經(jīng)驗公式，表明PFWD可以用于路基承載能力的評價。同時，他們也指出，對路基的沖擊作用越大，所測得的回彈模量值就越小，所以PFWD的結(jié)果明顯高于三種FWD的測量結(jié)果。進一步他們利用PFWD尋找與BB之間的關(guān)系，然后通過道路對BB的檢測要求演算出對于PFWD的要求，并以此檢測了部分道路。

王復(fù)明等人綜合利用探地雷達(dá)(GPR)與FWD兩種無損檢測技術(shù)，對于水泥混凝土舊路進行質(zhì)量檢測。王復(fù)明指出，探地雷達(dá)可以解決落錘式彎沉儀不能連續(xù)檢測的問題。而通過FWD測得的彎沉以及反算出的路面結(jié)構(gòu)層模量又可以驗證探地雷達(dá)的檢測結(jié)果。從而提高探地雷達(dá)的檢測精度。

鄭州大學(xué)蔡迎春等人采用FWD檢測評價路基沖擊壓實效果。通過FWD檢測不同壓實遍數(shù)下路基的彎沉，并基于彎沉盆數(shù)據(jù)反算路基不同深度處的模量，從而對沖擊壓實效果進行評價;通過分析不同壓實遍數(shù)下的模量的變化，提出了最佳沖壓遍數(shù)的確定方法。

此外，國內(nèi)很多科研機構(gòu)利用FWD及PFWD測量得出的動態(tài)模量來評估道路結(jié)構(gòu)的使用性能。

從上述現(xiàn)狀中，不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的研究存在以下三個問題:

(1)雖然國內(nèi)外建立了許多FWD及PFWD與傳統(tǒng)測量方式之間的回歸公式，且部分相關(guān)系數(shù)超過0.90，但是，并沒有考慮測試時的各種影響因素。并且，即便考慮到在回歸公式中加入部分相關(guān)參數(shù)來表征不同因素的影響，但仍然沒有做到消除各個影響因素之間的相關(guān)性，即選取一些彼此之間沒有必然聯(lián)系的因素作為回歸方程的修正參數(shù)。

(2)由于目前規(guī)范規(guī)定的評價指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)是建立在貝克曼梁測試的基礎(chǔ)上的，F(xiàn)WD及PFWD所測數(shù)據(jù)必須經(jīng)過對比試驗，轉(zhuǎn)換成貝克曼梁數(shù)據(jù)，才能進行結(jié)構(gòu)承載力評價。而這種簡單回歸分析得出的轉(zhuǎn)換關(guān)系，丟失了所測數(shù)據(jù)的許多信息(尤其是動態(tài)信息)，沒有發(fā)揮FWD與PFWD動態(tài)加載的優(yōu)勢。

(3)國內(nèi)外對于FWD模量反算的研究大多是集中于如何消除反算結(jié)果的不唯一性，提出的方法也多集中在如何在算法上提出一個或多個限制條件，使得解唯一。但是，現(xiàn)在所加的限制條件大多是經(jīng)驗性的，雖然在某些試驗中能夠較好地符合實測結(jié)果。