林光哨

(福建省第一公路工程公司)

道路路面彎沉檢測(cè)方法的應(yīng)用探討

林光哨

(福建省第一公路工程公司)

路面彎沉是目前我國(guó)路面檢測(cè)中的一個(gè)重要檢測(cè)項(xiàng)目，隨著公路建設(shè)的高速發(fā)展，路面彎沉檢測(cè)方法有一些新的技術(shù)在我國(guó)得到應(yīng)用。著重介紹了FWD彎沉檢測(cè)方法的現(xiàn)狀并對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行了一些探討，對(duì)實(shí)際應(yīng)用工程有很好的參考價(jià)值。

道路彎沉;檢測(cè)方法;自動(dòng)彎沉儀;FWD;PFWD

1 彎沉檢測(cè)方法簡(jiǎn)介

1.1 貝克曼梁法

貝克曼梁法(Benldeman Beam，簡(jiǎn)稱BB)是我國(guó)目前應(yīng)用廣泛的一種靜態(tài)彎沉測(cè)量方法，該方法檢測(cè)路面彎沉的工作原理是在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下，路面表面在輪隙位置會(huì)產(chǎn)生垂直變形值，利用載重汽車進(jìn)行加載，然后讀取百分表的讀數(shù)，來測(cè)量路基或路面表面的回彈彎沉值。該方法相對(duì)比較傳統(tǒng)，在檢測(cè)過程中全部需要人工操作，因此檢測(cè)結(jié)果也受人為因素的影響較大，而且一般適用于檢測(cè)范圍比較的小工程中。但是其優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，無需對(duì)操作人員進(jìn)行相關(guān)的培訓(xùn)。

1.2 激光彎沉測(cè)定儀法

激光彎沉測(cè)定儀法是一種利用光電流的無損路面彎沉檢測(cè)方法，應(yīng)用該法對(duì)路面彎沉檢測(cè)的特點(diǎn)有:(1)激光彎沉儀法檢測(cè)最大的優(yōu)點(diǎn)操作簡(jiǎn)單，同時(shí)檢測(cè)精度比較高。(2)激光彎沉儀體積小、質(zhì)量很輕且造價(jià)低。(3)該儀器的檢測(cè)基準(zhǔn)范圍大，加上激光發(fā)射角窄，光點(diǎn)小而紅亮，10 m之遠(yuǎn)仍能清晰可見，可用剛性路面彎沉檢測(cè)。

1.3 自動(dòng)彎沉測(cè)定儀法

目前使用比較廣泛的是法國(guó)生產(chǎn)的洛克魯瓦式自動(dòng)彎沉儀，該儀器建立在貝克曼梁原理的基礎(chǔ)上對(duì)路面彎沉進(jìn)行快速連續(xù)的測(cè)試，且該法也屬于靜態(tài)測(cè)試。自動(dòng)彎沉儀的基本工作原理是采用簡(jiǎn)單的杠桿原理，保持該檢測(cè)儀在牽引作用下具有一定的速度，通過測(cè)定儀的位移傳感器記錄彎沉測(cè)定梁放在不同兩點(diǎn)的路面位移并循環(huán)向前連續(xù)測(cè)定。通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)輸出路段彎沉檢測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

1.4 落錘式彎沉儀法

落錘式彎沉儀(Falling Weight Defleetometer，簡(jiǎn)稱FWD)是目前國(guó)際上比較流行的先進(jìn)的路面強(qiáng)度無破損檢測(cè)設(shè)備，F(xiàn)WD是通過計(jì)算機(jī)控制下的液壓系統(tǒng)啟動(dòng)的落錘裝置。FWD的工作原理是通過標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的重錘落對(duì)路面施加沖擊荷載作用，由相應(yīng)的傳感器測(cè)定路面表面所產(chǎn)生的瞬時(shí)變形，Dynatest FWD通常在距荷載中心1.8 m的范圍內(nèi)布置多個(gè)速度傳感器，一次能測(cè)9個(gè)彎沉值。整個(gè)操作過程均通過微機(jī)自動(dòng)控制，這樣FWD就可以測(cè)定在動(dòng)態(tài)荷載作用下產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)彎沉和彎沉盆，并由此反算用于評(píng)定道路承載能力的路面各層材料的動(dòng)態(tài)彈性。由于采集數(shù)據(jù)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行的，同時(shí)其最大檢測(cè)的速度可達(dá)80 km/h，而內(nèi)置式落錘彎沉儀的牽引速度可以更大可達(dá)到100 km/h，因此該法具備速度快，精度高等優(yōu)點(diǎn)。該方法是一種很理想的動(dòng)態(tài)無損檢測(cè)設(shè)備。加上其能很好地模擬實(shí)際行車荷載對(duì)路面的作用，因而比起其他靜態(tài)檢測(cè)技術(shù)具有更接近路面實(shí)際彎沉狀況的優(yōu)勢(shì)，愈來愈受到我國(guó)國(guó)內(nèi)公路研究人員的重視。它在路面檢測(cè)工程中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在如下三個(gè)方面:對(duì)路面結(jié)構(gòu)承載力的評(píng)價(jià);對(duì)路面結(jié)構(gòu)剛度的評(píng)價(jià);對(duì)路面材料工作特性的評(píng)價(jià)。

2 FWD與其他彎沉檢測(cè)法比較

2.1FWD與PFWD法

便攜式彎沉儀(PFWD)是當(dāng)今國(guó)際上普遍采用的路基路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度無損檢測(cè)儀器，在國(guó)外運(yùn)用較廣。其工作原理是采用直徑為30 cm的剛性承載板，依靠落錘下落產(chǎn)生沖擊荷載，落高為80 cm左右，在沖擊荷載作用下，由位移傳感器和壓力傳感器分別測(cè)得剛性承載板中心處的彎沉和壓力。分析時(shí)，取荷載和彎沉的峰值，回彈模量采用彈性半空間體的剛性承載板理論公式進(jìn)行計(jì)算。

2.2 FWD與貝克曼梁法

我們認(rèn)為路面彎沉檢測(cè)的測(cè)試精度和可重復(fù)性是一個(gè)十分重要的問題，但是由于我國(guó)高速公路建設(shè)起步較晚和檢測(cè)以傳統(tǒng)的貝克曼梁回彈彎沉值為標(biāo)準(zhǔn)，因此在實(shí)際應(yīng)用前檢查落錘式彎沉儀與貝克曼梁彎沉檢測(cè)方法的相關(guān)性。國(guó)內(nèi)大量研究表明FWD與貝克曼梁這兩種方法的相關(guān)性比較好，但是貝克曼梁路面彎沉檢測(cè)法具有以下幾點(diǎn)的不足:(1)貝克曼梁彎沉法只能用于評(píng)價(jià)柔性路面的彎沉而不能評(píng)價(jià)剛性路面彎沉。(2)貝克曼梁法不能準(zhǔn)確檢測(cè)出彎沉盆的形狀。(3)BB檢測(cè)的荷載和實(shí)際行車荷載有很大的出入，故其檢測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)際行車作用下的路面彎沉有很大的差異。(4)由于整個(gè)檢測(cè)過程都需要人工操作，故檢測(cè)周期比較長(zhǎng)，檢測(cè)效率很低，考慮認(rèn)為影響大故其檢測(cè)精度相應(yīng)的也很低。

參考大量國(guó)外對(duì)FWD的檢測(cè)結(jié)果的研究發(fā)現(xiàn)，相比貝克曼梁法，F(xiàn)WD是評(píng)價(jià)路面結(jié)構(gòu)狀況比較理想的一種彎沉檢測(cè)方法，其優(yōu)點(diǎn)主要有:(1)FWD法使用于柔性和剛性兩種路面的彎沉檢測(cè)。(2)FWD檢測(cè)法的試驗(yàn)過程由電腦系統(tǒng)自動(dòng)存儲(chǔ)，人為因素很少，故其檢測(cè)結(jié)果減少了人為造成的檢測(cè)錯(cuò)誤的可能。(3)FWD檢測(cè)法能夠檢測(cè)出彎沉盆的形狀。(4)能夠較好的模擬出實(shí)際行測(cè)荷載用作下應(yīng)力應(yīng)變的實(shí)際狀況，與實(shí)際路面的變形狀況很吻合。(5)落錘式彎沉儀可以記錄豐富的環(huán)境因素，其檢測(cè)速度快，不需要對(duì)交通進(jìn)行封閉來檢測(cè)，減小檢測(cè)帶來的不便。(6)通過對(duì)國(guó)內(nèi)外大量的研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)WD對(duì)路面上同一點(diǎn)進(jìn)行幾次重復(fù)性檢測(cè)的結(jié)果比貝克曼梁檢測(cè)法檢測(cè)的結(jié)果要好。

落錘式彎沉儀改變了傳統(tǒng)靜態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的缺陷，能夠反映出路面的動(dòng)載作用下的實(shí)際變形情況。在相同條件下落錘式彎沉儀與貝克曼梁檢測(cè)得帶的彎沉值具有比較好的相關(guān)性，隨著人們對(duì)落錘式彎沉儀的不斷應(yīng)用，可以建立由路表實(shí)測(cè)彎沉盆現(xiàn)場(chǎng)評(píng)定路面結(jié)構(gòu)剛度組成的新方法。

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［1］黃大能，謝堯生.路面彎沉檢測(cè)方法相關(guān)性的試驗(yàn)研究［J］.華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(城市科學(xué)版)，2002，(3):35-39.

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U415.1

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