張克永，歐東寶

（貴州省公路局試驗(yàn)檢測(cè)中心，貴州 貴陽(yáng) 550000）

0 引言

落錘式彎沉儀（Falling Weight Deflectometer，簡(jiǎn)稱FWD）作為國(guó)際上較為通用的先進(jìn)路面無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，能夠準(zhǔn)確測(cè)定路面的動(dòng)態(tài)彎沉，同時(shí)還可以反算路面的回彈模量，因而應(yīng)用較廣。美國(guó)SHRP計(jì)劃中也將FWD測(cè)定反算的回彈模量作為基準(zhǔn)，用于研究公路工程材料回彈模量的室內(nèi)試驗(yàn)方法。近年來(lái)，我國(guó)積極引進(jìn)先進(jìn)的公路工程路面試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)，F(xiàn)WD因其一系列的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)公路工程試驗(yàn)檢測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 落錘式彎沉儀的工作原理

落錘式彎沉儀的工作原理是：在試驗(yàn)檢測(cè)過(guò)程中，利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)提升或者釋放重錘，使得重錘作用在彈簧或者橡膠墊上，進(jìn)而依靠與路面緊緊接觸的承載板將重錘產(chǎn)生的沖擊傳遞至路面，在計(jì)算機(jī)的控制下重錘對(duì)路面可以施加半正弦脈沖荷載，使公路路表產(chǎn)生瞬時(shí)變形，通過(guò)落錘式彎沉儀上在距測(cè)點(diǎn)不同位置上的傳感器對(duì)變形進(jìn)行檢測(cè)，即可獲得在動(dòng)態(tài)荷載作用下產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)彎沉以及彎沉盆。圖1為落錘式彎沉儀工作原理示意圖。

落錘式彎沉儀作為公路工程動(dòng)態(tài)彎沉的試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備，由于其落錘半正弦荷載沖擊與公路行車荷載類似，因而能夠較好地模擬公路行車荷載，而且還可以調(diào)整加載級(jí)別。由于所有的檢測(cè)數(shù)據(jù)都是通過(guò)計(jì)算機(jī)采集，因而數(shù)據(jù)采集和處理的速度快，同時(shí)能夠保證測(cè)試的精度，特別適用于公路工程大規(guī)模彎沉試驗(yàn)檢測(cè)。此外，利用落錘式彎沉儀還可以評(píng)價(jià)由多層路面結(jié)構(gòu)組成的路面彎沉情況。

圖1 落錘式彎沉儀工作原理示意圖

落錘式彎沉儀的技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）試驗(yàn)檢測(cè)速度快，效率較高。彎沉儀單點(diǎn)測(cè)試時(shí)間均在30s(按規(guī)定錘擊3次)以內(nèi)，因而對(duì)于公路工程試驗(yàn)檢測(cè)而言具有較高的效率。

（2）荷載控制準(zhǔn)確度較高。由于落錘式彎沉儀采用目標(biāo)荷載、目標(biāo)高度及步長(zhǎng)設(shè)定高度（用于脫空測(cè)試）進(jìn)行試驗(yàn)控制，因而對(duì)于控制試驗(yàn)精度十分有利。

（3）試驗(yàn)結(jié)果的精度極高。落錘式彎沉儀荷載發(fā)生器產(chǎn)生的波形標(biāo)準(zhǔn)，由于使用了高性能的傳感器以及高精度的儀表，因而能夠控制公路工程試驗(yàn)檢測(cè)的精度。

（4）數(shù)據(jù)處理速度快。由于落錘式彎沉儀具有專門的數(shù)據(jù)處理軟件，通過(guò)數(shù)據(jù)分析軟件能夠?qū)崿F(xiàn)彎沉數(shù)據(jù)歸一化處理、各種誤差計(jì)算、里程與樁號(hào)轉(zhuǎn)化、溫度修正等功能，而且還可以實(shí)現(xiàn)FWD與貝克曼梁法的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換系數(shù)及轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)精度較高，能夠?yàn)楣饭こ搪访娼Y(jié)構(gòu)以及材料設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的參數(shù)。

2 落錘式彎沉儀試驗(yàn)檢測(cè)準(zhǔn)備工作

（1）FWD拖車的檢查

首先將落錘置于運(yùn)輸鎖定的最高位置，然后檢查中央位移傳感器裝置的測(cè)試桿是否伸出荷載盤底部的1～2cm左右。同時(shí)檢查彈簧以及傳感器裝置，確保彈簧彈力適當(dāng)，檢查FWD加載板的提升以及下降是否順暢，在確保能夠正常操作之后，應(yīng)當(dāng)對(duì)FWD設(shè)備的落錘高度進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)調(diào)整落錘的重量及高度，確保落錘式彎沉儀在試驗(yàn)過(guò)程中能夠產(chǎn)生滿足要求的沖擊荷載。

（2）FWD的試驗(yàn)檢測(cè)準(zhǔn)備

檢查了落錘式彎沉儀的連接以及調(diào)整了落錘質(zhì)量與高度之后，在前往試驗(yàn)檢測(cè)場(chǎng)地之前，必須確保落錘式彎沉儀的輪胎壓力適當(dāng)，液壓油面以及電池酸液面處于正常水平，荷載盤能夠正常旋轉(zhuǎn)，同時(shí)重點(diǎn)檢查拖車與牽引車之間的鎖定連接，確保落錘式彎沉儀處于運(yùn)輸鎖定狀態(tài)并將FWD拖車的手剎完全松開(kāi)。在牽引行走過(guò)程中，應(yīng)該將牽引行走速度控制在50km/h以下。

3 落錘式彎沉儀檢測(cè)路基路面彎沉值

（1）測(cè)點(diǎn)的布置

在需要測(cè)試的公路路基或者路面表面層布置測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)的位置應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需要確定。對(duì)于公路工程路面表面的彎沉測(cè)定，宜將測(cè)點(diǎn)布置在路面的行車道輪跡帶上，同時(shí)也可以采用距離傳感器進(jìn)行定位。在將落錘式彎沉儀牽引至測(cè)定地點(diǎn)之后，即可打開(kāi)儀器設(shè)備進(jìn)入工作狀態(tài)，同時(shí)再次對(duì)設(shè)備的使用性能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，確保各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足要求。

（2）FWD的試驗(yàn)檢測(cè)

在試驗(yàn)過(guò)程中，調(diào)整落錘式彎沉儀的承載板中心位置使其對(duì)準(zhǔn)測(cè)試點(diǎn)，在承載板自動(dòng)落下之后，將落錘式彎沉儀的各個(gè)傳感器放下。之后開(kāi)啟落錘裝置，落錘瞬時(shí)自由下落并對(duì)承載板產(chǎn)生一定的沖擊力，之后便會(huì)自動(dòng)提升至原來(lái)的高度。傳感器能夠自動(dòng)檢測(cè)到落錘沖擊產(chǎn)生的荷載引起的路面結(jié)構(gòu)層表面的變形，同時(shí)還可以及時(shí)將路面結(jié)構(gòu)層表面的位移變形情況輸入至控制計(jì)算機(jī)之中，即可得到變形峰值并獲得路面的動(dòng)態(tài)彎沉盆。在試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)同一測(cè)點(diǎn)進(jìn)行至少三次的沖擊試驗(yàn)，并將除第一次之外的測(cè)試值的平均值作為計(jì)算依據(jù)。在對(duì)某一測(cè)點(diǎn)完成試驗(yàn)檢測(cè)之后，便可提升落錘式彎沉儀的傳感器以及承載板，繼續(xù)其他測(cè)點(diǎn)的試驗(yàn)檢測(cè)。

（3）FWD試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

為了確保落錘式彎沉儀試驗(yàn)檢測(cè)的精度，在利用落錘式彎沉儀進(jìn)行公路的彎沉試驗(yàn)檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)該選擇貝克曼梁彎沉儀進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)分析。需要注意的是，必須確保落錘式彎沉儀的沖擊荷載與貝克曼梁彎沉儀測(cè)定車的后軸雙輪荷載相同。首先在落錘式彎沉儀試驗(yàn)拖車離開(kāi)之后，對(duì)測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行標(biāo)定，然后按照試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)規(guī)程規(guī)定的方法采用貝克曼梁進(jìn)行同一測(cè)點(diǎn)的試驗(yàn)檢測(cè)。在試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)該準(zhǔn)確控制同一測(cè)點(diǎn)的位置，將偏差控制在3cm以內(nèi)。為了提高對(duì)比的準(zhǔn)確性，落錘式彎沉儀試驗(yàn)檢測(cè)與貝克曼梁測(cè)試之間時(shí)間間隔應(yīng)該控制在10min以內(nèi)。在獲得試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)之后，按照公式Lb=a+BLFWD（Lb為貝克曼梁完成值，LFWD為FWD彎沉值）進(jìn)行回歸分析，確保相關(guān)系數(shù)在90%以內(nèi)。

4 水泥混凝土路面的落錘式彎沉儀試驗(yàn)檢測(cè)

在進(jìn)行水泥混凝土路面調(diào)查時(shí)，同樣可以采用落錘式彎沉儀進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。如果是對(duì)水泥混凝土路面的接縫傳荷能力進(jìn)行調(diào)查，則可以將測(cè)點(diǎn)布置在水泥混凝土路面面板接縫一側(cè)，傳感器布置在接縫兩側(cè)。如果是對(duì)水泥混凝土路面的板底脫空進(jìn)行調(diào)查時(shí)，測(cè)試點(diǎn)的位置則應(yīng)該隨機(jī)選擇，以確保測(cè)試的全面性。在測(cè)試過(guò)程中要準(zhǔn)確記錄測(cè)點(diǎn)的彎沉及彎沉盆數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)測(cè)試結(jié)果的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差以及變異系數(shù)等進(jìn)行分析，然后按照傳感器測(cè)定的變形值的差異以及彎沉盆的形狀，對(duì)水泥混凝土路面的接縫傳荷能力以及板底脫空進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)判斷。

5 結(jié)語(yǔ)

FWD作為國(guó)際上先進(jìn)的路面無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，尤其是在對(duì)路面結(jié)構(gòu)承載能力指標(biāo)的測(cè)定上，相比傳統(tǒng)的貝克曼梁等靜態(tài)檢測(cè)設(shè)備，具有顯著的精度優(yōu)勢(shì)。因此，在公路工程試驗(yàn)檢測(cè)中，應(yīng)該優(yōu)先選用FWD作為試驗(yàn)檢測(cè)手段，同時(shí)嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)程要求進(jìn)行操作，為公路工程質(zhì)量評(píng)定提供準(zhǔn)確的試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)。

[1] 姬亦工，王復(fù)明，郭忠印.基于落錘式彎沉儀（FWD）動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的路面模量反演方法[J].土木工程學(xué)報(bào)，2002（3）：31-36.

[2] 裴飛鵬，王雪楓，王東翀.便攜式落錘彎沉儀與貝克曼梁在路基檢測(cè)中的相關(guān)關(guān)系研究[J].內(nèi)蒙古公路與運(yùn)輸，2007（2）：12-13.

[3]張向陽(yáng)，王光明.FWD和貝克曼梁在路基彎沉檢測(cè)中的相關(guān)性分析[J].中南公路工程，2004（2）：76-78.