落錘式彎沉檢測技術(shù)在市政道路檢測中的應(yīng)用研究

阮廷輝

（廣東大道檢測技術(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)行定期檢測和評估就顯得尤為重要。落錘式彎沉檢測技術(shù)作為一種常用方法被廣泛應(yīng)用于道路結(jié)構(gòu)評估中。通過在特定位置上施加沖擊并測量撓度來判斷道路表面的穩(wěn)定性，并提供及時修復(fù)或維護(hù)建議。

1 落錘式彎沉檢測技術(shù)的基本原理

當(dāng)涉及結(jié)構(gòu)的變形和穩(wěn)定性評估時，落錘式彎沉檢測技術(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)被安裝在待測結(jié)構(gòu)的適當(dāng)位置，以記錄結(jié)構(gòu)對沖擊力產(chǎn)生的響應(yīng)。傳感器可以包括位移傳感器、傾角儀、加速度計等。這些傳感器會捕捉到相應(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)，在實時或事后進(jìn)行采集和存儲。這些數(shù)據(jù)可以表示為時間序列或頻域信號，并且提供關(guān)于結(jié)構(gòu)響應(yīng)特征的信息。

（4）參數(shù)計算與分析。經(jīng)過數(shù)據(jù)采集后，需要對獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。根據(jù)不同的測試需求，可以計算出相關(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)果解讀與評估。根據(jù)參數(shù)計算和分析的結(jié)果，對結(jié)構(gòu)的變形和穩(wěn)定性進(jìn)行評估。這些結(jié)果可以與設(shè)計規(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 落錘式彎沉檢測技術(shù)在市政道路檢測中的應(yīng)用優(yōu)勢

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

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

（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較短，因此可以在相對較短的時間內(nèi)完成整個測試過程。這使得它特別適合于大面積道路網(wǎng)絡(luò)的快速檢測。

（3）實時監(jiān)測。落錘式彎沉檢測技術(shù)提供了實時監(jiān)測能力，即可以即時獲取到結(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技術(shù)具備移動性和便攜性，可以在不同位置和道路段進(jìn)行測試。這使得它能夠有效地覆蓋整個道路網(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)果反映了道路的實際狀況，并為后續(xù)工程決策提供可靠依據(jù)。

（6）安全評估。落錘式彎沉檢測技術(shù)能夠?qū)Φ缆方Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行評估。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。

落錘式彎沉檢測技術(shù)在市政道路檢測中具有非破壞性、快速高效、實時監(jiān)測、大范圍覆蓋、準(zhǔn)確可靠和安全評估等優(yōu)勢。它是一種重要的工具，用于幫助城市管理部門及時發(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 落錘式彎沉檢測技術(shù)在市政道路檢測中的應(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技術(shù)對道路的結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測。技術(shù)人員在每塊水泥板上設(shè)置2 個測試點位，現(xiàn)場水泥板每5m 設(shè)置預(yù)裂縫，共設(shè)置2316 個測試點，采用型號為JGFWD-200 落錘彎沉儀。

3.2 設(shè)置測試儀器

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

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

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

（3）設(shè)置數(shù)據(jù)記錄參數(shù)。根據(jù)具體的測試需求，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)精度和信號分析要求。

（4）校準(zhǔn)系統(tǒng)。對測試儀器進(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)機構(gòu)或參考標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程進(jìn)行。

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

（6）進(jìn)行沖擊試驗。使用落錘或沖擊裝置對道路表面進(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）確定沖擊點位。根據(jù)需要測試的區(qū)域和結(jié)構(gòu)特點，在道路表面確定沖擊點位。這些點位可以是不同位置、不同距離或具有特殊結(jié)構(gòu)特征的地方。

（3）準(zhǔn)備測試區(qū)域。在進(jìn)行實際測試之前，需要準(zhǔn)備好測試區(qū)域。這包括清理工作，確保測試區(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?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)量和下降高度來實現(xiàn)。一般情況下，較大質(zhì)量和更高高度會產(chǎn)生更大的沖擊力。

（5）控制沖擊位置和頻率。根據(jù)測試計劃，控制沖擊的位置和頻率?？梢园凑展潭ǖ拈g距依次在不同點位進(jìn)行沖擊，或者根據(jù)需要選擇特定的沖擊點位。

（6）進(jìn)行沖擊試驗。將落錘從一定高度自由下落，使其與道路表面產(chǎn)生沖擊。確保在每個點位上重復(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)行沖擊試驗時，振動傳感器會采集到結(jié)構(gòu)物的響應(yīng)信號。測試儀器會將這些信號數(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)計測試方案時，應(yīng)考慮到測試區(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，彎曲撓度測量位置：距離落錘中心點0.25m 處。

3.4.1 撓度計算

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 回彈模量計算

根據(jù)落錘式彎沉檢測的原理來計算回彈模量。回彈模量（E）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。

完成計算后，可以對結(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)計要求進(jìn)行比較，可以評估測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）控制測試時間。選擇合適的測試時間段進(jìn)行檢測。避免在惡劣天氣條件下進(jìn)行測試，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段[5]。

（2）考慮環(huán)境因素。記錄并監(jiān)測測試過程中的環(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，對這些因素進(jìn)行校正或修正，以減小其對測量結(jié)果的影響。

（3）設(shè)備保護(hù)。確保彎沉測試儀器和設(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。確保傳感器與被測點之間沒有空隙，并嚴(yán)密固定傳感器以減少外部振動或干擾對測量結(jié)果的影響。如果可能，可以考慮使用抗震技術(shù)來降低地面振動對測試的影響。

（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)境因素對測量結(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)工作是保證測試精度和可靠性的重要措施。遵循制造商提供的操作手冊和建議，及時校準(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)境影響帶來的測試誤差。

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

3.6 保證測試的全面性

（1）多點采集數(shù)據(jù)。在每個測試位置上進(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)測試并計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，在整個路段上選擇多個代表性點進(jìn)行測試，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)，可以更全面地評估道路的結(jié)構(gòu)狀況和安全性。

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

（4）數(shù)據(jù)解釋與比較。在數(shù)據(jù)處理過程中，將落錘式彎沉測試結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)、設(shè)計規(guī)范或基準(zhǔn)值進(jìn)行比較。通過與參考值進(jìn)行對比和分析，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。市政道路是一個動態(tài)體系，在時間推移中會發(fā)生變化。因此，定期監(jiān)測是保證全面性的重要手段。建立長期監(jiān)測計劃，周期性地對道路進(jìn)行檢測，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，落錘式彎沉檢測技術(shù)具有高精度和實時性的優(yōu)勢，可以準(zhǔn)確測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，也認(rèn)識到落錘式彎沉檢測技術(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，可能會受到干擾或誤差。因此，建議在實際應(yīng)用中對這些因素進(jìn)行更加全面的考慮，并結(jié)合其他測量方法進(jìn)行綜合分析。本文為落錘式彎沉檢測技術(shù)在市政道路檢測中的應(yīng)用提供了有力的支持和驗證。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)。