落锤式弯沉仪在公路工程检测中的应用

摘要：路面弯沉检测是路面承载力评估的基础，是路面使用性能评定的重要组成部分。为适应公路事业的快速发展，迫切需要一种高效率、高精度、信息量丰富的弯沉检测设备和相应的路面承载力分析方法。文章针对落锤式弯沉仪在公路工程检测中的应用进行了阐述。

关键词：公路工程；落锤式弯沉仪；检测技术

Abstract: Pavement deflection testing is the foundation of the bearing capacity of pavement evaluation, pavement performance evaluation is an important component. In order to adapt to the rapid development of the cause of the highway, in desperate need of a high efficiency, high precision, information-rich deflection testing equipment and the corresponding road capacity analysis method. Aiming at the deflection DWTT type instrument in the detection of highway engineering application is discussed in this paper.

Keywords: the highway engineering; DWTT type deflection apparatus; detection technology.

中图分类号： U412.36 文献标识码：A 文章编号：

路面弯沉不仅反映路面结构层及土层的整体强度和刚度，而且与路面的使用状态存在一定的内在联系。它作为工程竣工后的一项重要检测指标，反映了路面的整体强度质量。因此，正确测试路面弯沉，对评价路面强度有很重要的作用。近年来,采用落锤式弯沉仪(FWD)测定路基路面的动态弯沉，并用来换算路基路面回弹弯沉，已成为公路检测的一项新技术，深受各级公路管理部门的高度重视。

1 工作原理

FWD的工作原理是通过计算机控制下把一定质量的重锤由液压传动装置提升至一定高度, 然后释放, 使其自由下落, 落在一刚性圆盘上(荷载盘) ,对路面产生一个脉冲荷载, 其作用时间和振幅值非常接近于运动着的汽车轮载。在该荷载作用下, 路面产生变形, 形成弯沉盆。弯沉盆各处的变形或者最大位移值, 由分布在弯沉盆不同位置上的数个位移传感器测定。荷载的大小通过改变锤重的提升高度可在相当大的范围内调整, 并通过刚性圆盘作用到路面上。

2 主要设备

落锤式弯沉仪分为拖挂式和内置式两种，由荷载发生装置、弯沉检测装置、运算控制系统和车辆牵引系统等组成。

a)荷载发生装置重锤的质量及落高根据使用目的与道路等级选择，荷载由传感器测定。重锤质量为200kg±10kg,可采用产生50kN±2.5kN的冲击荷载，因承载板直径为30cm,对路面的压强恰为0.7MPa。

b)弯沉检测装置由一组高精度位移传感器组成。

c)运算控制系统能在冲击荷载作用的瞬间内，记录冲击荷载及各个传感器所在位置测点的动态变形，并通过计算机进行处理。

d)车辆牵引系统牵引FWD并安装运算控制系统装置的车辆。

1－电磁铁；2－横梁；3－导向装置；4－电动推杆；5－电动推杆；6－落锤；7－钢丝绳；

8－缓冲垫；9－过渡板；10－力传感器；11－承载框架；12－位移传感器；13－承载板

图1 落锤式弯沉仪结构示意图

3 方法与步骤

3.1 准备工作

a)调整重锤的质量及落高，使重锤的质量及产生的冲击荷载符合第2条的要求。

b)在测试路段布置的测点，其位置或距离随测试需要而定。当在路面表面测定时，测点布置在行车道的轮迹带上。测试时，还可利用距离传感器定位。

c)检查FWD的车况及使用性能，用手动操作检查，各项指标符合仪器规定要求。

d)将FWD牵引至测定地点，将仪器打开，进入工作状态。牵引FWD行驶的速度不宜超过50km/h。

e)对位移传感器按仪器使用说明书进行标定，使之达到规定的精度要求。

3.2 测试步骤

a)承载板中心位置对准测点，承载板自动落下，放下弯沉装置的各个传感器。

b)启动落锤装置，落锤瞬即自由落下，冲击力作用于承载板上，又立即自动提升至原来位置固定。同时，各个传感器检测结构层表面变形，记录系统将位移信号输入计算机，并得到峰值，即路面弯沉，同时得到弯沉盆。每一测点重复测定应不少于3次，除去第一个测定值，取以后几次测定值的平均值或直接取第3次落锤测值作为计算依据。

c)提起传感器及承载板，牵引车向前移动至下一个测点，重复上述步骤，进行测定。

4 对比试验

我国规范规定路基路面弯沉质量指标为静态回弹弯沉，一般采用贝克曼梁式弯沉仪检测，而落锤式弯沉仪所测弯沉为动态总弯沉，所以需通过二者之间对比试验，得到二者之间的相关关系，将落锤式弯沉仪所测动态总弯沉值换算为贝克曼梁的静态回弹弯沉值。

4.1 路段选择

由于不同路面结构的材料、路基状况、温度、水文条件和路面使用状况不同，对比关系也有所不同，为了提高数据的准确性，应针对不同地区的情况选择某种路面结构的代表性路段，进行FWD与贝克曼梁弯沉仪(BB)弯沉测定方法的对比试验，以便将FWD测定的动弯沉换算成BB测定的回弹弯沉值。选择的对比路段长300～1000m，弯沉值应有一定的变化幅度。

本文所选选择3段不同等级公路路段进行对比试验。第1段是2008年新建的一级公路，试验路段500 m，第2段是改建的二级公路，试验路段1000 m，第3段是改建的四级公路，试验路段1000 m。3段路基基本稳定，路面材料和结构随公路等级不同而有较大差异，具有一定的代表性。

4.2 对比试验步骤

a)采用与实际使用相同且符合要求的FWD及BB弯沉仪测定车，FWD的冲击荷载应与BB弯沉仪测定车的后轴双轮荷载相同。

b)用油漆标记对比路段起点位置。

c)按规程用BB定点测定回弹弯沉，测定车开走后，以测点为圆心画一个半径为15cm的圆，标明测点位置。

d)将FWD的承载板对准圆圈，位置偏差不超过30mm。两种仪器对同一点弯沉测试的时间间隔不超过10min。

4.3 对比试验结果

根据《概率论》随机变量的数字特征理论，如果两种检测方法可以对同一质量指标进行检测和评价，并可得出相同结论，则两种检测方法所测数据之间必然具有显著数字特征。大量的试验表明，落锤式弯沉仪xi和贝克曼梁式弯沉仪yi两种检测方法所测数据的相对偏差之间呈线性关系。

不妨设x和y之间具有良好的线性关系，即y=Ax+B，通过对比数据的回归计算确定A、B值，并计算其线性相关系数R。

(y－Ey)/Sy=R〔(x－Ex)/Sx〕(1)

R=(Exy－ExEy）/（SxSy）(2)

由式（1）整理后有：

y=〔R（Sy/Sx）〕x+〔Ey－R（Sy/Sx）Ex〕.