摘要：Falling Weight Deflectometer，簡稱FWD，落錘式彎沉儀是目前國際上最先進的路面強度無破損檢測設備之一，落錘式彎沉儀測定路面的動態(tài)彎沉，并反算路面的回彈模量。文中介紹該設備的工作原理及其在公路路面檢測中的實際應用。

　　關鍵詞：落錘式彎沉儀,公路工程,檢測應用

　　當今國際上應用最廣泛的高科技路面彎沉檢測系統(tǒng)Oynatest 8000型FWD。它是由Dynatest國際集團公司研制和生產的。Dynatest 8000型FWD測試精度高、性能可靠，特別是經過舉世注目的美國倡議性公路研究計劃(SHRP)長時期、大范圍地應用和驗證，被認為是代表了目前國際上彎沉檢測技術的發(fā)展方向和水平，至今已在近40個國家和地區(qū)得到廣泛地應用。近年來，我國也引進FWD，并投入了使用，顯示出了強大的優(yōu)越性。

　　1、 FWD工作原理

　　落錘式彎沉儀通過計算機系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)啟動落錘裝置，使一定質量的落錘從一定高度自由落下，沖擊力作用于承載板上并傳遞到路面，從而對路面施加脈沖荷載，導致路面表面產生瞬時變形，分布于距測點不同距離的傳感器檢測結構層表面的變形，記錄系統(tǒng)將信號傳輸至計算機，即測定在動態(tài)荷載作用下產生的動態(tài)彎沉及彎沉盆。測試數(shù)據(jù)可用于反算路面結構層模量、接縫傳荷能力及路面脫空等指標，從而科學地評價路面的承載能力。

　　2、 與常規(guī)檢測手段的比較

　　2.1常規(guī)檢測方法

　　現(xiàn)行路面檢測通常采用貝克曼梁法，該方法存在以下主要問題。

　　(1)以人工操作為主，工作強度大，效率低，可靠性差。

　　(2)支點變形，影響檢測結果，對支點變形的修正很難測準。

　　(3)僅測得靜態(tài)汽車荷載作用下路基路面單點 (最大)回彈彎沉值。

　　(4)沒有反映路面結構在行車荷載作用下的動力特性和整個彎沉盆形狀。

　　(5)不適合對路網進行大范圍的長期跟蹤觀測。

　　2.2 FWD檢測方法

　　(1)數(shù)據(jù)采集傳輸通過高精度傳感器完成，路面結構不同，彎沉盆半徑亦不同。路基或柔性基層瀝青路面?zhèn)鞲衅鞣植荚诰嗪奢d中心2.5 m范圍內即可。目前，我國高等級公路大多采用半剛性基層瀝青路面結構，彎沉影響半徑已達 3～5 m，傳感器分布范圍應布置在距荷載中心3～4 m范圍內，以量測路面彎沉盆形狀。

　　(2)FWD主要的技術特點是測速快(4OS/點)，精度高(分辯率為1 m)，并較好地模擬行車荷載對路面的動力作用，能根據(jù)上一錘荷載和壓強數(shù)值自動調整下一錘的荷載，向設定荷載逼近，從而準確地測定較完整的彎沉盆信息。

　　(3)操作方式為計算機控制下的自動量測，所有測試數(shù)據(jù)均可顯示在屏幕上或打印出來或存儲在軟盤上?？奢敵鲎饔煤奢d、彎沉(盆)、路表溫度及測點間距等?？纱蛴澇疗骄?、標準差、變異系數(shù)及代表彎沉值等數(shù)據(jù)。

　　3、 FWD與貝克曼梁的相關性

　　FWD所測的彎沉為動態(tài)總彎沉，不同于貝克曼梁所測的靜態(tài)回彈彎沉。可通過對比試驗得出兩者之間的相關關系，并據(jù)此將落錘式彎沉儀測定的動態(tài)彎沉換算成貝克曼梁測定的靜態(tài)回彈彎沉值。

　　3.1路段的選擇

　　選擇結構類型完全相同的路段，不同地區(qū)選擇代表性路段，進行兩種測定方法的對比試驗，選擇對比路段的長度，理論上應是越長越好。但在實際應用中，每種相同結構、每次對比試驗應不少于5O個測點，彎沉值應有一定的變化幅度。

　　3.2根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算兩者間相關關系

　　在廣三高速公路三水段進行了對比試驗，按照規(guī)范的要求，以 5個有代表性的路段進行對比，并進行回歸分析，得出相應土路基的回歸方程為 LBB= 1.2941 x LFwD一 9.4212，相關系數(shù)為0.908，水泥穩(wěn)定碎石路面基層的回歸方程為LBB= 1.0131×LFwD一 1.4301，相關系數(shù)為0.929。式中：LBB、LFwD分別為貝克曼梁、落錘式彎沉儀測量的彎沉值。

　　對比試驗彎沉分布以及FWD與貝克曼梁檢測的相關分析結果表明：

　　(1)兩者的測試結果具有良好的對應關系，F(xiàn)WD測得的彎沉值越大，貝克曼梁測得的彎沉值也越大，反之亦然，兩種檢測結果也很接近。但 FWD測試精度遠高于貝克曼梁法。

　　(2)兩種方法存在良好的相關性，其相關系數(shù)達到0.90以上。如果對比試驗結果相關性較差，應對結果進行分析比較，以確定合理檢測方案。在工程檢測中，能夠根據(jù)實際情況選擇一種檢測方法，而不必對于每個路段都進行對比試驗。

　　4、 在工程檢測中的實際應用

　　4.1施工過程檢測控制

　　在一段路基施工結束并經檢測交工后，轉入路面底基層施工，在底基層施工結束后，我們利用FWD對該層進行了彎沉檢測，發(fā)現(xiàn)其中300m路段底基層頂面彎沉值較大，通過采集的彎沉盆資料進行路面結構層模量反算，其結果顯示底基層的模量值極不均勻且數(shù)值大部分比土基模量值小。根據(jù)路面結構層設計模量值自上而下遞減的規(guī)律，判定該層施工質量存在問題。建設單位可據(jù)此檢測結果及時責令施工單位進行返工，杜絕了質量隱患，避免了不良的社會影響和一定的經濟損失。

　　4.2在剛性路面脫空識別上的應用

　　當混凝土板下產生唧泥、脫空后，采用壓漿或封底是一種有效的修復方法，但這應當是以準確評定脫空狀況為基礎的，否則有可能造成路面使用性能下降甚至加速破壞。因此，對使用中的水泥混凝土路面，以可靠方法評定板下基礎脫空的位置及嚴重性。及時采取有效的措施，恢復路面正常的使用性能，是水泥混凝土路面養(yǎng)護管理中普遍面臨的問題。

　　采用在混凝土板角處用FWD測試彎沉，作用荷載設定為3級(50KN、70KN、90KN)測試彎沉，以彎沉為橫坐標，荷載為縱坐標，把對應 3個荷載級別的彎沉值標注在平面圖上;畫出線性擬合直線 ，并延長直線與坐標軸相交;如果板下支撐情況較好，延長線將穿過坐標原點，或距離原點0.05 mm以內，大于0.05 mm將認為脫空存在，通常越偏離原點，脫空情況越嚴重，這種方法的理論基礎是：理論計算和現(xiàn)場測試均表明，在值得注意的板角脫空出現(xiàn)之前，回歸曲線推算的0荷載板角彎沉應當為0，或接近于0。該方法的優(yōu)點是快速簡便，不需要較深的理論基礎，適合于現(xiàn)場評定，在國內外實際應用中均取得了較好的效果，是一種值得推廣的方法。

　　4.3交(竣)工驗收檢測

　　利用 FWD對新(改)建公路的路基、路面綜合承載能力進行檢測和評定，為工程的交(竣)工驗收提供數(shù)據(jù)資料和評定質量等級的依據(jù)。根據(jù)《公路工程質量檢驗評定標準》JTG F80/1-2004對已竣工的路面進行彎沉檢測，采集全線路面彎沉(盆)信息資料，根據(jù)路面彎沉資料，分標段對路基路面的綜合承載能力、施工質量進行評定。

　　5、 結論

　　(1)FWD測試彎沉與貝克曼梁的測試彎沉具有良好的相關性。對于路面結構相當?shù)那闆r下，不必每次測試都進行對比試驗。

　　(2)由于FWD測試消除了人為讀表誤差、氣壓隨氣溫變化產生的誤差等多種因素的影響，加之位移傳感器精度高，測試重復行穩(wěn)定，故其測試結果具有較高的精度，其測試數(shù)據(jù)可用于路面結構的模量反算，以此對各層質量進行分析，以及為設計單位提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

　　參考文獻：

　　1、 中華人民共和國行業(yè)標準.JTG E60-2008公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程.北京：人民交通出版社，2008

　　2、 中華人民共和國行業(yè)標準.JTG D40-2011公路水泥混凝土路面設計規(guī)范.北京：人民交通出版社，2011