公路工程职称论文FWD在公路工程检测中的应用

　　摘要：Falling Weight Deflectometer，简称FWD，落锤式弯沉仪是目前国际上最先进的路面强度无破损检测设备之一，落锤式弯沉仪测定路面的动态弯沉，并反算路面的回弹模量。文中介绍该设备的工作原理及其在公路路面检测中的实际应用。

　　关键词：落锤式弯沉仪,公路工程,检测应用

　　当今国际上应用最广泛的高科技路面弯沉检测系统Oynatest 8000型FWD。它是由Dynatest国际集团公司研制和生产的。Dynatest 8000型FWD测试精度高、性能可靠，特别是经过举世注目的美国战略性公路研究计划(SHRP)长时期、大范围地应用和验证，被认为是代表了目前国际上弯沉检测技术的发展方向和水平，至今已在近40个国家和地区得到广泛地应用。近年来，我国也引进FWD，并投入了使用，显示出了强大的优越性。

　　1、 FWD工作原理

　　落锤式弯沉仪通过计算机系统控制液压系统启动落锤装置，使一定质量的落锤从一定高度自由落下，冲击力作用于承载板上并传递到路面，从而对路面施加脉冲荷载，导致路面表面产生瞬时变形，分布于距测点不同距离的传感器检测结构层表面的变形，记录系统将信号传输至计算机，即测定在动态荷载作用下产生的动态弯沉及弯沉盆。测试数据可用于反算路面结构层模量、接缝传荷能力及路面脱空等指标，从而科学地评价路面的承载能力。

　　2、 与常规检测手段的比较

　　2.1常规检测方法

　　现行路面检测通常采用贝克曼梁法，该方法存在以下主要问题。

　　(1)以人工操作为主，工作强度大，效率低，可靠性差。

　　(2)支点变形，影响检测结果，对支点变形的修正很难测准。

　　(3)仅测得静态汽车荷载作用下路基路面单点 (最大)回弹弯沉值。

　　(4)没有反映路面结构在行车荷载作用下的动力特性和整个弯沉盆形状。

　　(5)不适合对路网进行大范围的长期跟踪观测。

　　2.2 FWD检测方法

　　(1)数据采集传输通过高精度传感器完成，路面结构不同，弯沉盆半径亦不同。路基或柔性基层沥青路面传感器分布在距荷载中心2.5 m范围内即可。目前，我国高等级公路大多采用半刚性基层沥青路面结构，弯沉影响半径已达 3～5 m，传感器分布范围应布置在距荷载中心3～4 m范围内，以量测路面弯沉盆形状。

　　(2)FWD主要的技术特点是测速快(4OS/点)，精度高(分辩率为1 m)，并较好地模拟行车荷载对路面的动力作用，能根据上一锤荷载和压强数值自动调整下一锤的荷载，向设定荷载逼近，从而准确地测定较完整的弯沉盆信息。

　　(3)操作方式为计算机控制下的自动量测，所有测试数据均可显示在屏幕上或打印出来或存储在软盘上。可输出作用荷载、弯沉(盆)、路表温度及测点间距等。可打印弯沉平均值、标准差、变异系数及代表弯沉值等数据。

　　3、 FWD与贝克曼梁的相关性

　　FWD所测的弯沉为动态总弯沉，不同于贝克曼梁所测的静态回弹弯沉。可通过对比试验得出两者之间的相关关系，并据此将落锤式弯沉仪测定的动态弯沉换算成贝克曼梁测定的静态回弹弯沉值。

　　3.1路段的选择

　　选择结构类型完全相同的路段，不同地区选择代表性路段，进行两种测定方法的对比试验，选择对比路段的长度，理论上应是越长越好。但在实际应用中，每种相同结构、每次对比试验应不少于5O个测点，弯沉值应有一定的变化幅度。

　　3.2根据测量数据计算两者间相关关系

　　在广三高速公路三水段进行了对比试验，按照规范的要求，以 5个有代表性的路段进行对比，并进行回归分析，得出相应土路基的回归方程为 LBB= 1.2941 x LFwD一 9.4212，相关系数为0.908，水泥稳定碎石路面基层的回归方程为LBB= 1.0131×LFwD一 1.4301，相关系数为0.929。式中：LBB、LFwD分别为贝克曼梁、落锤式弯沉仪测量的弯沉值。

　　对比试验弯沉分布以及FWD与贝克曼梁检测的相关分析结果表明：

　　(1)两者的测试结果具有良好的对应关系，FWD测得的弯沉值越大，贝克曼梁测得的弯沉值也越大，反之亦然，两种检测结果也很接近。但 FWD测试精度远高于贝克曼梁法。

　　(2)两种方法存在良好的相关性，其相关系数达到0.90以上。如果对比试验结果相关性较差，应对结果进行分析比较，以确定合理检测方案。在工程检测中，能够根据实际情况选择一种检测方法，而不必对于每个路段都进行对比试验。

　　4、 在工程检测中的实际应用

　　4.1施工过程检测控制

　　在一段路基施工结束并经检测交工后，转入路面底基层施工，在底基层施工结束后，我们利用FWD对该层进行了弯沉检测，发现其中300m路段底基层顶面弯沉值较大，通过采集的弯沉盆资料进行路面结构层模量反算，其结果显示底基层的模量值极不均匀且数值大部分比土基模量值小。根据路面结构层设计模量值自上而下递减的规律，判定该层施工质量存在问题。建设单位可据此检测结果及时责令施工单位进行返工，杜绝了质量隐患，避免了不良的社会影响和一定的经济损失。

　　4.2在刚性路面脱空识别上的应用

　　当混凝土板下产生唧泥、脱空后，采用压浆或封底是一种有效的修复方法，但这应当是以准确评定脱空状况为基础的，否则有可能造成路面使用性能下降甚至加速破坏。因此，对使用中的水泥混凝土路面，以可靠方法评定板下基础脱空的位置及严重性。及时采取有效的措施，恢复路面正常的使用性能，是水泥混凝土路面养护管理中普遍面临的问题。

　　采用在混凝土板角处用FWD测试弯沉，作用荷载设定为3级(50KN、70KN、90KN)测试弯沉，以弯沉为横坐标，荷载为纵坐标，把对应 3个荷载级别的弯沉值标注在平面图上;画出线性拟合直线 ，并延长直线与坐标轴相交;如果板下支撑情况较好，延长线将穿过坐标原点，或距离原点0.05 mm以内，大于0.05 mm将认为脱空存在，通常越偏离原点，脱空情况越严重，这种方法的理论基础是：理论计算和现场测试均表明，在值得注意的板角脱空出现之前，回归曲线推算的0荷载板角弯沉应当为0，或接近于0。该方法的优点是快速简便，不需要较深的理论基础，适合于现场评定，在国内外实际应用中均取得了较好的效果，是一种值得推广的方法。

　　4.3交(竣)工验收检测

　　利用 FWD对新(改)建公路的路基、路面综合承载能力进行检测和评定，为工程的交(竣)工验收提供数据资料和评定质量等级的依据。根据《公路工程质量检验评定标准》JTG F80/1-2004对已竣工的路面进行弯沉检测，采集全线路面弯沉(盆)信息资料，根据路面弯沉资料，分标段对路基路面的综合承载能力、施工质量进行评定。

　　5、 结论

　　(1)FWD测试弯沉与贝克曼梁的测试弯沉具有良好的相关性。对于路面结构相当的情况下，不必每次测试都进行对比试验。

　　(2)由于FWD测试消除了人为读表误差、气压随气温变化产生的误差等多种因素的影响，加之位移传感器精度高，测试重复行稳定，故其测试结果具有较高的精度，其测试数据可用于路面结构的模量反算，以此对各层质量进行分析，以及为设计单位提供可靠的数据依据。

　　参考文献：

　　1、 中华人民共和国行业标准.JTG E60-2008公路路基路面现场测试规程.北京：人民交通出版社，2008

　　2、 中华人民共和国行业标准.JTG D40-2011公路水泥混凝土路面设计规范.北京：人民交通出版社，2011

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