張燕

摘 要： 在公路工程中，檢測是不可缺的重要工作之一.如果公路結構出現病害問題，輕則會影響行車舒適性，嚴重時會引起交通安全事故。為此，應當定期對路面結構進行全面檢查，借助無損檢測技術，了解路面結構的實際狀況，給病害問題的處理提供依據。借此，下面依托車載落錘式彎沉儀（FWD），展開其在公路工程檢測中的運用探究。

關鍵詞： 落錘式彎沉儀;公路檢測;無損檢測

【中圖分類號】U412 ? ? 【文獻標識碼】A ? ? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.30.157

引言：在公路建設里程不斷增加的同時，受行車荷載、自然環(huán)境等多種因素限制，大量路面出現了不同程度的早期病害，如裂縫、坑槽、車轍等，嚴重影響了路面結構使用性能，導致路面過早進入維修養(yǎng)護期。為準確了解路面使用情況，路面強度檢測成為檢測工作的關鍵。無損檢測是一種不破壞路面結構的檢測技術，已成為路面結構性能檢測的重要手段。彎沉檢測是路面養(yǎng)護當中最重要的一項指標，其目的是為了檢測路面強度，了解道路使用性能，為后期養(yǎng)護提供可靠的數據支持，從而保證行車舒適性和安全。

1 FWD應用原理

落錘式彎沉儀是指通過計算機控制液壓系統(tǒng)，將其重錘提升至一定高度并自由下落，對路面施加脈沖荷載，此荷載脈沖可模擬行駛過程中車輪荷載的影響作用。由FWD測試原理可見，在一定范圍內可通過改變重錘提升高度的方式來實現調整荷載大小的目的。利用重載荷載傳感器能夠測定出施加荷載的大小，由承載板（Ф300mm）向路面?zhèn)鬟f，產生路面變形，通過若干個傳感器測定變形情況，并利用計算機系統(tǒng)采集，換算獲取所有測點的彎沉值，此外，還應繪制“彎沉盆圖”，最終對路面結構進行評價。相比其他檢測儀器，落錘式彎沉儀的特點為精度高、測速快、可模擬行車荷載動力作用。同時，還能準確測定出多點彎沉，能夠精確地將各級荷載作用下的路表面動態(tài)彎沉曲線測量出來，真實、客觀地反映彎沉盆的情況。作為一種高效的無損檢測設備，落錘式彎沉儀是較為理想的一種檢測儀器，可以消除梁式彎沉儀存在的不足，由于其自身重量小，還能克服穩(wěn)態(tài)動力彎沉儀存在的靜力預載問題。在公路檢測中，FWD的優(yōu)越性主要體現在以下2點。1）按照彎沉盆進行路面結構各層模量反算，研究使用過程中路面材料的性能變化，提供技術參數。2）在路面強度測定和評價中，可將FWD的彎沉盆看作是一項重要指標，為公路后期養(yǎng)護維修提供數據支持。

2 彎沉盆的應用優(yōu)勢及幾何特性

2.1 優(yōu)勢

在道路工程中檢測撓度值的過程中，落錘撓度計是一種相對先進的測試設備。與傳統(tǒng)的撓度檢測設備相比，檢測優(yōu)勢主要體現在以下幾個方面：（1）檢測效率高，速度快。下降的重量偏轉器涉及以下過程：放置板，降低重量，抬起錘子和抬起板。檢測時間通常為40秒左右，現有的檢測時間為3分鐘左右，因此大大提高了該方法的檢測效率[1]。（2）檢測精度高。在跌落過程中偏轉設備的檢測過程中，負載生成器的波形標準受諸如傳感器，儀表等因素的影響。由于在跌落過程中偏轉裝置的傳感器和儀表的高精度，因此該方法用于檢測。該過程的波形標準也比較高，因此可以有效地提高檢測精度。（3）負載控制精度高。落錘式彎沉儀中使用的目標載荷精度高，有效提高了載荷控制標準。（4）較少受到外界因素的干擾。在檢測過程中，落錘偏轉設備受人為因素和環(huán)境因素的干擾較小，屬于自動檢測裝置。貝克曼梁手段在傳感過程中則受到了人、風和其它環(huán)境因素的嚴重影響。（5）數據的重復性和再現性高。該特征使得在檢測過程中下落的物體偏轉設備的檢測誤差相對較小。

2.2 幾何特性

FWD實測彎沉盆曲線內涵蓋了大量路面結構強度數據，在現階段FWD研究當中，FWD彎沉盆參數可直接用于路面結構狀況評價[2]。然而，彎沉盆參數在建立中，將會遇到彎沉盆曲線擬合模型情況，模型是否合理，勢必會對評價效果造成影響。為此，必須重視擬合模型。彎沉盆曲線基本等同于一個凹曲線，距離越遠，彎沉值越小，據國內外大量研究分析，認為效果最好的為二次分式曲線擬合效果，即二次分式曲線y=a/（1+bx2）。除彎沉盆曲線擬合外，還可以通過其他彎沉盆幾何尺寸指標，如面積指數（RAi）、形狀系數（Fi）、表面曲率指數（SCI）、彎沉比（Qi）、曲度指數（Ci）、傾斜指數（Si）、倒數（Ii）等，從各個角度反映彎沉盆的不同特性，并用于統(tǒng)計分析路面結構強度的幾何性質，用于路面強度評價。

3 落錘式彎沉儀在公路檢測中的作業(yè)程序

3.1 前期準備

準備工作是后期落錘式彎沉儀順利進行的關鍵，主要包括兩個方面。（1）用落錘式彎沉儀檢查拖車。在此過程中，相關人員必須將下降的重量放在運輸鎖的最高點。檢查中央位移傳感器裝置的測試桿與壓板底部之間的距離，并檢查測試桿距地面的距離是否超過1-2 cm。檢查彈簧和傳感器。設備的特定位置可確保彈簧在感應過程中對彈力有良好的控制。確保下降重量偏轉機構的加載板的升降平穩(wěn)。在確認這些檢查項目能夠滿足落重偏轉裝置的實際要求之后，有必要科學地調整落落物體的高度和重量，以確保測試過程中沖擊載荷的科學性[3]。（2）測試和測試準備。調整落錘偏轉儀的高度和質量后，需要在到達測試地點之前測試輪胎壓力，以確保電池酸液位保持在正常檢測水平并且壓板旋轉良好。

3.2 測試步驟

落錘式彎沉儀的測試過程主要包括三個步驟：（1）安裝并放置負載支撐板和傳感器。在放置軸承板的過程中，必須使軸承板的中心點與測量點保持一致，以使其可以自由落下，并且在此過程中，還必須放置傳感器設備。（2）啟動落錘裝置。在啟動設備之前，相關人員必須根據下落高度的特定要求逐漸增加重量。激活落錘裝置后，跌落附加功能逐漸顯示為自由落體狀態(tài)。在這種運動狀態(tài)下，沉重的錘子會在軸承板上產生一定的沖擊載荷，并且沉重的錘子會在掉落之前逐漸提升到位。重錘將重錘返回其原始位置，并且經歷了三次自由落體運動后，重錘的工作狀態(tài)逐漸穩(wěn)定，此時相關人員必須立即固定重錘[4]。（3）記錄檢測值。由于重錘將恒定的沖擊載荷施加到軸承板上，因此傳感器可以獲取實時數據，例如當重錘移動時在沖擊的影響下結構層的表面變形。最終，所獲取的傳感數據以位移數據信號的形式傳輸到計算機系統(tǒng)，并且路面撓度是這些數據的峰值。每次測量應進行3次。最終檢測數據是第三次檢測結果或第一次清除。測試數據后，我們取兩次測試的平均值。完成一個測量點的檢測后，需要提起負載支撐板和傳感器，并將下降的重量撓度計移動到另一個測量點以進行檢測。

3.3 數據分析和評估

落錘偏轉設備的檢測包括相對多的點檢測，以便相關人員可以根據數據分析和評估結果分析路面曲率，并在檢測過程中對路面偏轉數據進行綜合評估。沉指標是綜合衡量的，為了保證測試結果的準確性和有效性，可以對貝克曼梁和落錘式彎沉儀的測試結果進行全面比較[5]。這意味著貝克曼梁偏轉測試儀可用于測量車輛后輪的雙軸載荷。它與下降量偏轉計的重量的沖擊力保持相同。如果載荷參數一致，則校正先前的液滴偏轉儀的測量區(qū)域，然后使用貝克曼梁法測量同一點以確定檢測誤差，并將檢測誤差控制在合理范圍內。

4 落錘式彎沉儀在公路檢測中的應用

4.1 瀝青混凝土路面的應用

4.1.1 測點布置

在檢測瀝青混凝土路面的撓度值的過程中，必須首先對測量點進行科學的布置。測量點的放置應根據項目的實際情況而定，通常放置在道路車道的車輪履帶上。檢測過程使用傳感器來查找和獲取道路偏轉指標。

4.1.2 測試工作

調試期間，必須根據實際調試情況實時調整下落重量偏斜規(guī)軸承板的位置，以使其位置與測試點匹配。當支撐板的位置與測試點對齊時，降低傳感器并啟動下落裝置，以實現下落重物的自由下落運動[6]。如果在落錘移動時產生沖擊力，請?zhí)鸩⒄{整落錘。落錘移動時，傳感器可以實時獲取結構層的位移和變形，然后獲取路面的動態(tài)撓度盆地。

4.1.3 結果比較

在使用落錘式彎沉儀檢測變形值的過程中，有必要提高測試結果的準確性，因此需要與貝克曼梁測試進行同步比較。在比較過程中，有必要保持后橋雙輪載荷和沖擊載荷的一致性，只有在證明載荷相同的情況下，試驗結果才會更加相似。

4.2 水泥混凝土路面的應用

落錘式彎沉儀還可用于測試水泥混凝土路面的板底脫空，為水泥混凝土路面的養(yǎng)護處置提供依據。水泥混凝土路面板底脫空存在嚴重影響其使用性能和疲勞壽命，也是瀝青層加鋪前舊水泥混凝土路面處治中最難處治的一類病害，為做好路面的脫空處治需完成路面水泥板脫空的測試和判別。公路水泥混凝土路面設計規(guī)范要求利用落錘式彎沉儀進行多級加載測試脫空，彎沉測試期間的溫度狀況，對于脫空測試來說尤為重要。試驗證明，當板塊表面溫度高于板底溫度時，板中會出現凸起，板角下?lián)?，板角下?lián)现泻土税褰敲摽眨瑥澇林惦S著溫差的增大而變小，從而影響脫空的判定;當板塊表面溫度明顯低于板底溫度時，板塊會發(fā)生翹曲，即使沒有任何地基問題，大量的脫空還是會在板角處出現，從而增加了脫空的誤判。因此，進行脫空測試時，要選擇合適的天氣很重要。本試驗可采用截距值判斷板底脫空時，應測試板角彎沉，并對同一測點施加3級荷載進行測試;采用彎沉比值判定板底脫空時，應采用同一恒定荷載對板角、板中和板邊進行彎沉測試。

4.3 路基方面的應用

市政工程在市區(qū)內作業(yè)，影響因素很多，有時需要分塊分段施工，對道路的整體性帶來了很多挑戰(zhàn)，漏壓欠壓拌和不均勻等現象時有發(fā)生，怎樣控制其質量呢？FWD就起到了質量衛(wèi)士的作用。對已完工的路段做彎沉檢測，在某地方彎沉值突然變大有可能就是欠壓漏壓的地方;彎沉值波動比較大或時大時小，有可能是拌合不均勻或布料不均勻或有夾層引起的（夾層是道路最大的隱患）;彎沉值整個施工路段都很大，有可能是偷工減料或養(yǎng)護不當造成的。影響道路質量的因素錯綜復雜，怎樣逐一排除呢，部分企業(yè)在這方面遵循著一個原則是：無機結合料的含量滴定合格后再碾壓，壓實度檢測合格后再做彎沉，彎沉不合格處必返工。“彎沉不合格處必返工”很有震懾力的，能潛意識地激發(fā)工作人員的積極性、責任心。這幾年道路質量明顯提高，FWD起到了關鍵作用。

5 落錘式撓度計的應用前景

落錘偏轉儀可以很好地模擬實際行駛在路面上的效果，因此可以獲得真實的道路承載能力，并且可以在項目建設以及運營和維護中發(fā)揮重要作用。

5.1 路面施工質量檢查

道路施工完工后，應檢查施工質量，以確保施工符合設計要求和操作要求?？梢詫γ恳粚愉佈b道路的施工質量進行檢查和評估，并及時發(fā)現質量低下的隱患，可以快速，準確地識別路面強度，并可以有效地管理施工質量。

5.2 養(yǎng)護檢查

在道路運維過程中，定期對路網系統(tǒng)進行全面檢查和結構性能分析，積累養(yǎng)護管理數據，科學制定養(yǎng)護技術計劃，并投入各種養(yǎng)護資金。并合理分配資金。有效地應用它并充分利用正確的效果。

5.3 路面改造檢測

最初在中國建造的許多道路和鋪裝道路已經運營了很多年，其中大多數患有嚴重的病害。這些病害無法通過簡單的維修來解決，但必須完全重建和翻新[8]。落錘撓度測試儀可讓準確測試路面強度并確定剩余承載力，因此可以根據道路運輸要求確定合理的道路重建計劃并優(yōu)化人行道結構設計，以減少工程成本并保證最佳道路性能。

5.4 基于動力的道路路面研究

當前的道路路面設計方法仍然采用靜態(tài)設計概念，沒有考慮運行載荷對具有明顯缺陷的道路路面的動態(tài)影響。落錘式撓度儀直接模擬了行駛的靜態(tài)和動態(tài)效果，與實際效果更加吻合，可以考慮動態(tài)效果，更加科學合理。

結語：近年來，隨著公路工程項目的增多，落錘式彎沉儀在公路檢測中得到了日益廣泛的應用。作為一種新型的檢測設備，落錘式彎沉儀具有較高的檢測效率和檢測精度，其檢測結果可用于彎沉值的有效控制。

參考文獻

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