公路工程職稱論文FWD在公路工程檢測中的應(yīng)用

　　摘要：Falling Weight Deflectometer，簡稱FWD，落錘式彎沉儀是目前國際上最先進(jìn)的路面強(qiáng)度無破損檢測設(shè)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(shè)備的工作原理及其在公路路面檢測中的實(shí)際應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：落錘式彎沉儀,公路工程,檢測應(yīng)用

　　當(dāng)今國際上應(yīng)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(tuán)公司研制和生產(chǎn)的。Dynatest 8000型FWD測試精度高、性能可靠，特別是經(jīng)過舉世注目的美國戰(zhàn)略性公路研究計(jì)劃(SHRP)長時期、大范圍地應(yīng)用和驗(yàn)證，被認(rèn)為是代表了目前國際上彎沉檢測技術(shù)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(yīng)用。近年來，我國也引進(jìn)FWD，并投入了使用，顯示出了強(qiáng)大的優(yōu)越性。

　　1、 FWD工作原理

　　落錘式彎沉儀通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)啟動落錘裝置，使一定質(zhì)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(dǎo)致路面表面產(chǎn)生瞬時變形，分布于距測點(diǎn)不同距離的傳感器檢測結(jié)構(gòu)層表面的變形，記錄系統(tǒng)將信號傳輸至計(jì)算機(jī)，即測定在動態(tài)荷載作用下產(chǎn)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(jié)構(gòu)層模量、接縫傳荷能力及路面脫空等指標(biāo)，從而科學(xué)地評價(jià)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(qiáng)度大，效率低，可靠性差。

　　(2)支點(diǎn)變形，影響檢測結(jié)果，對支點(diǎn)變形的修正很難測準(zhǔn)。

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

　　(4)沒有反映路面結(jié)構(gòu)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(wǎng)進(jìn)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(jié)構(gòu)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(nèi)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(jié)構(gòu)，彎沉影響半徑已達(dá) 3～5 m，傳感器分布范圍應(yīng)布置在距荷載中心3～4 m范圍內(nèi)，以量測路面彎沉盆形狀。

　　(2)FWD主要的技術(shù)特點(diǎn)是測速快(4OS/點(diǎn))，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(qiáng)數(shù)值自動調(diào)整下一錘的荷載，向設(shè)定荷載逼近，從而準(zhǔn)確地測定較完整的彎沉盆信息。

　　(3)操作方式為計(jì)算機(jī)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。可輸出作用荷載、彎沉(盆)、路表溫度及測點(diǎn)間距等?？纱蛴澇疗骄怠?biāo)準(zhǔn)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(guān)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(yàn)得出兩者之間的相關(guān)關(guān)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(jié)構(gòu)類型完全相同的路段，不同地區(qū)選擇代表性路段，進(jìn)行兩種測定方法的對比試驗(yàn)，選擇對比路段的長度，理論上應(yīng)是越長越好。但在實(shí)際應(yīng)用中，每種相同結(jié)構(gòu)、每次對比試驗(yàn)應(yīng)不少于5O個測點(diǎn)，彎沉值應(yīng)有一定的變化幅度。

　　3.2根據(jù)測量數(shù)據(jù)計(jì)算兩者間相關(guān)關(guān)系

　　在廣三高速公路三水段進(jìn)行了對比試驗(yàn)，按照規(guī)范的要求，以 5個有代表性的路段進(jìn)行對比，并進(jìn)行回歸分析，得出相應(yīng)土路基的回歸方程為 LBB= 1.2941 x LFwD一 9.4212，相關(guān)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(guān)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(yàn)彎沉分布以及FWD與貝克曼梁檢測的相關(guān)分析結(jié)果表明：

　　(1)兩者的測試結(jié)果具有良好的對應(yīng)關(guān)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(jié)果也很接近。但 FWD測試精度遠(yuǎn)高于貝克曼梁法。

　　(2)兩種方法存在良好的相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.90以上。如果對比試驗(yàn)結(jié)果相關(guān)性較差，應(yīng)對結(jié)果進(jìn)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(shí)際情況選擇一種檢測方法，而不必對于每個路段都進(jìn)行對比試驗(yàn)。

　　4、 在工程檢測中的實(shí)際應(yīng)用

　　4.1施工過程檢測控制

　　在一段路基施工結(jié)束并經(jīng)檢測交工后，轉(zhuǎn)入路面底基層施工，在底基層施工結(jié)束后，我們利用FWD對該層進(jìn)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(jìn)行路面結(jié)構(gòu)層模量反算，其結(jié)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(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)模量值自上而下遞減的規(guī)律，判定該層施工質(zhì)量存在問題。建設(shè)單位可據(jù)此檢測結(jié)果及時責(zé)令施工單位進(jìn)行返工，杜絕了質(zhì)量隱患，避免了不良的社會影響和一定的經(jīng)濟(jì)損失。

　　4.2在剛性路面脫空識別上的應(yīng)用

　　當(dāng)混凝土板下產(chǎn)生唧泥、脫空后，采用壓漿或封底是一種有效的修復(fù)方法，但這應(yīng)當(dāng)是以準(zhǔn)確評定脫空狀況為基礎(chǔ)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(chǔ)脫空的位置及嚴(yán)重性。及時采取有效的措施，恢復(fù)路面正常的使用性能，是水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)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(shè)定為3級(50KN、70KN、90KN)測試彎沉，以彎沉為橫坐標(biāo)，荷載為縱坐標(biāo)，把對應(yīng) 3個荷載級別的彎沉值標(biāo)注在平面圖上;畫出線性擬合直線 ，并延長直線與坐標(biāo)軸相交;如果板下支撐情況較好，延長線將穿過坐標(biāo)原點(diǎn)，或距離原點(diǎn)0.05 mm以內(nèi)，大于0.05 mm將認(rèn)為脫空存在，通常越偏離原點(diǎn)，脫空情況越嚴(yán)重，這種方法的理論基礎(chǔ)是：理論計(jì)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(yīng)當(dāng)為0，或接近于0。該方法的優(yōu)點(diǎn)是快速簡便，不需要較深的理論基礎(chǔ)，適合于現(xiàn)場評定，在國內(nèi)外實(shí)際應(yīng)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(yàn)收檢測

　　利用 FWD對新(改)建公路的路基、路面綜合承載能力進(jìn)行檢測和評定，為工程的交(竣)工驗(yàn)收提供數(shù)據(jù)資料和評定質(zhì)量等級的依據(jù)。根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》JTG F80/1-2004對已竣工的路面進(jìn)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(biāo)段對路基路面的綜合承載能力、施工質(zhì)量進(jìn)行評定。

　　5、 結(jié)論

　　(1)FWD測試彎沉與貝克曼梁的測試彎沉具有良好的相關(guān)性。對于路面結(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)那闆r下，不必每次測試都進(jìn)行對比試驗(yàn)。

　　(2)由于FWD測試消除了人為讀表誤差、氣壓隨氣溫變化產(chǎn)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(fù)行穩(wěn)定，故其測試結(jié)果具有較高的精度，其測試數(shù)據(jù)可用于路面結(jié)構(gòu)的模量反算，以此對各層質(zhì)量進(jìn)行分析，以及為設(shè)計(jì)單位提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1、 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).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(biāo)準(zhǔn).JTG D40-2011公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范.北京：人民交通出版社，2011

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