FWD在道路弯沉检测中的应用及对比试验研究.doc

FWD在道路弯沉检测中的应用及对比试验研究阳书燕（四公司武广XXTJ I标项目部）摘要：对FWD及其在道路弯沉检测中的应用做了介绍，同时进行了落锤式弯沉仪(FWD)与贝克曼梁(BB)的弯沉对比试验。试验结果表明：在相同的测试状况下，两种设备的弯沉测定值之间具有良好的相关关系，并给出了相互转换的推荐公式。试验结果同时表明，FWD测试精度要高于贝克曼梁法。关键词:FWD；弯沉；检测；对比试验近几年来，各高速公路以及许多城市都相继建立了各自的道路养护管理系统，这些系统的建立有效地保证了道路养护的科学性，但普遍面临数据采集手段相对落后的问题：以往采用的设备在使用时费时、费力、影响交通，有些还要破坏现有道路，而且采集数据的精度也难以得到保证。在最近的几十年里，随着计算机技术、自动化控制技术、高精度测微技术的进步，各种新型无损检测技术应运而生，落锤式弯沉仪（FWD）就是其中之一。一、落锤式弯沉仪简介落锤式弯沉仪是目前应用较为广泛的弯沉检测设备，它可以快速、安全、准确地采集到大量弯沉盆信息，是道路弯沉检测和结构性能评价的理想工具，在我国，越来越多的检测单位开始采用它进行弯沉检测。它的基本原理是通过液压系统提升和释放重锤块对路面施加冲击荷载，荷载大小由落锤质量和起落高度控制，荷载时程和动态弯沉盆均由相应的传感器测定。其系统构成以KUAB150型FWD为例，如图1所示。图1 KUAB落锤式弯沉仪系统组成(双锤)1导向架 2落锤 3框架 4定向钢轴 5上部橡胶缓冲器 6下部橡胶缓冲器7支撑脚 8底部重块 9承载板 10橡胶板法国于20世纪60年代首先提出冲击式动力弯沉仪的初步设想，70年代后期丹麦和瑞典首先研制成FWD。80年代以后，美国、英国和日本等相继引进和仿制了这种弯沉仪。FWD的冲击荷载与时速6080公里的车辆对路面的荷载相似，可以较好地模拟行车荷载作用，并且测速快，精度高，因此自20世纪80年代初以来，fwd在国际上得到日益广泛的应用，至今已有60多个国家和地区引进了fwd，我国到2005年底有约60多台FWD在各地使用，并且已有多家单位开始研制和生产国产的FWD。FWD根据落锤形式分为单锤和双锤两种。单锤是重锤直接冲击路面，测定的荷载时程曲线为双峰曲线；双锤是落锤由一定高度落下，通过橡胶缓冲器作用在放置在路面上的重块，然后共同作用于路面，得到的荷载时程曲线为光滑的抛物线。一般认为双锤FWD测得的数据更加稳定可靠。根据运载形式还可将FWD分为车载式和拖挂式两种，车载式FWD一般由中型面包车改装而成，仪器安装在这些车的内部；拖挂式FWD则需另外配备一台牵引车，操作人员在牵引车内对仪器进行操作，它对驾驶员的驾驶熟练程度有较高的要求。二、对比试验研究尽管FWD具有很多优越性，其应用也非常广泛，但在我国，其应用尚未步入规范化、标准化阶段。我国的公路路基路面现场测试规程虽已将FWD列为弯沉检测设备，但没有具体评定的标准，不能直接用于施工质量检测。因此，为了广泛的应用FWD，如将FWD弯沉数据直接用于施工质量检测，需进行FWD和贝克曼梁（BB）之间弯沉检测对比试验研究，建立其相关性。国内外曾开展了各种弯沉仪的对比试验研究，如荷兰、美国、澳大利亚、瑞典、丹麦等国先后做过对比试验，取得了重要的成果。一般认为它们两者之间有良好的线性关系，但是由于各地对比试验的道路材料类型、弯沉仪型号、气候等条件都不相同，得到的线性关系也不尽相同，一般认为，对于每一地区，每一种特定的路面结构，都应进行单独的对比试验，以建立其相关关系。在深圳市深南大道改造施工中，对部分路段路基的弯沉检测做了对比试验，试验步骤为：先进行BB试验，在试验位置做好标记，再进行FWD试验。试验结果如表1所示，经过相关性分析，给出了BB和FWD之间的相关关系，得出相应的线性关系式为LBB=1.6953LFWD-8.6144，相关系数为0.7741；抛物线关系式为LBB=-0.0071LFWD2+1.9213LFWD-10.324，相关系数为0.7744。式中：LBB、LFWD分别为贝克曼梁、落锤式弯沉仪测量的弯沉值。表1 FWD和贝克曼梁弯沉对比试验结果表(弯沉单位：0.01mm)距离（m）左幅右幅BBFWDBBFWD90402417.01816.090602015.32215.690802417.62015.491001211.7811.291201815.22217.091402016.02016.191602419.93022.0918088.8810.192001014.22016.792201211.21013.290502416.62016.490301816.31820.090102418.61616.889902014.11819.789701216.02016.889501211.31012.889302819.93221.789102620.72822.688901614.91213.888701212.91012.588501010.52417.0均值17.815.218.416.3方差6.23.36.93.4变异系数0.350.220.380.21图2 FWD对比试验直线图对比试验弯沉值分布以及FWD与贝克曼梁检测的相关分析结果表明：（1）在相同的测试条件下，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。（2）两种方法存在较好的相关性，其相关系数约为0.77，由于进行对比试验的路段长度有限，道路结构的离散性小，使得试验得出的相关系数R偏小。如果要获得相关系数更大的相关关系式，必须增加对比试验的测点数量，道路结构必须有一定的差异性，即测得的弯沉应有较大的变化范围。（3）FWD采集的弯沉变异系数明显小于贝克曼梁所采集的，说明FWD测试精度较高。三、结论本文开展的FWD对比试验研究为在深圳地区将FWD检测技术直接用于路基施工质量检测提供了技术基础，为FWD的广泛应用做了铺垫。在今后的工程检测中运用FWD，可以根据实际情况选择合适的相关关系，而不必对于每个路段都进行对比试