淺談fwd在公路工程檢測(cè)中的應(yīng)用

1、<p>　　淺談FWD在公路工程檢測(cè)中的應(yīng)用</p><p>　　摘要：Falling Weight Deflectometer，簡(jiǎn)稱FWD，落錘式彎沉儀是目前國(guó)際上最先進(jìn)的路面強(qiáng)度無破損檢測(cè)設(shè)備之一，落錘式彎沉儀測(cè)定路面的動(dòng)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(cè)中的實(shí)際應(yīng)用。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：落錘式彎沉儀;公路工程;檢測(cè)應(yīng)用 &l

2、t;/p><p>　　Abstract: Falling Weight Deflectometer, referred to as FWD, falling weight deflectometer is the strength of pavement is currently the most advanced non-destructive testing equipment, falling weight d

3、eflectometer dynamic bending tester for pavement settlement, and inverse rebound modulus of pavement. This paper introduced the working principle of the equipment and its practical application in highway pavement detecti

4、on in this paper. </p><p>　　Key words: falling weight deflectometer; highway engineering; application </p><p>　　中圖分類號(hào)：X734 </p><p>　　當(dāng)今國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的高科技路面彎沉檢測(cè)系統(tǒng)Oynatest 8000型FWD。它是由Dynat

5、est國(guó)際集團(tuán)公司研制和生產(chǎn)的。Dynatest 8000型FWD測(cè)試精度高、性能可靠，特別是經(jīng)過舉世注目的美國(guó)戰(zhàn)略性公路研究計(jì)劃(SHRP)長(zhǎng)時(shí)期、大范圍地應(yīng)用和驗(yàn)證，被認(rèn)為是代表了目前國(guó)際上彎沉檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向和水平，至今已在近40個(gè)國(guó)家和地區(qū)得到廣泛地應(yīng)用。近年來，我國(guó)也引進(jìn)FWD，并投入了使用，顯示出了強(qiáng)大的優(yōu)越性。 </p><p>　　1、 FWD工作原理 </p><p>

6、　　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(dòng)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(duì)路面施加脈沖荷載，導(dǎo)致路面表面產(chǎn)生瞬時(shí)變形，分布于距測(cè)點(diǎn)不同距離的傳感器檢測(cè)結(jié)構(gòu)層表面的變形，記錄系統(tǒng)將信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)，即測(cè)定在動(dòng)態(tài)荷載作用下產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)彎沉及彎沉盆。測(cè)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(píng)價(jià)路面的承載能力。 </p><p>　

7、　2、 與常規(guī)檢測(cè)手段的比較 </p><p>　　2.1常規(guī)檢測(cè)方法 </p><p>　　現(xiàn)行路面檢測(cè)通常采用貝克曼梁法，該方法存在以下主要問題。 </p><p>　　(1)以人工操作為主，工作強(qiáng)度大，效率低，可靠性差。 </p><p>　　(2)支點(diǎn)變形，影響檢測(cè)結(jié)果，對(duì)支點(diǎn)變形的修正很難測(cè)準(zhǔn)。 </p><p&

8、gt;　　(3)僅測(cè)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。 </p><p>　　(4)沒有反映路面結(jié)構(gòu)在行車荷載作用下的動(dòng)力特性和整個(gè)彎沉盆形狀。 </p><p>　　(5)不適合對(duì)路網(wǎng)進(jìn)行大范圍的長(zhǎng)期跟蹤觀測(cè)。 </p><p>　　2.2 FWD檢測(cè)方法 </p><p>　　(1)數(shù)據(jù)采集傳輸通過高精度傳感器完成，路

9、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(guó)高等級(jí)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(cè)路面彎沉盆形狀。 </p><p>　　(2)FWD主要的技術(shù)特點(diǎn)是測(cè)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(duì)路面的動(dòng)力作用，能根據(jù)上一錘荷載和壓強(qiáng)數(shù)值自

10、動(dòng)調(diào)整下一錘的荷載，向設(shè)定荷載逼近，從而準(zhǔn)確地測(cè)定較完整的彎沉盆信息。 </p><p>　　(3)操作方式為計(jì)算機(jī)控制下的自動(dòng)量測(cè)，所有測(cè)試數(shù)據(jù)均可顯示在屏幕上或打印出來或存儲(chǔ)在軟盤上?？奢敵鲎饔煤奢d、彎沉(盆)、路表溫度及測(cè)點(diǎn)間距等?？纱蛴澇疗骄?、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)及代表彎沉值等數(shù)據(jù)。 </p><p>　　3、 FWD與貝克曼梁的相關(guān)性 </p><p>　

11、　FWD所測(cè)的彎沉為動(dòng)態(tài)總彎沉，不同于貝克曼梁所測(cè)的靜態(tài)回彈彎沉?？赏ㄟ^對(duì)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(cè)定的動(dòng)態(tài)彎沉換算成貝克曼梁測(cè)定的靜態(tài)回彈彎沉值。 </p><p><b>　　3.1路段的選擇 </b></p><p>　　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(cè)定方法的對(duì)比試驗(yàn)，選擇對(duì)比路段的長(zhǎng)度，理論上應(yīng)是越長(zhǎng)越

12、好。但在實(shí)際應(yīng)用中，每種相同結(jié)構(gòu)、每次對(duì)比試驗(yàn)應(yīng)不少于5O個(gè)測(cè)點(diǎn)，彎沉值應(yīng)有一定的變化幅度。 </p><p>　　3.2根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算兩者間相關(guān)關(guān)系 </p><p>　　在廣三高速公路三水段進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，按照規(guī)范的要求，以 5個(gè)有代表性的路段進(jìn)行對(duì)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

13、路面基層的回歸方程為L(zhǎng)BB= 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(cè)量的彎沉值。 </p><p>　　對(duì)比試驗(yàn)彎沉分布以及FWD與貝克曼梁檢測(cè)的相關(guān)分析結(jié)果表明： </p><p>　　(1)兩者的測(cè)試結(jié)果具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，F(xiàn)WD測(cè)得的彎沉值越大，貝克曼梁測(cè)得的彎沉值也越大，反之亦然，兩種檢測(cè)結(jié)果也很

14、接近。但 FWD測(cè)試精度遠(yuǎn)高于貝克曼梁法。 </p><p>　　(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(duì)比試驗(yàn)結(jié)果相關(guān)性較差，應(yīng)對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析比較，以確定合理檢測(cè)方案。在工程檢測(cè)中，能夠根據(jù)實(shí)際情況選擇一種檢測(cè)方法，而不必對(duì)于每個(gè)路段都進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。 </p><p>　　4、 在工程檢測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用 </p><p>　　4.1施工過程

15、檢測(cè)控制 </p><p>　　在一段路基施工結(jié)束并經(jīng)檢測(cè)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(duì)該層進(jìn)行了彎沉檢測(cè)，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(cè)結(jié)果及時(shí)責(zé)令施工單位進(jìn)行返工，杜絕了質(zhì)量

16、隱患，避免了不良的社會(huì)影響和一定的經(jīng)濟(jì)損失。 </p><p>　　4.2在剛性路面脫空識(shí)別上的應(yīng)用 </p><p>　　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(píng)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(duì)使用中的水泥混凝土路面，以可靠方法評(píng)定板下基礎(chǔ)脫空的位置及嚴(yán)重性。及時(shí)采取有效的措施，恢復(fù)路面正常的使用性能，是

17、水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)管理中普遍面臨的問題。 </p><p>　　采用在混凝土板角處用FWD測(cè)試彎沉，作用荷載設(shè)定為3級(jí)（50KN、70KN、90KN）測(cè)試彎沉，以彎沉為橫坐標(biāo)，荷載為縱坐標(biāo)，把對(duì)應(yīng) 3個(gè)荷載級(jí)別的彎沉值標(biāo)注在平面圖上；畫出線性擬合直線 ，并延長(zhǎng)直線與坐標(biāo)軸相交；如果板下支撐情況較好，延長(zhǎng)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

18、，這種方法的理論基礎(chǔ)是：理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(jiǎn)便，不需要較深的理論基礎(chǔ)，適合于現(xiàn)場(chǎng)評(píng)定，在國(guó)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。 </p><p>　　4.3交(竣)工驗(yàn)收檢測(cè) </p><p>　　利用 FWD對(duì)新(改)建公路的路基 、路面綜合承載能力進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)定

19、，為工程的交(竣)工驗(yàn)收提供數(shù)據(jù)資料和評(píng)定質(zhì)量等級(jí)的依據(jù)。根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》JTG F80/1-2004對(duì)已竣工的路面進(jìn)行彎沉檢測(cè)，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(duì)路基路面的綜合承載能力、施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定。 </p><p><b>　　5、 結(jié)論 </b></p><p>　　(1)FWD測(cè)試彎沉與貝克曼梁的測(cè)試彎沉具有良好的

20、相關(guān)性。對(duì)于路面結(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)那闆r下，不必每次測(cè)試都進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。 </p><p>　　(2)由于FWD測(cè)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(cè)試重復(fù)行穩(wěn)定，故其測(cè)試結(jié)果具有較高的精度，其測(cè)試數(shù)據(jù)可用于路面結(jié)構(gòu)的模量反算，以此對(duì)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)。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b