FWD、承載板與貝克曼梁在路面檢測中的對比分析

邵琦?吳震

摘 要：針對路面檢測的三種方法，根據相關圖表數據分析FWD、承載板與貝克曼梁法的優缺點。

關鍵詞：FWD；貝克曼梁；承載板；彎沉

隨著我國高速公路里程數的逐年增長，及時準確地檢測高速公路的使用狀況，充分節約養護資金，對高速公路實現科學的管理， 已越來越受到人們的重視。目前我國路面檢測技術總體上比較落后，路面彎沉檢測設備是貝克曼梁式彎沉儀。雖然該方法操作簡單，但整個測試過程全是人工操作，測試結果受人為因素的影響較大，而且測試速度較慢，因此，研究和開發新型的路面無損檢測工具和評價方法日益受到廣泛的重視，落錘式彎沉儀（FWD ） 這種動態檢測設備代替傳統的貝克曼梁（BB） 來實現對彎沉的無損檢測已越來越得到人們的認可，對FWD 的開發和應用也取得了大量的成果。本文著重對FWD這一新方法與傳統方法進行了比較分析。

1 三種檢測方法的工作原理

1.1 FWD

落錘式彎沉儀一般通過液壓裝置提升加載重物，然后釋放落下，靠強大的沖擊荷載對路面施加壓力。該荷載通過一剛性圓盤傳至路面，荷載的大小可以通過提升重物的高度來調整。落錘式彎沉儀對路面的加載方式和實際的行車比較接近，因此測試結果會比較真實反映路面結構的使用性能。它不僅克服了梁式彎沉儀的缺陷，而且它能測出很多彎沉點能夠比較精確地描繪出整個彎沉盆。

1.2 貝克曼梁法

靜力彎沉儀用于觀測路面在靜載或緩慢加載情況下的彎沉。常見的有貝克曼梁法和自動彎沉儀。貝克曼梁是應用實踐較久也是國家標準的彎沉檢測方法。它利用載重汽車對路面加載，彎沉觀測按照某種標準規程來完成。由于貝克曼梁設備價格低，加載方法直觀，而且荷載大小和測點位置可以方便地改變，因此得到了普遍的應用。但它存在一些重要的技術問題：作為參照點的前支點必須在彎沉范圍之外，對于剛性路面這是不容易做到的，因此會導致觀測數據不夠精確。測出的彎沉點較少，難以確定彎沉的準確形狀和尺寸。

1.3 承載板法

通過承載板對土基的和各結構層的逐漸加載、卸載的方法，測出每一級荷載作用下相應的彎沉。此種方法主要是通過彎沉值計算求得各層的回彈模量。它的缺點和貝克曼梁相同也是不能夠準確的測試出數據。

2 三種彎沉對比分析

土基上3 種試驗的彎沉值見圖1。總體上看，貝克曼梁的數據與承載板的數據表現出很強的相關性， 特別是前個測點的數據， 幾乎相等；在隨后的測點中 FWD 的數據略大于貝克曼梁的數據； 3 種試驗數據的基本趨勢是一致的，都有一定的相關性。

底基層上3 種試驗的彎沉值見圖2， 由此可以看出， FWD與貝克曼梁及承載板的數據在前幾個測點中略有差距，但是3 種試驗彎沉數據的趨勢是很相似的， 尤其是FWD 和貝克曼梁之間， 存在良好的相關性。

基層上3 種試驗所測得的表面彎沉值見圖3。直觀上看， 3 種試驗所測彎沉具有近似相同的趨勢， 且與在底基層上的結果很相似， 在數值上都是FWD 最大， 貝克曼梁最小，承載板大致居與兩者之間。

3 FWD與貝克曼梁優缺點比較

用貝克曼梁測量其現有彎沉值，計算參數在很大程度上受主觀因素的影響和實驗條件的限制，其中存在的主要問題有：

1）通常僅能測得靜態汽車荷載作用下路面的單點（最大）回彈彎沉值，無法反映路面結構在行車荷載作用下的動力特性和整個彎沉盆形狀；

2）由于采用的是杠桿工作原理，當彎沉盆范圍較大時，支點變形對測試結果有明顯的影響；

3）整個測試過程依賴人工操作，測試結果受人為因素的影響較大；

4）根據貝克曼梁法觀測得到的最大彎沉，無法確定路面結構層的材料性能；

5）國內關于路面材料強度的檢測仍依賴于鉆孔、挖坑等破壞性方法；

6）測試速度慢，適應能力差，操作不便利，不適合大范圍的路網普查和對路面的長期觀測；

7）由于采取人工操作，易受外界干擾，可靠性不高，隨著路面等級及強度的提高，彎沉盆半徑會增大，測量出的結果必須對支點進行修正；

8）僅測量路面單點最大回彈彎沉值不能反映運動車輛對路面的動力作用。

FWD與其他彎沉檢測設備相比，其具有明顯的優越性其技術特點主要表現在：

1）計算機自動采集數據，可以連續地快速測量，1h大約能夠進行60次試驗，特別適合于大規模測試；

2）準確性和精度高，彎沉分辨率達1μm；c）加載范圍大，可以在0.7t～12t之間變化；

3）能夠準確地測定較完整的彎沉盆信息，為路面結構層模量反算提供了必要的基礎；

4）加載系統能較好地模擬行車荷載作用，且可進行多級加載；

5）彎沉盆由1組傳感器測定，使得無損評價多層路面結構成為可能；

6）FWD不僅克服了梁式彎沉儀的固有缺陷，而且儀器本身重量輕，解決了穩態動彎沉儀的靜力加載問題。

4 結語

總的來說，FWD及貝克曼梁檢測方法各有其特點；雖然貝克曼梁法操作簡單，但整個測試過程全是人工操作，測試結果受人為因素的影響較大，而且測試速度慢、精度低、可靠性差，只適用于柔性路面。從另一方面說，它又是其他彎沉測試方法的基礎，測試原理簡單，彎沉儀價格便宜，易于實現。而FWD可根據彎沉盆反算路面結構各層的模量，研究路面材料在使用過程中的性能變化情況，提供技術參數且其測量過程受外界干擾小，系統精度高，能夠準確測定多點彎沉，量測到各級荷載作用下的路表面動彎沉曲線，準確地反映彎沉盆的形狀，因此在當今更具實用性。（ 作者單位：鄭州大學水利與環境學院）

參考文獻

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[4]張洪華. 落錘式彎沉儀與貝克曼梁在半剛性路面上的彎沉對比試驗研究.公路交通科技 1993 （04）

作者簡介

邵琦（1991-），男，漢，內蒙古呼倫貝爾市阿榮旗，鄭州大學，水利與環境學院，本科在讀，道路橋梁與渡河工程

吳震（1991-），男，漢，河南省駐馬店市驛城區，鄭州大學，水利與環境學院，本科在讀，道路橋梁與渡河工程