落錘式彎沉儀在道路檢測中的應用研究

吳孔明

摘 要：本文主要對對落錘式彎沉儀的有關原理進行研究，并和貝殼曼梁實驗進行了比較，從實驗中清楚的表明落錘式彎沉儀在道路檢測中的使用所具有的顯著效果，筆者依據多年經驗總結相關建議，提供給相關人士，供以借鑒。

關鍵詞：落錘式彎沉儀；原理；方法

由于落錘式彎沉儀（FWD）在對路基路面進行檢測的過程中，能夠將梁式彎沉儀所存在的不足之處加以彌補，并且使用現代化設備收集相應的數據，有著速度快、精準性高的特點，并且在相關領域獲得了較多的認可。對此，本文主要對FWD在道路檢測中的具體使用情況進行分析，進而提出合理化的建議，供相關人士借鑒。

1、工作原理

相關人員利用提錘裝置，將具有一定質量的重錘抬高到一定的高度，接著重錘落到指定的平臺上，就會產生沖擊荷載。而所產生的荷載量通過承載板的形式輸送到路面中。這種荷載較好的將行車對路面所產生的動態荷載詳細的模擬出來。而路面會因為在荷載的影響下而產生一定的變形情況，就是一個彎沉盆。

測量系統是使用力傳感器以及相應的傳感器將最大沖擊荷載所產生的數值以及相應的彎沉值測量出來，將被測路面所具有的動態變形模量值詳細的計算出來。

2、主要設備

一般情況下，落錘式彎沉儀主要分為兩個種類，一種是拖掛式，另一種是內置式，有諸多裝置共同組成，如荷載發生裝置、車輛牽引體系等。

（1）荷載發生裝置。由于重錘所具有的質量以及下落的高度是依據具體使用情況以及道路而進行選取的，荷載一般都是由傳感器進行檢測的。通常情況下，重錘的質量普遍在200kg±10kg的范圍內，可利用相應的沖擊荷載，由于承載板直接大概為30cm左右，因此對路面所產生的壓強恰好是0.7MPa。

（2）對于彎沉檢測裝置來說，是具有狗啊精度位移傳感器構成的檢測裝置。

（3）就運算控制系統而言，可以在沖擊荷載作用的基礎上，將沖擊荷載以及不同位置所產生的動態變形情況仔細的記載下來，利用現代化設備加以處理。

3、方法和步驟

3.1準備工作

a）調整重錘的質量及落高，使重錘的質量及產生的沖擊荷載符合第2條的要求。b）在測試路段布置的測點，其位置或距離隨測試需要而定。當在路面表面測定時，測點布置在行車道的輪跡帶上。測試時，還可利用距離傳感器定位。c）檢查FWD的車況及使用性能，用手動操作檢查，各項指標符合儀器規定要求。d）將FWD牽引至測定地點，將儀器打開，進入工作狀態。牽引FWD行駛的速度不宜超過50km/h。e）對位移傳感器按儀器使用說明書進行標定，使之達到規定的精度要求。

3.2測試步驟

a）承載板中心位置對準測點，承載板自動落下，放下彎沉裝置的各個傳感器。b）啟動落錘裝置，落錘瞬即自由落下，沖擊力作用于承載板上，又立即自動提升至原來位置固定。同時，各個傳感器檢測結構層表面變形，記錄系統將位移信號輸入計算機，并得到峰值，即路面彎沉，同時得到彎沉盆。每一測點重復測定應不少于3次，除去第一個測定值，取以后幾次測定值的平均值或直接取第3次落錘測值作為計算依據。c）提起傳感器及承載板，牽引車向前移動至下一個測點，重復上述步驟，進行測定。

4、對比實驗

4.1路段選擇

因為不同路面中所具有的材料、路基的基本情況、水文條件等方面都存在較大的差異性，所呈現出來的對比關系也是不一致的。為了將數據的精確度加以提升，相關人員應當依據各個地區的具體情況而選擇具有典型意義的路段，并將FWD與貝克曼梁彎沉儀（BB）進行詳細的比較，為動彎沉換轉變成回彈彎沉值提供方便。相關人員選擇了一段距離在300～1000m范圍內的路段，而相應的彎沉值應當具備變化的幅度。

4.2對比試驗步驟

a）采用與實際使用相同且符合要求的FWD及BB彎沉儀測定車，FWD的沖擊荷載應與BB彎沉儀測定車的后軸雙輪荷載相同。b）用油漆標記對比路段起點位置。c）按規程用BB定點測定回彈彎沉，測定車開走后，以測點為圓心畫一個半徑為15cm的圓，標明測點位置。d）將FWD的承載板對準圓圈，位置偏差不超過30mm。兩種儀器對同一點彎沉測試的時間間隔不超過10min。

4.3對比試驗結果

不妨設x和y之間具有良好的線性關系，即y=Ax+B，通過對比數據的回歸計算確定A、B值，并計算其線性相關系數R。

式中：Ex、Ey、Exy分別為xi、yi和（xi×yi）的算術平均值；Sx、Sy分別為xi、yi的標準差；A為線性回歸系數，B為常數，R為線性相關系數。

在計算時首先計算出Ex、Ey、Exy、Sx、Sy5個隨機變量的數字特征值，然后利用公式（2）、（3）、（4）分別得出R、A、B的值。

根據《公路路基路面現場測試規程》，當R≥0.95時，兩種檢測方法具有線性相關性，可以使用落錘式彎沉儀進行道路檢測和評價。

為方便起見，可利用CASIOFx-4850P微型計算機“雙變量統計計算”法，將相應的的125組數據輸入其中計算，得出Ex、Ey、Exy、Sx、Sy5個隨機變量的數字特征值。

5、檢測報告

當相關人員在對落錘式彎沉儀進行檢測的過程中，將相應的工作界面打開，然后找到有關信息，將A=0.9337、B=-2.7338這一參數輸入到界面中，并且依據地域中具有的季節、溫度等因素選擇恰當的參數以后，就可以依據“方法和步驟”的操作形式依次檢測。當所有內容都檢測完畢以后，現代化設備就立刻形成了一份報告，具體的內容請看下面：

a）與貝克曼梁彎沉儀對比試驗的相關關系式、相關系數。b）各測點的最大彎沉測定數據。c）每一個評定路段全部測點彎沉的平均值、標準差、代表彎沉值和評定結果及特異值點情況。

6、結語

通過以上內容的論述，可以得知：本文主要將FWD應用到道路檢測中的基本原理以及操作要點進行了研究，FWD有著較多的優勢，如速度快、較高的精準度等，在大規模的測試中較為適合，在某種程度上為道路設計提供了重要的參考依據，屬于一種新型的檢測技術，相信在未來的發展道路上有著廣泛的前景。