FWD落錘式彎沉儀在道路檢測中的運用研究

謝榮輝

摘要：FWD落錘式彎沉儀是目前國際上最先進的彎沉檢測無損檢測設備之一，具有檢測速度快、適應多變交通環境的特點，在目前自動化檢測和路面交通安全復雜環境下其比傳統貝克曼梁彎沉檢測有著較大的優勢。本文系統全面地介紹了該設備的工作原理、檢定方法及其在道路彎沉檢測中的操作要點。

【關鍵詞】落錘式彎沉儀;彎沉檢測;運用研究

路面彎沉是我國柔性路面強度測量的一項重要指標，是表征公路路基路面承受整體強度的主要參數。彎沉的定義一般是指路基或路面表面在規定標準車的荷載作用下輪隙位置產生的垂直回彈變形值（回彈彎沉）或總垂直變形值（總彎沉）， 以0.01mm 為單位。常用的檢測方法有：貝克曼梁法、FWD落錘式彎沉儀法、自動彎沉儀法、激光彎沉測定儀法。本文以我中心購買的Dynatest8002 FWD落錘式彎沉儀為列，著重分析了落錘式彎沉儀的測試原理、檢定方法、與貝克曼梁法檢測結果的對比及在道路檢測中的操作要點。

1.FWD落錘式彎沉儀測試原理

1.1Dynatest 8002 FWD落錘式彎沉儀的主要組成

由荷載發生裝置（包括落錘、承載板）、彎沉檢測裝置（包括彎沉傳感器、線路及信號處理元件）組成。

1.2FWD落錘式彎沉儀的工作原理

Dynatest 8002 FWD落錘式彎沉儀的工作原理是通過計算機系統控制液壓系統啟動落錘裝置，使一定質量的落錘從一定高度自由落下，沖擊力作用于路面，使路面表面產生瞬間變形，分布在距測點間不同距離的多個傳感器檢測結構層表面的變形，即測定在動態荷載作用下產生的動態彎沉及彎沉盆。荷載的大小通過改變錘重的提升高度調整。

1.3FWD落錘式彎沉儀測試系統技術要點

根據使用要求， 對測試系統確定了如下技術要求：

（1）荷載范圍：7-120KN。

（2）位移傳感器分辨力： 1微米。

（3）荷載盤直徑 30cm或45cm。

（4）位移傳感器數量9 個。

（5）脈沖荷載形態： 近似半正弦波， 脈沖荷載寬度25-30ms。

2.FWD落錘式彎沉儀的優點

與傳統貝克曼梁彎沉檢測對比FWD落錘式彎沉儀主要有以下優點。

（1）落錘式彎沉儀具有檢測速度快、適應多變交通環境的特點。

（2）檢測結果實時記錄在系統軟件中，更加準確、客觀。

（3）在測試車操作室即可完成測試，相比檢測人員站在路面現場操作更加安全。

3.FWD落錘式彎沉儀的計量檢定方法及性能要求

3.1荷載準確性

（1）在符合規定的路面上放置標準荷載傳感器，連接數據采集系統，并使承載板位于標準傳感器的正上方，3次穩定落錘后進行第1組不同高度的重復落錘試驗，選擇4個落錘高度，其最低落錘高度為總高度的20% ～40% ，最高落錘高度應大于總高度的60%，每個高度都進行10次重復落錘試驗。通過標準傳感器數據采集系統和落錘式彎沉儀操作系統分別記錄標準荷載傳感器和落錘式彎沉儀荷載傳感器的測值，按下式計算第一組試驗得出的荷載傳感器修正系數：a=F/Ffwd，式中：a--線性回歸系數，即第1組試驗得出的荷載傳感器修正系數;F-標準荷載傳感器測值 ，單位為千牛（kN）;Ffwd-落錘式彎沉儀荷載傳感器測值，單位為千牛（kN）。（2）進行第2組平行試驗。兩組試驗得出的修正系數之差不大于0.003，則取兩組試驗的平均值為荷載傳感器修正系數。（3）如兩組試驗得的荷載傳感器修正系數之差大于0.003 ，則再進行1次平行試驗。如3組試驗所得修正系數的標準差不大于0.003，，則取3組試驗的平均值荷載測試結果與標準荷載傳感器結果比較，允許誤差為土2% ，即荷載傳感器修正系數在0.980 ～1.020;分辨力0.1kN。

3.2荷載重復性

對同-測試點同-高度進行連續10次重復落錘測試，計算平均值和標準差，落錘式彎沉儀荷載傳感器測值的荷載標準差不大于均值的2% +0. 2kN。

3.3彎沉準確性

落錘式彎沉儀彎沉測試結果與標準位移傳感器測試結果進行比較，允許誤差為 1土2% ，即彎沉傳感器修正系數在0.980 ～1.020之間;分辨力1微米。

3.4彎沉重復性

對同一測試點同一高度進行連續40次重復彎沉測試，落錘式彎沉儀彎沉傳感器測值的彎沉值標準差應不大于3微米。

4.FWD落錘式彎沉儀與貝克曼梁彎沉儀的對比試驗

目前我國路面設計和檢測均以貝克曼梁回彈彎沉值為標準， FWD落錘式彎沉儀檢定合格后，還要求FWD 落錘式彎沉儀測試值應根據對比試驗換算成貝克曼梁測試值， 并且回歸方程式相關系數R不得小于0. 95。

為了測定Dynatest8002 FWD 與貝克曼梁之間的相關性， 我們對廣東省仁化（湘粵界）至博羅公路新豐至博羅段LM6標K460+000～K460+600段路面進行了FWD落錘式彎沉儀和貝克曼梁2 種不同方法的彎沉測試，該路段采用倒樁路面結構，彎沉值有一定的變化幅度。FWD落錘式彎沉儀測試間距取20 m， 荷載為0.7MPa， 在同一測點錘擊3 次，取后2 點測定結果的平均值作為該測點的實測彎沉值， 與貝克曼梁法的測值作對比分析。以30 個實測值進行線性回歸分析（ 見表1、圖1）。

5.FWD落錘式彎沉儀實際測試過程中的測試要點及注意事項

5.1 測試前準備

（1）檢查測試系統各傳感器，調整落錘的質量及落高，使落錘的質量及產生的沖擊荷載符合規范要求。（2）檢查測試車輪輪胎氣壓，應達到車輛輪胎規定的標準氣壓，車胎應清潔，不得黏附雜物。（3）根據設備操作手冊進行安裝，確保緊固裝置安裝牢固。（4）打開系統電源，打開控制開關，打開前后保險裝置，檢查各部件的工作狀態。

5.2 測試步驟

（1）測試開始后，使承載板中心位置對準測點，導入路面溫度。（2）點擊開始檢測，輸入測點位置，承載板與傳感器自動落下后，落錘瞬間自由落下，沖擊力作用于承載板上，再提升至原來的位置，同時各個傳感器自動檢測結構層表面變形，采集系統將位移信號傳入計算機，得到峰值，即為路面彎沉值，同時得到彎沉盆。每一測點重復測定不少于3次，舍棄第1個測定值，取后2次測定值的平均值作為測定值。（3）測點測試完成后，系統自動提起承載板及傳感器，完全提起后，牽引車向前移動至下一個測點，重復上述步驟，進行測定。（4）測試完成后，關閉測試軟件，測試數據自動保存，檢查測試數據完整性。（5）關閉測試系統，卸壓并關上保險裝置，結束測試。

5.3注意事項

（1）開始測試前要對現場交通情況進行調查，充分了解交通狀況，在檢測路段必須放置警示標志，以保證設備及人員的安全。（2）測點測試完成后，須確保承載板與傳感器完全升起，牽引車才可繼續前行。（3）測試完成后，須進行卸壓并確保前后兩個保險裝置都處于關閉狀態。

6.結束語

FWD落錘式彎沉儀是目前國際上最先進的彎沉檢測無損檢測設備之一，具有檢測速度快、適應多變交通環境的特點，在目前自動化檢測和路面交通安全復雜環境下其比傳統貝克曼梁彎沉檢測有著較大的優勢。檢測過程中應充分了解其檢測原理，掌握其技術要求、操作要點及注意事項，得到準確可靠的檢測數據。

【參考文獻】

[1]吳勇.落錘式彎沉儀在道路檢測中的應用[J].江西建材，2016（18）：153.

[2]孫楊勇，楊慧光.自動彎沉車與貝克曼梁對比試驗研究[J].中外公路，2004，（6）： 94- 96。