落錘式彎沉儀(FWD)在市政道路檢測中的應用

摘 要：現如今，時代的前進與科技水平的提升為我們國家城市化進程創造了難得的發展機遇，市政交通道路作為市政基礎工程中相當重要的一個組成部分，直接關乎著城市內的交通狀況，關乎車輛能否正常通行，還有人們能否正常出行。對于市政道路的路面質量，采用無損檢測技術展開檢測，對于強化路面的養護管理和確保施工質量均體現出重要意義。本文圍繞市政道路檢測工作，針對落錘式彎沉儀的具體應用情況展開了著重分析，并結合實例項目中的應用要點與注意事項加以探討，旨在更全面地了解落錘式彎沉儀可以在市政道路檢測工作中發揮出何等應用效果。

關鍵詞：落錘式彎沉儀；市政道路；應用分析

引言

目前，FWD落錘式彎沉儀可以算得上是國際上較為先進的一種路面檢測設備，在檢測速度及其應用場景等多方面均體現出了明顯的優勢，尤其是與以往的常規彎沉檢測相比，體現出了更加明顯的優勢。在將其應用于市政道路路面檢測的時候，可以將梁式彎沉儀中存在的不足之處給予充分彌補，再引入現代化技術來收集相關數據，不僅檢測速度快，其結果精確性也更高，在相關領域當中獲得了廣泛的認可。

一、落錘式彎沉儀（FWD）的構成與基本原理

落錘式彎沉儀（FWD）當中，包括由液壓落錘、承載板構成的荷載發生裝置，還包括沖擊力檢測裝置和彎沉檢測裝置，再加上計算機控制裝置和信息采集運算裝置，這幾種裝置與基礎機動裝置結合起來，就組成了落錘式彎沉儀、全自動落錘式彎沉儀（CFWD-10T）的基本原理，就是通過自由降體現象，與基于計算機技術組建的控制系統結合，實現檢測系統的功能，作為落錘裝置的重錘需要具有一定的重量，當它從高處被釋放并自動下落時，其重力、速度會給路面帶來一份不小的沖擊力，這樣一來路面就會發生瞬間變形的現象，分布在離測點不同遠近的多個傳感器負責檢測路面結構出現的變形情況。從表面變形情況來測定，在重錘作用下所形成的動態彎沉，還有彎沉盆荷載的大小，其實也可以借由改變錘體自身重量、調整提升高度等方式展開適當的調整。與以往的常規貝克曼梁彎沉檢測法相比，FWD落錘式彎沉儀體現出的優點有三：優點一是，落錘式彎沉儀（FWD）的檢測效率更高，且對于應用場景沒有什么要求，就算是環境相對惡劣的交通道路中，也可以應用自如。優點二是，檢測所得的結果，能被實時在相關軟件系統中記錄下來，這樣一來數據就會更具時效性，而且也更加真實、更加準確。優點三是，直接在測試車上的操作室路面就可結束上述工作，比起之前的常規檢測方式，更具科學性，操作也更加便捷。

二、落錘式彎沉儀（FWD）的具體應用流程

（一）檢測前準備

在檢測市政道路質量過程中，應用落錘式彎沉儀的時候，要先作好檢測前的準備工作，一定要結合施工的具體情況，對重錘的質量大小還有其落下的具體高度做出適當的調整，這樣一來其質量還有所形成的沖擊負荷 就可以達到相關施工的要求，工作人員在針對禁行路段當中某一處具體位置展開測試時，一定要提前明確測試位置和測試距離，還要參照與市政道路檢測相關的規范性文件條令，在對市政道路開展路基表面檢測工作的時候，檢測點的設置一定要合理，好讓檢測點能夠均勻地沿著路面行車軌跡上分布，借助傳感器對檢測點展開定位。開始檢測前，要確保落錘式彎沉儀車況還有其它的具體使用性能均正常，以此來確保在投入檢測的時候可以順利運行，不會存在潛在的故障而致使市政道路檢測難度加大。開展檢測的時候，也要確保落錘式彎沉儀自身各項指標都可以達到檢測需求。通常情況下，在檢測的時候，一定要確保承載板中心位置不發生偏移，這樣一來承載板就會保持自動落下的順暢性，在結束各個裝置的參數設置后，還應該要將其傳輸入傳感器中。同時，還要校正落錘的裝置。重錘在只受重力影響的狀態下，會第一時間按照自由落體的方式下落，等它落到承載板上的時候，會帶來一個特別大的沖擊力，并且會在一個非常短的時間內，回升到最開始下落的位置，并被儀器再次固定起來，在這個時候，傳感器會將落錘砸到承載板上的那一瞬間，承載板所顯示的各項數據，及其呈現出的變形程度等相關信息收集起來。工作人員一定要將變形程度及時記錄下來，并將其實時錄入信息系統，得到具體實測分值和其它相關數據。對所有的測點一定要依據上述的流程，做三次以上的反復檢測，最后取多次檢測結果的均值。

（二）對比實驗

在準備工序全部做好以后，一定要在應用落錘式彎沉儀在市政道路展開檢測期間，依據不同的情況展開一系列對比實驗。首先，要合理地選擇恰當路段，要知道不同路段位置上，施工所用的材料可能不同，其路基情況也會有區別，還有水文地質條件往往都各有不同，且相互間的差異性還不小，因此，所呈現出的對比關系也不能夠具有參考性，這樣一來為了提高檢測數據的精確度，一定要參照各個地區的實際客觀條件，綜合選擇一些各自具有代表性的路段，并且將落錘式彎沉儀與以往的常規彎沉儀展開詳細比較，可以提供更加清晰的檢測思路與可靠依據。在展開對比的時候，要采用與具體使用設備相同，且同樣能達到要求的彎沉儀測定設備。同時，要確保兩個測定車各自的后軸雙輪所承受荷載處于完全一致的質量，同時，用在對比路的起點位置上，用油漆做一個顯眼的標記，依據規程用 BB 定點方式來測定回彈彎沉，就是直接以測點為圓心，以15cm為半徑畫一個圓，明確測點位置并標注出來。將落錘式彎沉儀的承載板與圓圈對準，要求位置偏差務必要保持在 30mm 以內。設 x 和 y 之間存在著良好的線性關系，在對比數據期間，經過回歸計算，將 A、B 值確定下來，并確定二者之間的線性相關系數 R。只要 R ≥0.95，就表明這兩種不同的檢測方法之間存在著線性相關性。

（三）得出報告

在利用落錘式彎沉儀展開路面檢測的時候，要先將系統相關界面打開，才能夠查詢到相關信息，同時，在界面中將相關數值逐一輸入，參照具體的地域條件，結合季節溫度等環境因素，來確定一系列恰當的參數，參照系統中方法，通過一系列的操作，展開一系列的檢測，當所有需要檢測的內容全部被檢測好以后，計算機等現代化設備可以在第一時間形成檢測報告被按要求輸出。

（四）注意事項

在測試的時候，一定要注重以下幾個注意事項：注意事項一，在未開始測試前，一定要先對現場交通情況有所了解，好讓交通狀況保持在可掌握的適度范圍內，同時，一定要在每一個待測的路段都提前放置好必要的安全警示標識，以確保設備的使用以及檢測人員的安全。注意事項二，在測點測試結束以后，也必須確保承載板和傳感器全部處于徹底升起的狀態，這樣才可以讓牽引車能夠繼續正常前行。注意事項三，在測試完成以后，要在第一時間進行卸壓處理，同時，確保前后兩個保險裝置全部都處于關閉狀態。

三、應用實例分析

（一）工程基本情況

市政道路施工期間，對路基壓實質量實施控制的時候，主要是以壓實度作為衡量指標，以往的常規壓實度檢測方法，由于檢測周期太長，難免會對施工進度帶來影響，且會對施工好的路基產生一定的破壞效果，而應用全自動落錘式彎沉儀展開檢測，不僅檢測效率高，而且可以做到無損檢測，不過在具體施工的時候，還需要對壓實度與動態變形模量之間存在的相關性展開分析。就拿某試驗段路基來說，對該段路基出現的動態變形模量展開檢測，該試驗段長30m，各測點之間均保持2m間距或者3m間距，逐一在各測點位置上展開壓實度檢測跟動態變形模量檢測，并對實際檢測所得數據展開相關性分析，據此建立動態變形模量與壓實度之間存在的經驗關系。

（二）壓實度大小的確定

市政道路壓實度指的是路基填料經過壓實后，體現出的現場干密度與其在室內的最大干密度二者之比，具體見公式（1）。

" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（1）

這里的K表示壓實度；ρd表示的是現場干密度；ρdmax表示的是室內最大干密度。這個最大干密度，采用灌砂法或采用灌水法都可以獲得，而這個室內最大干密度則應該參照現場路基填料當中最大粒徑的實際范圍展開室內擊實試驗才可以確定，將現場試坑體積適當地擴大一些，可以使壓實度更具精確值。

（三）檢測試驗段路基壓實質量的具體方案

針對試驗段路基展開壓實檢測的具體方案為：1.要求選取能體現出地質代表性的典型路段當作試驗段，并在各測點位置上撒上白石灰作出明顯的標記，在標記處利用全自動落錘式彎沉儀展開動態變形模量檢測（所選落錘質量一個是10kg，另一個是15kg）；2.在測點處，參照JTG 3450-2019《公路路基路面現場測試規程》展開灌砂法試驗，確定試驗段當作路基的現場干密度，再將其與室內試驗結合起來，算出壓實度大小。

（四）推斷壓實度與動態變形模量之間的相關性

從相關研究結果來看，市政道路施工過程中，路基的松鋪厚度，具體碾壓遍數等都會對路基最終的壓實度，還有其動態變形模量產生重要的影響，這樣一來，就需要對市政道路施工中，松鋪厚度不同、碾壓遍數不同時，對應的路基壓實度大小，以及其動態變形模量之間存在的相關性展開研究分析。

（五）與松鋪厚度之間的相關性探究

當松鋪厚度加大時，壓實度與動態變形模量之間越來越不相關。按50cm厚度松鋪時，壓實度與動態變形模量之間的相關性系數最大，可以達到0.74；按60cm厚度松鋪時，二者間的相關性系數就降低到了0.70；按70cm厚度松鋪時，二者之間的相關性系數已經很小，降到了0.538。這是由于松鋪厚度越大，路基填料里面的大顆粒塊石即使在壓路機的碾壓作用下，也不會被破碎得太徹底，填料顆粒不夠均勻，因此，測得的壓實度必然與動態變形模量之間存在明顯的離散性，相關性系數也會變得很小。

（六）碾壓遍數的影響

在松鋪厚度相同的工況下，按表1改變施工中的碾壓遍數。

表1不同壓實遍數

表 2給出了壓實不同遍數時，對應的壓實度與動態變形模量之間的線性關系。

表2不同壓實遍數下線性相關性方程

從表2數據來看，當松鋪厚度為50cm時，碾壓遍數從4次增加到6次，路基壓實度與其動態變形模量之間的相關性先增大，后來又降低。碾壓4遍時相關性系數是0.66；碾壓5遍時，提升到了0.74；碾壓6遍時，又降到了0.68。這是由于在一開始碾壓的時候，路基表層填料里面的大粒徑顆粒會在一遍遍的碾壓過程中，一點點被壓得更加細碎，并在路基的表面均勻地攤鋪開來，從而在表層形成密實度相當高的一層砂礫，在此期間，路基表面抵抗變形的能力也在逐漸增加，故而壓實度與動態變形模量之間存在的相關性也會增強。 不過當碾壓到一定遍數后，位于路基表層下方更深處的大粒徑填料也被壓碎，骨架結構已經形成而且足夠密實，而全自動落錘式彎沉儀對于路基出現動態變形模量的監測深度實在是有限，這樣一來，碾壓6遍后，路基的動態變形模量值就不會再發生變化，反而會使壓實度與動態變形模量之間存在的離散性變大，相關性系數則會變小。

結論

在現階段市政道路檢測中，落錘式彎沉儀的應用成果十分顯著，在解決以往的常規檢測存在的各種隱患的同時，也可以有效杜絕人為因素造成的誤差，還能免除氣溫、氣壓所引發的一系列外界干擾，再加上其傳感器具有相當高的精度，測得的結果也能體現出更大的可信性，可作為路面結構模量反算期間的數據支持，可據此對每一個層面的實際承載能力做出客觀評價與合理分析，可以更加輕松、便捷地找出市政道路施工期間遺留的問題，使其能得以及時解決。

參考文獻：

[1]王薇.鐵路路基連續壓實技術質量控制研究[J].鐵路工程技術與經濟，2021，36（03）：42-46.

[2]蔡玉潔，王偉.動態回彈模量測試儀在高速公路路基壓實質量檢測上的應用[J].科學技術創新，2021（09）：139-140.

[3]張榮，臘潤濤，牛云霞.填石路基壓實工藝與質量檢測方法研究[J].公路，2020，65（10）：90-93.

作者簡介：徐賁陽 （1988-），男，漢族，安徽滁州人，本科，工程師，專業：市政道橋。