FWD在旧水泥混凝土路面检测中的应用论文_党珍

摘要：本文依托Dynatest8000型FWD在旧路检测中的应用，介绍其工作原理及检测方法，并结合道路工程实践，探析检测技术的进一步发展。

关键词：无损检测；FWD；应用

1.技术背景

城市道路维修、养护及快速化改造进入新的全盛时期，这就要求对原道路状况必须进行全面、合理、快速、规范的检测与评价，因此无损检测技术得到加快应用。FWD（Falling Weight Deflectometer，落锤式弯沉仪）作为国际上推广具有代表性的先进路面无损检测设备，由于其能很好地模拟行车荷载对路面的作用，相比其它静态检测技术具有明显优势，其所测弯沉盆蕴含着丰富的路面结构强度的信息，受到越来越多建设者的青睐并大力推广应用。

2.FWD的测试原理

FWD是通过计算机控制液压系统提升重锤，释放后自由下落，产生一脉冲荷载作用于路面，其作用时间和幅值行驶中的汽车轮载非常接近。该脉冲荷载通过一刚性圆盘传递到路面上，其大小由传感器精确测定。在该荷载作用下，路面产生变形，变形大小由分布在几个不同位置上的位移传感器测定，形成动态弯沉盆。加荷原理如下图1：

图1：落锤式弯沉仪（FWD）加荷原理

3．FWD的优势及应用

3.1 FWD　的优势

FWD的优越性主要体现在以下几个方面：（1）仪器轻便，单人驾驶拖车便可完成操作；（2）施加瞬态脉冲荷载，较好的模拟实际行车荷载，速度快、精度高、交通干扰小，适合大规模检测；（3）能够测定多点弯沉，量测各级荷载作用下的动弯沉曲线，准确地反映弯沉盆的形状；（4）弯沉盆可以作为评价指标评价路面整体强度，也可反算路面结构各层的模量；（5）与贝克曼梁在弯沉测定值之间具有良好的相关关系。

3.2 FWD 的应用

FWD现阶段主要应用于评估道路结构的承载能力或使用寿命、混凝土路面的接缝传荷效率、混凝土路面的脱空检测、路网管理、路面调查及材料等很多方面的研究应用.

3.2．1 检测旧水泥混凝土路面面板弯拉弹性模量

检测采用一级荷载，两次加载，设定标准荷载为50kN，与水泥混凝土设计规范采用的100kN单轴双轮组一侧的荷载对应。板中检测时荷载作用位置为：纵向为右侧轮迹带中央（离板边30cm左右），横向为板中部。检测板中弯沉主要用于路面结构强度评价。应用落FWD实测路表弯沉，并按弹性地基板理论反算路面各结构层模量。

对于水泥混凝土路面模量评价，国内外暂无一致的标准。根据全国路面结构无损检测协作组自2000年以来的工程实践统计表明：水泥混凝土路面板的反算模量通常为1.0×104～8.0×104MPa之间，而对于高速公路，当面板反算模量小于40000Mpa时，面板的承载力已不能完全满足行驶要求。

3.2．2面板接缝传荷能力检测与评价

接缝是水泥混凝土路面的重要组成部分，也是整个路面结构中最薄弱的环节。板缝检测时荷载作用位置为：纵向为右侧轮迹带中央，横向为受荷板距横缝30cm，在横缝两侧等距10cm各布设一个传感器。通常该位置是水泥混凝土路面结构最薄弱的部位。检测时将荷载施加在邻近接缝的路面表面，实测接缝两侧边缘的弯沉值，计算接缝的传荷系数进行评价。

表１ 接缝传荷能力分级标准

3.2.3面板板底脱空状况调查与评价

脱空对混凝土板的受力极为不利，在荷载的作用下，脱空部位的边缘会产生局部应力集中现象，再加上重车交通的荷载反复作用，最终将导致板的破裂，影响路面的使用状况。基于落锤式弯沉仪（FWD）检测脱空的评定方法：

（1）根据实测弯沉盆曲线判断脱空的方法。理论研究和试验分析表明，均匀支撑的混凝土路面板在荷载作用下的弯沉随离荷载作用点距离的增大而减小。如果离荷载作用点较远位置的弯沉值比较近位置的弯沉值大，则说明可能存在脱空现象。原理如图2：

图2混凝土板在FWD荷载作用下的变形规律

（2）根据传荷系数进行脱空评定。由FWD实测缝边的弯沉值及接缝的传荷系数，评定基础的刚度参数，将此刚度参数与无脱空状态（均匀支撑）时的标准值进行比较。

（3）基于FWD的反演分析法。路表弯沉是路面结构参数的综合体现，而地基脱空对路表弯沉影响是很明显的。当水泥板发生板边脱空时，其板边在荷载作用下的弯沉值必定大于未发生脱空时的板边弯沉值。因此只需知道未脱空时板边的弯沉值及实测的板边弯沉值即可判断是否脱空。未脱空的板边弯沉值可视为理论计算的弯沉值。

（4）多级荷载回归法。在实际脱空判断中使用较多的是多级荷载回归法，理论计算和现场测试均表明，板角脱空出现之前，回归曲线推算的0荷载板角弯沉应当为0，或接近于0。它的基本步骤为：

①采用FWD测试板角弯沉，作用荷载设定为3级；

②以弯沉为横坐标，荷载为纵坐标，把对应3个荷载级别的弯沉值标注在平面图上，画出线性拟合直线，并延长直线与坐标轴相交；

③如果板下支撑情况较好，延长线将穿过坐标原点，或距离原点0.05mm以内，大于0.05mm将认为脱空存在，通常越偏离原点，脱空情况越严重。如图3所示。

图3 多级荷载回归法应用图

４结语

FWD对旧水泥混凝土路面的检测证明，该法能有效地检测道路结构的承载力、接缝传荷效率、混凝土路面的脱空，对于制定针对性的修复措施，以阻止混凝土板结构性破坏的发展具有极为重要的意义。所以拓展ＦＷＤ的应用领域对促进我国道路工程无损检测技术水平的提高有着重大意义。

参考文献：

[1]邱丽章，王端宜．水泥混凝土路面脱空及其检测方法[J]．中南公路工程，2007，3．

[2]JTG D40-2002　公路水泥混凝土路面设计规范[s]．北京：人民交通出版社，2002．

［3］JTG E60-2008　公路路基路面现场测试规程[s]．北京：人民交通出版社，2008

论文作者:党珍

论文发表刊物:《基层建设》2016年12期

论文发表时间:2016/10/12

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