摘 要:落锤式弯沉仪是先进的路面结构检测设备之一，利用落锤式弯沉仪检测数据能够反算路面结构层的模量 ,进而对路面状况作出评价，控制工程质量。为推广应用该设备，实现工程质量的控制，文章系统全面地介绍了该设备在公路路面检测中的实际应用。
关键词:落锤式弯沉仪；模量；路面状况；工程质量控制
随着近年来交通运输的发展,对道路检测设备和技术也提出了更高更快的要求。自1953年发明粱式弯沉仪以来,路面弯沉检测设备已从静力弯沉仪发展到模拟行车荷载作用的落锤式弯沉仪。其中，落锤式弯沉仪能够准确的实现对路面结构层模量的反算,从而评价施工道路路面状况，并找出道路工程中所存在的质量问题并加以处理，满足工程质量控制需要,并得到了越来越广泛的应用。
1 弯沉传感器的位置
弯沉传感器的位置要求见表1。它的位置从承载板的中心测量。
表1 弯沉传感器位置(mm)
2 负载级别
四个负载级别见图1。每一个落锤合理的负载范围在目标值的90％～110％之间，在检测期间下降高度不得调整。在检测过程中，应该对同一个检测点进行至少三次的冲击试验，并将除第一次之外的测试值的平均值作为计算依据。在完成某一个测点的检测之后，可以提升落锤式弯沉仪(FWD)的传感器以及承载板，继续对其他检测点进行检测。
图1 负载级别
3 检测位置
3.1 半刚性基层沥青路面的检测位置
在需要检测的路基或路面表面层布置测点，测点的位置应根据实际需要确定。对于公路工程路面表面的弯沉测定，每个部分的检测必须在交通流的方向上完成。
在双向两车道上进行弯沉检测时，可以在一条车道上进行检测，也可以在两条车道相互交错的地方进行检测。当这两条车道的交通量和荷载量相近时，检测的数据就能涵盖更大的范围。在两条车道相互交错的地方，检测位置的布置见图2。
图3 FWD在交叉路口进出口路段的检测位置
3.2 刚性路面的检测位置
刚性路面检测所需要的检测位置见图4:(1)板中:承载板应尽可能的接近有效板的中心。(2)接缝临近端:承载板应该与临近被检测板一端的接缝或裂缝相切，但位于板前。承载板的边缘应该距离接缝50mm以内，但绝对不能对承载板进行桥接。(3)接缝远离端:承载板应该与远离被检测板一端的接缝或裂缝相切，承载板的边缘应该距离接缝50mm以内，但绝对不能对承载板进行桥接。(4)板角:对于有接缝的水泥混凝土路面，板角检测应该与接缝远离端检测使用相同的方法，除了承载板应该与临近被检测板一端的接缝或裂缝和板外边缘的纵向接缝相切。承载板的边缘距离接缝或裂缝不超过75mm。对于连续配筋的混凝土路面，板角检测应该在临近有效板一端的集中横向裂缝和板外边缘纵向裂缝的承载板上完成。承载板的边缘应该距离纵向接缝不超过75mm。
图4 刚性路面FWD检测位置
4 检测间隔
依据施工历史记录或者其他可以表明路面结构发生变化的信息将项目的相同类型进行划分。假如产生变化的部分足够大，允许在每个方向上至少有15个检测点。每个方向的道路不止一个车道，应该只检测外面的车道。检测部分应连续，交叉道路，山坡道路，通道，坡道或停车场作为单独的部分。检测的间隔应该在304.8～340.8m之间(除非这一部分本身不到457.2m)。理想的检测间隔见表2。
表2 理想的检测间隔
当空气温度在4.4～32℃之间和没有迹象表明路面结构层冻结或含有过多的水分时，应该按照标准进行落锤式弯沉仪(FWD)检测。另外，当路面表面温度低于29.4℃时，应该完成荷载传递检测。
在对道路检测的过程中，通常以1km为一个检测单位。检测人员应记录好公里桩的位置和检测位置。方便以后进行维修、养护时查找资料。在检测过程中，一般不对桥梁进行检测。如果在检测中遇到桥梁，应该对桥梁的起始桩号位置进行标记和记录，方便以后处理数据。
5 现场数据质量检查
在检测期间，应该对落锤式弯沉仪(FWD)数据采集软件采集的数据进行质量检查。(1)衰减:通过路面表面的弯沉将显示出这种错误情况，并且路面表面的弯沉在触发启动的60ms以内不会返回接近于零。常见的原因是弯沉传感器和路面表面之间接触不良。(2)非递减弯沉:当弯沉不会随着弯沉传感器与承载板的距离增加而减小的时出现这种错误结果。原因是标记传感器和路面表面之间接触不良。(3)超值:当检测的弯沉超过弯沉传感器范围时，会出现这种情况。原因是标记传感器和路面表面之间接触不良。(4)弯沉波动:原因主要是路面表面凹凸不平，导致承载板或者弯沉传感器的基座不够平整稳定。也可能由于附近重型设备引起的振动，比如有重型车辆在相邻车道上行驶。(5)负载波动:原因可能是承载板没有正常固定在路面表面上，也可能因为路面表面的松散碎片或者路面表面凹凸不平造成。
根据检测的实际情况，来分析产生错误的原因。(1)如果错误由落锤式弯沉仪(FWD)设备造成，接下来应该放弃这个检测(或整个检测过程)，并且固定落锤式弯沉仪(FWD)和重新开始检测。(2)如果错误由局部路面条件引起，也应该放弃检测，并且重新固定落锤式弯沉仪(FWD)和重新开始检测。(3)如果错误由于操作员控制以外的因素产生，可以接受。
6 反算分析
反算分析可以通过MODTAG程序完成。通过取芯和施工历史记录等获得路面层状材料和厚度数据，并将这些数据输入程序中进行分析。通常输入表层(沥青混凝土和水泥混凝土)，粒料基层和路基数据，修建时间和性能不同的相同材料类型的两个相邻层应该分别输入，厚度小于5cm的层不用输入。此外，假如MODTAG的depth—to—hard底层分析表明不到7.62m的硬层存在，然后在分析中应该包括一个453592.37kg模量的硬底层。
所有路面的沥青混凝土层部分在分析之前必须进行温度校正。在MODTAG中进行BELLS3估算；应该默认的参考温度为20℃。无论实际测量的沥青混凝土层的中深温度是否可用，将都不能用。
分析后的默认弹性模量和泊松比的值见图5，这些值应该根据项目具体信息进行调整。
图5 默认弹性模量和泊松比值
检查均方根误差，放弃使用均方根误差超过3％的部分，并重新进行反算分析。均方根误差超过5％的个别弯沉盆，也应该放弃使用。高达5％的弯沉盆可以删除一个部分后重新计算均方根。如果平均均方根仍大于3％或者最大误差仍然超过5％，应放弃使用这一部分并且重新进行反算分析。一般可接受的最小和最大平均计算模量见图6。任何层的计算值超过这些界限，应当重新进行计算分析。
图6 平均计算模量值范围
被分析部分再次不符合要求，可调节层的结构:(1)把相似材料的相邻层结合成一个单独的层。(2)把薄层(厚度小于5cm)的弹性模量作为已知值。(3)把刚性层之上柔性层的弹性模量作为已知值。比如在混凝土路面上的沥青混凝土覆盖层。
若按照这些步骤进行分析后，对结果进行检查，结果仍然会出现错误，就需要使用AASHTO1993程序对层结构信息进行重新验证或反算分析。若进行检查结果符合要求，应计算除了路基以外的每个路面层的结构层系数以及计算有效结构层数]。还可以利用MODTAG计算刚性路面荷载传递效率和完成刚性路面脱空检测分析。
7 结语
总之,落锤式弯沉仪在反映道路施工质量方面既准确又有效，还能为质量控制提供依据，是当前先进的路面检测设备。随着落锤式弯沉仪行业不断发展,市场空间不断增大,落锤式弯沉仪也愈加先进。因此，为全面提升道路施工质量,有必要加大质量控制力度,将落锤式弯沉仪广泛应用于道路施工质量控制。
参考文献：
[1]李新永,王晓静,韩广富等.落锤式弯沉仪(FWD)在公路技术状况调查中的应用[J].中国城市经济, 2011(6X):131-132.
[2]王盛亮.探地雷达(GPR)及落锤式弯沉仪(FWD)组合在高速公路水泥路面检测中的应用[J]. 科技传播, 2012(13):216-217+222.
[3]陈光.落锤式弯沉仪在道路施工质量控制中的应用研究[J].公路交通科技应用技术版, 2015(3)
论文作者:刘冠钊
论文发表刊物:《防护工程》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/23
标签：路面论文; 落锤论文; 位置论文; 传感器论文; 道路论文; 车道论文; 方根论文; 《防护工程》2017年第15期论文;