FWD在公路工程检测中的实际应用

FWD在公路工程检测中的实际应用

　总第202期　2004年第1期交　通　科　技

TransportationScience&TechnologySerialNo.202No.1Feb.2004

FWD在公路工程检测中的实际应用

苏　州　付新云　胡超明

(湖北省公路局　武汉　430030)

摘　要　落锤式弯沉仪是目前国际上最先进的路面强度无破损检测设备之一,文中介绍该设备的工作原理及其在公路路面检测中的实际应用。关键词　落锤式弯沉仪　公路工程　检测应用

　　随着科学技术的进步,工程建设质量意识的逐步提高和公路建设速度的加快,国内外公路现场检测仪器也在不断改进,出现了一批高性能、高效率的检测设备和手段,其中落锤式弯沉仪(fallingweightdeflectometer,FWD)是目前国际上最先进的路面强度无损检测设备之一。

近年来,湖北省公路局科研所引进丹麦CarlBro公司生产的FWD(PRI2100),并投入了使用,显示出强大的生命力和优越性。1　FWD工作原理

(3)仅测得静态汽车荷载作用下路基路面单

点(最大)回弹弯沉值。

(4)没有反映路面结构在行车荷载作用下的动力特性和整个弯沉盆形状。

(5)不适合对路网进行大范围的长期跟踪观测。

(6)标准黄河车现在很难找到,替代车需要进行换算,又增加了人为误差。2.2　FWD检测方法

(1)数据采集传输通过高精度传感器完成,

路面结构不同,弯沉盆半径亦不同。路基或柔性基层沥青路面传感器分布在距荷载中心2.5m范围内即可。目前,我国高等级公路大多采用半刚性基层沥青路面结构,弯沉影响半径已达3～5m,传感器分布范围应布置在距荷载中心3～4m范围内,以量测路面弯沉盆形状。

(2)FWD主要的技术特点是测速快(每测点40多s),精度高(分辩率为1Λm),并较好地模拟行车荷载对路面的动力作用,能根据上一锤荷载和压强数值自动调整下一锤的荷载,向设定荷载逼近,从而准确地测定较完整的弯沉盆信息。

(3)操作方式为计算机控制下的自动量测,所有测试数据均可显示在屏幕上或打印出来或存储在软盘上。可输出作用荷载、弯沉(盆)、路表温度及测点间距等。可打印弯沉平均值、标准差、变异系数及代表弯沉值等数据。3　FWD与贝克曼梁的相关性

FWD所测的弯沉为动态总弯沉,与贝克曼

落锤式弯沉仪通过计算机系统控制液压系统启动落锤装置,使一定质量的落锤从一定高度自由落下,冲击力作用于承载板上并传递到路面,从而对路面施加脉冲荷载,导致路面表面产生瞬时变形,分布于距测点不同距离的传感器检测结构层表面的变形,记录系统将信号传输至计算机,即测定在动态荷载作用下产生的动态弯沉及弯沉盆。测试数据可用于反算路面结构层模量,从而科学地评价路面的承载能力。2　与常规检测手段的比较2.1　常规检测方法

现行路面检测通常采用贝克曼梁法。该方法存在以下主要问题。

(1)以人工操作为主,工作强度大,效率低,可靠性差。

(2)支点变形,影响检测结果,对支点变形的修正很难测准。

收稿日期:2003207214

梁所测的静态回弹弯沉不同。可通过对比试验得到两者之间的相关关系,并据此将落锤式弯沉仪

FWD在公路工程检测中的实际应用

2004年第1期　　　　　　　　　苏　州等:FWD在公路工程检测中的实际应用41

测定的动态弯沉换算成贝克曼梁测定的静态回弹弯沉值。

3.1　路段的选择

选择结构类型完全相同的路段,不同地区选择代表性路段,进行两种测定方法的对比试验,选择对比路段的长度,理论上应是越长越好,但在实际应用中,每种相同结构、每次对比试验应不少于50个测点,弯沉值应有一定的变化幅度。3.2　根据量测数据计算两者间相关关系

我们在京珠高速公路湖北南段进行了对比试验,按照规范的要求,以5个有代表性的路段进行对比,并进行回归分析,得出相应土路基的回归方程为LBB=1.2937×LFWD-9.3073,相关系数为0.901,3层水泥稳定碎石路面基层的回归方程为LBB=1.0127×LFWD-1.4232,相关系数为0.932。式中:LBB、LFWD分别为贝克曼梁、落锤式弯

4.2　在刚性路面脱空识别上的应用

当混凝土板下产生唧泥、脱空后,采用压浆或

封底是一种有效的修复方法,但这应当是以准确评定脱空状况为基础的,否则有可能造成路面使用性能下降甚至加速破坏。因此,对使用中的水泥混凝土路面,以可靠的方法评定板下基础脱空的位置及严重性,及时采取有效的措施,恢复路面正常的使用性能,是水泥混凝土路面养护管理中普遍面临的问题。

采用FWD测试板角弯沉,作用荷载设定为3级,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;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,这种方法的理论基础是:理论计算和现场测试均表明,在值得注意的板角脱空出现之前,回归曲线推算的0荷载板角弯沉应当为0,或接近于0。该方法的优点是快速简便,不需要较深的理论基础,适合于现场评定,在国内外实际应用中均取得了较好的效果,是一种值得推广的方法。4.3　交(竣)工验收检测

利用FWD对新(改)建公路的路基、路面综合承载能力进行检测和评定,为工程的交(竣)工验收提供数据资料和评定质量等级的依据。根据《公路工程质量检验评定标准》对已竣工的路面进行弯沉检测,采集全线路面弯沉(盆)信息资料,根据路面弯沉资料,分标段对路基路面的综合承载能力、施工质量进行评定。5　结论

(1)FWD与贝克曼梁的测试结果具有良好

沉仪测量的弯沉值。

对比试验弯沉分布以及FWD与贝克曼梁检测的相关分析结果表明:

(1)两者的测试结果具有良好的对应关系,FWD测得的弯沉值越大,贝克曼梁测得的弯沉

值也越大,反之亦然,两种检测结果也很接近。但FWD测试精度远高于贝克曼梁法。

(2)两种方法存在良好的相关性,其相关系数R达到0.90以上。如果对比试验结果相关性较差,应对结果进行分析比较,以确定合理检测方案。可见在工程检测中,完全可以根据实际情况选择一种检测方法,而不必对于每个路段都进行对比试验。

4　在工程检测中的实际应用4.1　施工过程控制检测

某段公路路基工程施工结束并经检测交工后,转入路面底基层施工,在底基层施工结束后,我们利用FWD对该层进行了弯沉检测,发现其中400m路段底基层顶面弯沉值较大,通过采集的弯沉盆资料进行路面结构层模量反算,其结果显示底基层的模量值极不均匀且数值大部分比土基模量值小。根据路面结构层设计模量值自上而下递减的规律,判定该层施工质量存在问题。建设单位可据此检测结果及时责令施工单位进行返工,杜绝了质量隐患,避免了不良的社会影响和更大的经济损失。

的相关性,工程检测中可任选一种方法,在正常情况下,不必每次测试都进行对比试验。

(2)由于FWD测试消除了人为读表误差、气压随气温变化产生的误差等多种因素的影响,加之位移传感器精度高,故其测试结果具有较高的精度,其测试数据可用于路面结构的模量反算,以此对各层质量进行分析。

参考文献

1　中华人民共和国行业标准.JTJ059—95公路路基路面

现场测试规程.北京:人民交通出版社,1995