摘要：Falling Weight Deflectometer，簡稱FWD，落錘式彎沉儀是目前國際上最先進的路面強度無破損檢測設備之一，落錘式彎沉儀測定路面的動態彎沉，并反算路面的回彈模量。文中介紹該設備的工作原理及其在公路路面檢測中的實際應用。

　　關鍵詞：落錘式彎沉儀,公路工程,檢測應用

　　當今國際上應用最廣泛的高科技路面彎沉檢測系統Oynatest 8000型FWD。它是由Dynatest國際集團公司研制和生產的。Dynatest 8000型FWD測試精度高、性能可靠，特別是經過舉世注目的美國倡議性公路研究計劃(SHRP)長時期、大范圍地應用和驗證，被認為是代表了目前國際上彎沉檢測技術的發展方向和水平，至今已在近40個國家和地區得到廣泛地應用。近年來，我國也引進FWD，并投入了使用，顯示出了強大的優越性。

　　1、 FWD工作原理

　　落錘式彎沉儀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，沖擊力作用于承載板上并傳遞到路面，從而對路面施加脈沖荷載，導致路面表面產生瞬時變形，分布于距測點不同距離的傳感器檢測結構層表面的變形，記錄系統將信號傳輸至計算機，即測定在動態荷載作用下產生的動態彎沉及彎沉盆。測試數據可用于反算路面結構層模量、接縫傳荷能力及路面脫空等指標，從而科學地評價路面的承載能力。

　　2、 與常規檢測手段的比較

　　2.1常規檢測方法

　　現行路面檢測通常采用貝克曼梁法，該方法存在以下主要問題。

　　(1)以人工操作為主，工作強度大，效率低，可靠性差。

　　(2)支點變形，影響檢測結果，對支點變形的修正很難測準。

　　(3)僅測得靜態汽車荷載作用下路基路面單點 (最大)回彈彎沉值。

　　(4)沒有反映路面結構在行車荷載作用下的動力特性和整個彎沉盆形狀。

　　(5)不適合對路網進行大范圍的長期跟蹤觀測。

　　2.2 FWD檢測方法

　　(1)數據采集傳輸通過高精度傳感器完成，路面結構不同，彎沉盆半徑亦不同。路基或柔性基層瀝青路面傳感器分布在距荷載中心2.5 m范圍內即可。目前，我國高等級公路大多采用半剛性基層瀝青路面結構，彎沉影響半徑已達 3～5 m，傳感器分布范圍應布置在距荷載中心3～4 m范圍內，以量測路面彎沉盆形狀。

　　(2)FWD主要的技術特點是測速快(4OS/點)，精度高(分辯率為1 m)，并較好地模擬行車荷載對路面的動力作用，能根據上一錘荷載和壓強數值自動調整下一錘的荷載，向設定荷載逼近，從而準確地測定較完整的彎沉盆信息。

　　(3)操作方式為計算機控制下的自動量測，所有測試數據均可顯示在屏幕上或打印出來或存儲在軟盤上。可輸出作用荷載、彎沉(盆)、路表溫度及測點間距等。可打印彎沉平均值、標準差、變異系數及代表彎沉值等數據。

　　3、 FWD與貝克曼梁的相關性

　　FWD所測的彎沉為動態總彎沉，不同于貝克曼梁所測的靜態回彈彎沉。可通過對比試驗得出兩者之間的相關關系，并據此將落錘式彎沉儀測定的動態彎沉換算成貝克曼梁測定的靜態回彈彎沉值。

　　3.1路段的選擇

　　選擇結構類型完全相同的路段，不同地區選擇代表性路段，進行兩種測定方法的對比試驗，選擇對比路段的長度，理論上應是越長越好。但在實際應用中，每種相同結構、每次對比試驗應不少于5O個測點，彎沉值應有一定的變化幅度。

　　3.2根據測量數據計算兩者間相關關系

　　在廣三高速公路三水段進行了對比試驗，按照規范的要求，以 5個有代表性的路段進行對比，并進行回歸分析，得出相應土路基的回歸方程為 LBB= 1.2941 x LFwD一 9.4212，相關系數為0.908，水泥穩定碎石路面基層的回歸方程為LBB= 1.0131×LFwD一 1.4301，相關系數為0.929。式中：LBB、LFwD分別為貝克曼梁、落錘式彎沉儀測量的彎沉值。

　　對比試驗彎沉分布以及FWD與貝克曼梁檢測的相關分析結果表明：

　　(1)兩者的測試結果具有良好的對應關系，FWD測得的彎沉值越大，貝克曼梁測得的彎沉值也越大，反之亦然，兩種檢測結果也很接近。但 FWD測試精度遠高于貝克曼梁法。

　　(2)兩種方法存在良好的相關性，其相關系數達到0.90以上。如果對比試驗結果相關性較差，應對結果進行分析比較，以確定合理檢測方案。在工程檢測中，能夠根據實際情況選擇一種檢測方法，而不必對于每個路段都進行對比試驗。

　　4、 在工程檢測中的實際應用

　　4.1施工過程檢測控制

　　在一段路基施工結束并經檢測交工后，轉入路面底基層施工，在底基層施工結束后，我們利用FWD對該層進行了彎沉檢測，發現其中300m路段底基層頂面彎沉值較大，通過采集的彎沉盆資料進行路面結構層模量反算，其結果顯示底基層的模量值極不均勻且數值大部分比土基模量值小。根據路面結構層設計模量值自上而下遞減的規律，判定該層施工質量存在問題。建設單位可據此檢測結果及時責令施工單位進行返工，杜絕了質量隱患，避免了不良的社會影響和一定的經濟損失。

　　4.2在剛性路面脫空識別上的應用

　　當混凝土板下產生唧泥、脫空后，采用壓漿或封底是一種有效的修復方法，但這應當是以準確評定脫空狀況為基礎的，否則有可能造成路面使用性能下降甚至加速破壞。因此，對使用中的水泥混凝土路面，以可靠方法評定板下基礎脫空的位置及嚴重性。及時采取有效的措施，恢復路面正常的使用性能，是水泥混凝土路面養護管理中普遍面臨的問題。

　　采用在混凝土板角處用FWD測試彎沉，作用荷載設定為3級(50KN、70KN、90KN)測試彎沉，以彎沉為橫坐標，荷載為縱坐標，把對應 3個荷載級別的彎沉值標注在平面圖上;畫出線性擬合直線 ，并延長直線與坐標軸相交;如果板下支撐情況較好，延長線將穿過坐標原點，或距離原點0.05 mm以內，大于0.05 mm將認為脫空存在，通常越偏離原點，脫空情況越嚴重，這種方法的理論基礎是：理論計算和現場測試均表明，在值得注意的板角脫空出現之前，回歸曲線推算的0荷載板角彎沉應當為0，或接近于0。該方法的優點是快速簡便，不需要較深的理論基礎，適合于現場評定，在國內外實際應用中均取得了較好的效果，是一種值得推廣的方法。

　　4.3交(竣)工驗收檢測

　　利用 FWD對新(改)建公路的路基、路面綜合承載能力進行檢測和評定，為工程的交(竣)工驗收提供數據資料和評定質量等級的依據。根據《公路工程質量檢驗評定標準》JTG F80/1-2004對已竣工的路面進行彎沉檢測，采集全線路面彎沉(盆)信息資料，根據路面彎沉資料，分標段對路基路面的綜合承載能力、施工質量進行評定。

　　5、 結論

　　(1)FWD測試彎沉與貝克曼梁的測試彎沉具有良好的相關性。對于路面結構相當的情況下，不必每次測試都進行對比試驗。

　　(2)由于FWD測試消除了人為讀表誤差、氣壓隨氣溫變化產生的誤差等多種因素的影響，加之位移傳感器精度高，測試重復行穩定，故其測試結果具有較高的精度，其測試數據可用于路面結構的模量反算，以此對各層質量進行分析，以及為設計單位提供可靠的數據依據。

　　參考文獻：

　　1、 中華人民共和國行業標準.JTG E60-2008公路路基路面現場測試規程.北京：人民交通出版社，2008

　　2、 中華人民共和國行業標準.JTG D40-2011公路水泥混凝土路面設計規范.北京：人民交通出版社，2011