车载落锤式弯沉仪在公路无损检测中的应用

陶薇

摘  要：随着计算机技术、自动化技术的迅速发展，在公路检测方面涌现了大量新技术、新工艺，取得了突破性的进展。车载落锤式弯沉仪在公路无损检测中的应用，可提高检测速度、减少人力消耗，且更具经济性。该文在充分掌握落锤式弯沉仪工作原理的基础上，结合具体案例，分别对路基、路面弯沉检测进行了分析与探讨，以期更好地推进我国无损检测事业健康、持续发展。

关键词：车载落锤式弯沉仪;工作原理;路基检测;路面检测

中图分类号：U416            文献标志码：A

0 引言

随着社会经济的迅速发展，我国公路建设里程越来越长。如仍选用传统检测方法，不仅会消耗大量人力、物力，还会对路面原有结构造成严重损害，同时检测速度慢、成本高，且会对施工工期造成严重影响。为此，在实际检测中，需全面结合施工现场的具体情况，采用更快速、更便捷的无损检测设备进行详细、全面地检测，从而有效控制公路工程整体质量，进一步延长公路使用寿命。车载落锤式弯沉仪是一种高效、便捷的无损检测设备，在路基路面弯沉检测中，选用该设备，可达到加快检测速度、提高检测质量、减少检测费用的目标。这种检测方式的应用，能够有效提高公路养护管理水平，是实现公路建设事业可持续发展的重要途径。

1 落锤式弯沉仪工作原理

落锤式弯沉仪简称FWD，此装置需进行动态荷载加载，通过计算机系统进行操作控制，工作原理为在测试面上放置刚性圆盘，利用液压系统进行重锤提升，然后自由下落、释放，待下落至测试面之后，会产生一个极强的荷载压力，通过内置传感器FWD可准确记录数据，此外，还能利用改变高度，达到调整冲击荷载的作用。其特点见表1。

2 车载落锤式弯沉仪检测路基弯沉分析

某公路工程为改扩建工程，扩建部分路基材料为天然砂砾，3 m宽，40 cm松铺厚度，填筑共3层。按照工程调查结果显示，因该路段压实弯沉时间较早，已经成型密实，为了更好地了解路基弯沉情况，现选取车载落锤式弯沉仪做检测处理。

2.1 测点位置选择

按照质量检验评定标准，该路段可选用自动化连续检测设备，为便于检测，可按20 m等间距设测点，与道路拓宽线相距1m部位，设车轮轮迹带，通过喷漆的方式，以测点为圆心，做15 cm半径圆圈喷漆处理，用于标记测点。根据实际检测情况，针对K0+340～K0+820段进行弯沉检测，测点共25个。测点如图1所示。

经检测可知，该路段路基弯沉测试值分布并不均匀，且具有较大数据变异性特征。此时，需按照规定要求，将异常值剔除，为确保检测结果准确，应及时做好处理。根据CFWD数据记录显示，19组弯沉范围为278.4～527（0.01 mm），经计算，弯沉平均值、标准差、变异系数分别为397.6、95.96、0.241。

因路基填料压实变异性与FWD传感器，通常情况下，在路基及基层检测中不会选用FWD，但该工程选用的是CFWD-10T，此设备可用于检测砂砾石路基弯沉，相比贝克曼梁弯沉，待剔除异常值后，数据相关性、可靠性俱佳，与路基弯沉检验评定要求相符，具有良好的检测效果。

3 车载落锤式弯沉仪检测路面弯沉分析

3.1 基层、面层检测分析

（1）水泥稳定碎石基层弯沉检测

按照《公路工程质量检验评定标准》相关规定，压实度、强度、厚度及平整度是水泥稳定土基层检测的主要项目，其中回弹弯沉指标不包括在内。究其原因在于2点，第一，作为半刚性基层，水泥稳定基层龄期较长，早期具有較小回弹模量，随着时间的进一步延长，后期回弹模量逐步增长。同时，时间不同，相应的弯沉指标也存在区别。第二，水泥稳定基层回弹模量较大，一般在1 200 MPa～1 500 MPa相同荷载作用下，弯沉较小。因在沥青路面设计中，存在设计回弹弯沉值，因此，该工程决定针对CFWD-10T的适用性进行检测。

某工程选用水泥稳定碎石基层进行施工，表2为水泥剂量试验情况，由表2可见，水泥剂量为4%时，可符合设计要求。则表3为集料情况，集料粒径需控制在4.75 mm～31.5 mm，材料选用碎砾石，通过CBR、压碎值可见，集料强度较高，且具有良好的抗压能力。

（2）沥青混凝土面层弯沉检测

AC-16中粒式沥青混凝土是当前公路建设最常用的面层材料，该工程选用1 km为试验段长度，起讫桩号为K12+000～K13+000，为保证检测质量，在不干扰交通的情况下，可在与行车道边缘相距1 m左右的轮迹带布设测点。

3.2 施工流程

（1）准备工作

施工前，需先确定重锤质量、落高等工作，保证产生的冲击荷载满足施工规定。测点应布设到测试路段，根据测试需要合理确定间距，同时，也可选用距离传感器定位。要求对设备性能进行详细检查，保证各项指标均与仪器规定要求相符，随后机械就位，开启仪器进入工作状态。按照说明书进行位移传感器标定，保证精度在允许范围内。

（2）测试流程

第一，承载板中心位置与测点相对，自由下落，并放好弯沉装置所有传感器。

第二，落锤装置开启，自由落锤，向车载板施加冲击力，随后自动回升至原位置。此时，可将所有位移信息准确记录至系统，获取峰值，也就是路面弯沉，同时获取弯沉盆。各个测点测试次数需控制在3次以上，取平均值即可。

第三，提起传感器及承载板，向下一个测点施工。

3.3 弯沉数据处理

经检测结果表明，弯沉记录范围在9.8～183.1（0.01mm），根据数据分析，平均值、标准差分别为49.45、46.14。但据基层原始弯沉数据显示，大多集中于20～50（0.01mm），弯沉大于100则表明具有较大离散性，可基本确定为奇异值点。为更好地提升检测数据的可靠性，需针对不同剔除方法，选用剔除方案。具体见表4。

车载式CTWD-10T仪器具备弯沉仪数据处理软件的功能，通过该软件，剔除处理可实现全自动化，且能够计算、标定系数，通过标定系数实现动力与静态弯沉的有效换算，这种剔除方法，更能节约时间，减少工作量。此软件操作较为简单，仅需向系统内输入弯沉原始数据，及公路系数与沥青面层泊松比，点击标定系数即可。根据检测结果可见，相关系数R为0.922，相关性极强，处理结果良好，同时能够模拟实际行车荷载，具有极高精准度，可准确无误地进行动态弯沉测定，且测定迅速，自动化程度高，可满足检测要求。但要注意的是在试验之初，极易产生掉线情况，为此需做好检查工作，减少失误。

4 结语

综上所述，我国公路工程检测技术正逐步向自动化方向发展，且呈现出高速、高效、高精度的发展趋势。路基、路面弯沉都是公路结构质量检验的重要指标，选用车载落锤式弯沉仪检测路基与路面弯沉，均属于自动化无损检测范畴，不仅检测速度快，还具有较高精确性，同时能够将准确、有效的数据及时提供给施工建设的各相关方，这对公路工程建设具有重要的现实意义。

参考文献

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