淺談落錘式彎沉儀的應(yīng)用

邢 燕

(新疆塔城公路管理局)

1 前言

對(duì)路面彎沉測(cè)定的方法有許多種類(lèi)，對(duì)路面彎沉檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)由來(lái)已久，由靜力式發(fā)展至振動(dòng)式，再至落錘式，最后發(fā)展成目前的滾動(dòng)式。其發(fā)展方向大致為:由人工、靜力檢測(cè)轉(zhuǎn)向自動(dòng)化、動(dòng)力檢測(cè)發(fā)展，F(xiàn)WD逐漸在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)之中得到廣泛的應(yīng)用，而更值得期待的RWD彎沉檢測(cè)技術(shù)，正處于試驗(yàn)研發(fā)階段，相信不久的將來(lái)，可以投入實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中。而最近幾年以來(lái)，對(duì)于路面動(dòng)態(tài)的彎沉測(cè)定，較為普遍的則是選用落錘式彎沉儀，其工作原理是反算路面的回彈模量，使得越來(lái)越被各國(guó)的道路事業(yè)界選作熱門(mén)課題來(lái)進(jìn)行研究。第一臺(tái)FWD的問(wèn)世是在70年代未期，而我國(guó)于2005年進(jìn)口了這種設(shè)備。

2 FWD彎沉儀的工作使用原理

(1)FWD彎沉儀其結(jié)構(gòu)構(gòu)成:它是由運(yùn)算控制系統(tǒng)、彎沉檢測(cè)裝置、荷載發(fā)生裝置及車(chē)輛牽引系統(tǒng)等組成。

(2)FWD的工作原理現(xiàn)今處于最先進(jìn)的路面彎沉強(qiáng)度無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，就是車(chē)載的FWD彎沉儀，它是將一定重量的重錘，在下落過(guò)程中時(shí)，所發(fā)生的沖擊荷載作用，給路面與路基表面帶來(lái)的瞬間變形，以此來(lái)進(jìn)行測(cè)定道路的承受能力。即:通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的荷載作用產(chǎn)生的彎沉盆及動(dòng)態(tài)彎沉，便于換算出道路路基與每層材料的彈性，由此以來(lái)，更便利于設(shè)計(jì)參數(shù)的使用，而測(cè)量的最終結(jié)果，也可以用于評(píng)定道路的承載力。

3 對(duì)比貝克曼梁彎沉儀與落錘式彎沉儀的異同

(1)地區(qū)的不同，其路面的地質(zhì)也各不相同，因此在實(shí)驗(yàn)之前，應(yīng)當(dāng)選取具有廣泛性的路面路段，來(lái)對(duì)比這兩種測(cè)定方法。先將落錘式彎沉儀測(cè)量的動(dòng)彎沉換算成貝克曼梁測(cè)量的回彈彎沉值，選取長(zhǎng)度為300～500 m的路段進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)彎沉值是具有一定的變化幅度的。因路基的狀況、溫度等相關(guān)因素的不同，所以促使其路面及對(duì)比關(guān)系也就不同，為了讓數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性更高，應(yīng)就不同的情況來(lái)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。本文所選取的是 S221線(xiàn) K13+680～K14+000路段與S222線(xiàn)K10+000～K10+500路段兩種路段進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。前者于改建1993年，由于重型交通載具的流量比較大，因此路面由瀝青混凝土面層等結(jié)構(gòu)組成;而后者于1996年進(jìn)行改建，其路面的結(jié)構(gòu)構(gòu)成為天然砂礫底基層、級(jí)配礫石基層和瀝青表處(層鋪法)面層。

(2)對(duì)比試驗(yàn)的具體步驟

①選用與實(shí)際使用同樣并符合規(guī)定的測(cè)定車(chē)，并且要保證落錘式彎沉儀的沖擊荷載要跟貝克曼梁彎沉儀測(cè)定車(chē)后軸的雙輪荷載同步。

②選用油漆標(biāo)出對(duì)比路段起點(diǎn)的具體位置。

③依據(jù)規(guī)定選用貝克曼梁進(jìn)行定點(diǎn)，以便測(cè)量回彈彎沉，當(dāng)測(cè)定車(chē)離開(kāi)后，用粉筆進(jìn)行繪畫(huà)，將測(cè)點(diǎn)視為該圓的圓心，并以15 cm為半徑進(jìn)行畫(huà)圓，明確的標(biāo)注測(cè)點(diǎn)的位置。

④將儀器的承載板部位與圓圈進(jìn)行準(zhǔn)確的校對(duì)，在保證兩者相對(duì)重合時(shí)(位置的偏差要小于30 mm)，兩者針對(duì)同一點(diǎn)的測(cè)試時(shí)間，其間隔應(yīng)當(dāng)保證在10 min之內(nèi)。

(3)將兩者的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。經(jīng)試驗(yàn)的檢測(cè)，建立的回歸方程為L(zhǎng)B=a+bLFWD，式中的LB與LFWD為貝克曼梁、落錘式彎沉儀測(cè)定的彎沉值，回歸方程式的系數(shù)應(yīng)≥0.9。

所測(cè)貝克曼梁彎沉數(shù)據(jù)用excel軟件作出線(xiàn)性相關(guān)圖如圖1。

圖1 線(xiàn)性相關(guān)

依據(jù)路段所測(cè)定的全部測(cè)點(diǎn)彎沉，其標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)、平均值及代表彎沉所建立的回歸方程式為:y=1.009 4x+6.582 1，所得到的相關(guān)系數(shù)R為0.934 4。

所測(cè)貝克曼梁彎沉數(shù)據(jù)用excel軟件作出線(xiàn)性相關(guān)圖如圖2。

圖2 線(xiàn)性相關(guān)

根據(jù)以上檢測(cè)路段反應(yīng)的所有測(cè)點(diǎn)彎沉，建立的回歸方程:y=1.1605x-34.821，相關(guān)系數(shù)R為0.9077。

(4)結(jié)果分析經(jīng)試驗(yàn)之后比對(duì)，得到的相關(guān)系數(shù)、關(guān)系式以及回彈彎沉的結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)在相同的地區(qū)路段條件下，路面的材料、土基等條件因素相同時(shí)，兩者測(cè)得的數(shù)據(jù)具有良好的關(guān)系。因此當(dāng)在地區(qū)不同的條件下時(shí)，得到兩者之間的關(guān)系，應(yīng)對(duì)不同地區(qū)的路面分別進(jìn)行求取并建立方程。

使用落錘式彎沉儀對(duì)彎沉進(jìn)行測(cè)定時(shí)，所需的注意事項(xiàng)與特點(diǎn)。(1)落錘式彎沉儀自身的特點(diǎn)，在于能夠良好的對(duì)現(xiàn)實(shí)生活之中交通載具荷載的模擬，其多點(diǎn)彎沉，所以傳感器精度高。(2)測(cè)量速度比較快，自動(dòng)化程度高。(3)在實(shí)驗(yàn)初期時(shí)，最容易出現(xiàn)掉線(xiàn)的情況，所以當(dāng)早發(fā)現(xiàn)早制止，盡可能的減少?gòu)男聹y(cè)定的次數(shù)。(4)在對(duì)存在裂縫的路面進(jìn)行勘測(cè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意盡可能的避免落錘式彎沉儀自身傳感器的落點(diǎn)位置，要保證其位置處于裂縫之處，防止給測(cè)定帶來(lái)不良影響，以降低數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。(5)適用于路況較好，等級(jí)較高的路段。

4 結(jié)束語(yǔ)

評(píng)判道路路面的承載力，須經(jīng)過(guò)相應(yīng)理論程序與模式的運(yùn)算，而FWD的目的是把所測(cè)得的數(shù)據(jù)通過(guò)反算，因而得出路面材料的彈性模量。該方法還適用于對(duì)路面的使用年限等方面的各種檢查工作。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，相類(lèi)似的道路檢測(cè)設(shè)備與檢測(cè)技術(shù)也將會(huì)逐漸的成熟，我們有理由相信落錘式彎沉儀，將會(huì)在更多的項(xiàng)目施工中得以應(yīng)用。