落錘式彎沉儀在道路檢測中的應(yīng)用研究

吳孔明

摘 要：本文主要對對落錘式彎沉儀的有關(guān)原理進(jìn)行研究，并和貝殼曼梁實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了比較，從實(shí)驗(yàn)中清楚的表明落錘式彎沉儀在道路檢測中的使用所具有的顯著效果，筆者依據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)總結(jié)相關(guān)建議，提供給相關(guān)人士，供以借鑒。

關(guān)鍵詞：落錘式彎沉儀；原理；方法

由于落錘式彎沉儀（FWD）在對路基路面進(jìn)行檢測的過程中，能夠?qū)⒘菏綇澇羶x所存在的不足之處加以彌補(bǔ)，并且使用現(xiàn)代化設(shè)備收集相應(yīng)的數(shù)據(jù)，有著速度快、精準(zhǔn)性高的特點(diǎn)，并且在相關(guān)領(lǐng)域獲得了較多的認(rèn)可。對此，本文主要對FWD在道路檢測中的具體使用情況進(jìn)行分析，進(jìn)而提出合理化的建議，供相關(guān)人士借鑒。

1、工作原理

相關(guān)人員利用提錘裝置，將具有一定質(zhì)量的重錘抬高到一定的高度，接著重錘落到指定的平臺上，就會產(chǎn)生沖擊荷載。而所產(chǎn)生的荷載量通過承載板的形式輸送到路面中。這種荷載較好的將行車對路面所產(chǎn)生的動態(tài)荷載詳細(xì)的模擬出來。而路面會因?yàn)樵诤奢d的影響下而產(chǎn)生一定的變形情況，就是一個彎沉盆。

測量系統(tǒng)是使用力傳感器以及相應(yīng)的傳感器將最大沖擊荷載所產(chǎn)生的數(shù)值以及相應(yīng)的彎沉值測量出來，將被測路面所具有的動態(tài)變形模量值詳細(xì)的計(jì)算出來。

2、主要設(shè)備

一般情況下，落錘式彎沉儀主要分為兩個種類，一種是拖掛式，另一種是內(nèi)置式，有諸多裝置共同組成，如荷載發(fā)生裝置、車輛牽引體系等。

（1）荷載發(fā)生裝置。由于重錘所具有的質(zhì)量以及下落的高度是依據(jù)具體使用情況以及道路而進(jìn)行選取的，荷載一般都是由傳感器進(jìn)行檢測的。通常情況下，重錘的質(zhì)量普遍在200kg±10kg的范圍內(nèi)，可利用相應(yīng)的沖擊荷載，由于承載板直接大概為30cm左右，因此對路面所產(chǎn)生的壓強(qiáng)恰好是0.7MPa。

（2）對于彎沉檢測裝置來說，是具有狗啊精度位移傳感器構(gòu)成的檢測裝置。

（3）就運(yùn)算控制系統(tǒng)而言，可以在沖擊荷載作用的基礎(chǔ)上，將沖擊荷載以及不同位置所產(chǎn)生的動態(tài)變形情況仔細(xì)的記載下來，利用現(xiàn)代化設(shè)備加以處理。

3、方法和步驟

3.1準(zhǔn)備工作

a）調(diào)整重錘的質(zhì)量及落高，使重錘的質(zhì)量及產(chǎn)生的沖擊荷載符合第2條的要求。b）在測試路段布置的測點(diǎn)，其位置或距離隨測試需要而定。當(dāng)在路面表面測定時，測點(diǎn)布置在行車道的輪跡帶上。測試時，還可利用距離傳感器定位。c）檢查FWD的車況及使用性能，用手動操作檢查，各項(xiàng)指標(biāo)符合儀器規(guī)定要求。d）將FWD牽引至測定地點(diǎn)，將儀器打開，進(jìn)入工作狀態(tài)。牽引FWD行駛的速度不宜超過50km/h。e）對位移傳感器按儀器使用說明書進(jìn)行標(biāo)定，使之達(dá)到規(guī)定的精度要求。

3.2測試步驟

a）承載板中心位置對準(zhǔn)測點(diǎn)，承載板自動落下，放下彎沉裝置的各個傳感器。b）啟動落錘裝置，落錘瞬即自由落下，沖擊力作用于承載板上，又立即自動提升至原來位置固定。同時，各個傳感器檢測結(jié)構(gòu)層表面變形，記錄系統(tǒng)將位移信號輸入計(jì)算機(jī)，并得到峰值，即路面彎沉，同時得到彎沉盆。每一測點(diǎn)重復(fù)測定應(yīng)不少于3次，除去第一個測定值，取以后幾次測定值的平均值或直接取第3次落錘測值作為計(jì)算依據(jù)。c）提起傳感器及承載板，牽引車向前移動至下一個測點(diǎn)，重復(fù)上述步驟，進(jìn)行測定。

4、對比實(shí)驗(yàn)

4.1路段選擇

因?yàn)椴煌访嬷兴哂械牟牧稀⒙坊幕厩闆r、水文條件等方面都存在較大的差異性，所呈現(xiàn)出來的對比關(guān)系也是不一致的。為了將數(shù)據(jù)的精確度加以提升，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)依據(jù)各個地區(qū)的具體情況而選擇具有典型意義的路段，并將FWD與貝克曼梁彎沉儀（BB）進(jìn)行詳細(xì)的比較，為動彎沉換轉(zhuǎn)變成回彈彎沉值提供方便。相關(guān)人員選擇了一段距離在300～1000m范圍內(nèi)的路段，而相應(yīng)的彎沉值應(yīng)當(dāng)具備變化的幅度。

4.2對比試驗(yàn)步驟

a）采用與實(shí)際使用相同且符合要求的FWD及BB彎沉儀測定車，F(xiàn)WD的沖擊荷載應(yīng)與BB彎沉儀測定車的后軸雙輪荷載相同。b）用油漆標(biāo)記對比路段起點(diǎn)位置。c）按規(guī)程用BB定點(diǎn)測定回彈彎沉，測定車開走后，以測點(diǎn)為圓心畫一個半徑為15cm的圓，標(biāo)明測點(diǎn)位置。d）將FWD的承載板對準(zhǔn)圓圈，位置偏差不超過30mm。兩種儀器對同一點(diǎn)彎沉測試的時間間隔不超過10min。

4.3對比試驗(yàn)結(jié)果

不妨設(shè)x和y之間具有良好的線性關(guān)系，即y=Ax+B，通過對比數(shù)據(jù)的回歸計(jì)算確定A、B值，并計(jì)算其線性相關(guān)系數(shù)R。

式中：Ex、Ey、Exy分別為xi、yi和（xi×yi）的算術(shù)平均值；Sx、Sy分別為xi、yi的標(biāo)準(zhǔn)差；A為線性回歸系數(shù)，B為常數(shù)，R為線性相關(guān)系數(shù)。

在計(jì)算時首先計(jì)算出Ex、Ey、Exy、Sx、Sy5個隨機(jī)變量的數(shù)字特征值，然后利用公式（2）、（3）、（4）分別得出R、A、B的值。

根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》，當(dāng)R≥0.95時，兩種檢測方法具有線性相關(guān)性，可以使用落錘式彎沉儀進(jìn)行道路檢測和評價。

為方便起見，可利用CASIOFx-4850P微型計(jì)算機(jī)“雙變量統(tǒng)計(jì)計(jì)算”法，將相應(yīng)的的125組數(shù)據(jù)輸入其中計(jì)算，得出Ex、Ey、Exy、Sx、Sy5個隨機(jī)變量的數(shù)字特征值。

5、檢測報(bào)告

當(dāng)相關(guān)人員在對落錘式彎沉儀進(jìn)行檢測的過程中，將相應(yīng)的工作界面打開，然后找到有關(guān)信息，將A=0.9337、B=-2.7338這一參數(shù)輸入到界面中，并且依據(jù)地域中具有的季節(jié)、溫度等因素選擇恰當(dāng)?shù)膮?shù)以后，就可以依據(jù)“方法和步驟”的操作形式依次檢測。當(dāng)所有內(nèi)容都檢測完畢以后，現(xiàn)代化設(shè)備就立刻形成了一份報(bào)告，具體的內(nèi)容請看下面：

a）與貝克曼梁彎沉儀對比試驗(yàn)的相關(guān)關(guān)系式、相關(guān)系數(shù)。b）各測點(diǎn)的最大彎沉測定數(shù)據(jù)。c）每一個評定路段全部測點(diǎn)彎沉的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、代表彎沉值和評定結(jié)果及特異值點(diǎn)情況。

6、結(jié)語

通過以上內(nèi)容的論述，可以得知：本文主要將FWD應(yīng)用到道路檢測中的基本原理以及操作要點(diǎn)進(jìn)行了研究，F(xiàn)WD有著較多的優(yōu)勢，如速度快、較高的精準(zhǔn)度等，在大規(guī)模的測試中較為適合，在某種程度上為道路設(shè)計(jì)提供了重要的參考依據(jù)，屬于一種新型的檢測技術(shù)，相信在未來的發(fā)展道路上有著廣泛的前景。