高速彎沉儀檢測技術(shù)研究進(jìn)展

徐艷玲，唐伯明，朱洪洲，王俊新

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院,重慶 400074)

0 引言

隨著我國公路建設(shè)的飛速發(fā)展，已建成的公路里程不斷增加，截至2019年，中國公路總里程已達(dá)484.65萬km、高速公路達(dá)14.26萬km,居世界第一。我國未來公路的發(fā)展趨勢以養(yǎng)護(hù)修復(fù)為主，隨著無損檢測技術(shù)的廣泛應(yīng)用，路表彎沉測試對于路面結(jié)構(gòu)性能評價(jià)日趨重要，路面彎沉數(shù)據(jù)不但用于評價(jià)既有路面的結(jié)構(gòu)狀況，還可用于輔助路面結(jié)構(gòu)加鋪層設(shè)計(jì)、評估路面響應(yīng)的季節(jié)性變化、評估工程的結(jié)構(gòu)變異性、表征加鋪層材料特性參數(shù)與路基承載能力等；對于剛性路面，彎沉測試還可用于確定接縫和裂縫的傳載能力以及探測路表下的空洞等路面病害檢測。路面行為特性的評價(jià)與預(yù)估可大大節(jié)約養(yǎng)護(hù)維修成本，所以關(guān)于彎沉測試方法及理論在國內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用與研究。

目前國外用于確定彎沉形狀及路面結(jié)構(gòu)層特性的無損檢測技術(shù)主要有以下6種：落錘式彎沉儀法(FWD)、滾動(dòng)動(dòng)力彎沉儀法(RDD)、滾輪式彎沉儀法(RWD)、機(jī)場滾輪式彎沉儀法(ARWD)，道路彎沉儀法(RDT)、高速彎沉儀法(HSD)。其中FWD理論體系較為完善，F(xiàn)WD彎沉數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用較為成熟，具有國際公認(rèn)性，而其他5種設(shè)備尚處于不同的研究階段。國內(nèi)的無損檢測技術(shù)主要有以下4種：貝克曼梁法(BB)、自動(dòng)彎沉儀法、落錘式彎沉儀法(FWD)、激光式高速路面彎沉儀法。而這4種方法中，傳統(tǒng)貝克曼梁法將隨著技術(shù)的發(fā)展逐漸被淘汰，F(xiàn)WD是國內(nèi)目前道路驗(yàn)收以及路面結(jié)構(gòu)評定的主要方法，而激光高速路面彎沉儀法是《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》(JTG3450—2019)中新增入的測試方法，但其理論與應(yīng)用仍處于初級(jí)水平。

FWD作為無損檢測中最主要的檢測技術(shù)，能夠有效地測量荷載板下的彎沉值用于確定路面的剛度及其他特性，但是也有明顯的缺陷,就是測試的間斷性，在測試時(shí)需要進(jìn)行交通管制，測試效率低。而高速激光彎沉儀的出現(xiàn)彌補(bǔ)了這些缺陷，以明顯的優(yōu)勢成為未來檢測技術(shù)發(fā)展新方向。這種技術(shù)發(fā)展的潛在優(yōu)勢有[1]：(1)相對于現(xiàn)有的隨機(jī)選點(diǎn)測試彎沉值(如FWD)而言，這種高速彎沉測試系統(tǒng)能夠連續(xù)測試路面的彎沉數(shù)據(jù)；(2)高速彎沉測試系統(tǒng)可以減少用戶的延誤時(shí)間成本，也可以避免交通安全問題，比如傳統(tǒng)的彎沉測試需要進(jìn)行交通管制時(shí)容易產(chǎn)生交通安全事故，高速彎沉測試儀以正常的交通流進(jìn)行測試，不會(huì)影響其他車輛的運(yùn)行。(3)路面管養(yǎng)單位可以利用這個(gè)系統(tǒng)獲取路面的實(shí)時(shí)狀況，以便做出最佳養(yǎng)護(hù)決策，從而達(dá)到路面最長的使用壽命、最少的養(yǎng)護(hù)成本以及最小的延誤成本。(4)路面建設(shè)單位在施工過程中可以利用該系統(tǒng)對路面結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行定位、修補(bǔ)以及消除路面結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)，最終保證施工質(zhì)量，降低壽命周期成本，延長使用壽命。(5)通過GPS實(shí)時(shí)獲取彎沉測量數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)庫聯(lián)系起來可以形成地圖信息，這些信息顯示路面結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)、混凝土路面?zhèn)骱陕实鸵约凹愉亴右资芊瓷淞芽p影響的位置。(6)可對未來2～3年要發(fā)生的路面病害進(jìn)行預(yù)警，以便進(jìn)行合理的路面養(yǎng)護(hù)和修復(fù)管理。

1 高速彎沉儀原型理論研究

自20世紀(jì)80年代以來，全球很多公路機(jī)構(gòu)已開始使用FWD進(jìn)行柔性路面以及混凝土路面結(jié)構(gòu)的評估，而自1991年彎沉儀取消應(yīng)用后，丹麥公路研究院一直致力于尋找一種不同于FWD的方法對全國公路網(wǎng)的路面結(jié)構(gòu)狀況進(jìn)行初步篩查，而后在20世紀(jì)90年代中期立項(xiàng)研制一種新型高速彎沉儀，項(xiàng)目的主要團(tuán)隊(duì)是丹麥公路研究院和Greenwood工程公司,而荷蘭代爾夫特理工大學(xué)和丹麥科技大學(xué)做主要合作者從事理論工作[1]。TSD(traffic speed deflectometer)最原始的兩個(gè)原型由丹麥的格林伍德工程開發(fā)，且其版本也在不斷的更新與完善之中，目前國內(nèi)外高速彎沉的研究與應(yīng)用基本都是基于丹麥的TSD原型技術(shù)，比如國內(nèi)武大卓越首研發(fā)的激光動(dòng)態(tài)彎沉測試系統(tǒng)Laser Dynamic Deflectometer(LDD)。TSD基于多普勒效應(yīng)的激光速度傳感器測量路面彎沉變形速度，小角度安裝的激光器測量車輛水平速度、豎向速度、暫停速度及豎向路面變形速度。為了消除對于速度的依賴性，路面變形速度與車輛水平瞬時(shí)測量速度的比值表示為路面測試彎沉的斜率，彎沉速率以μm/s計(jì)，車輛速度以m/s計(jì)，彎沉斜率則以μm/s[2]計(jì)。輪載作用下路面變形速度矢量示意圖如圖1所示。由于彎沉比彎沉斜率能更直觀反映路面結(jié)構(gòu)承載能力，國內(nèi)外路面結(jié)構(gòu)狀況的評價(jià)以及在路面管理系統(tǒng)的應(yīng)用中大多采用彎沉值指標(biāo)，所以如何利用激光器采集的變形速度確定現(xiàn)場路面彎沉值成了重點(diǎn)關(guān)注問題，且彎沉計(jì)算理論的完善直接影響到設(shè)備的研發(fā)及應(yīng)用。本研究對高速激光彎沉檢測技術(shù)的理論模型及分析方法進(jìn)行了歸納總結(jié)，彎沉計(jì)算方法可歸納為兩大類：(1)基于力學(xué)理論計(jì)算法；(2)曲線面積積分法。

圖1 滾動(dòng)荷載作用下路面變形速度示意圖Fig.1 Schematic diagram of pavement deflection velocity under a rolling load

1.1 基于力學(xué)理論計(jì)算法

基于高速彎沉儀測試的變形速度獲取路面彎沉值，國外學(xué)者在理論上做了大量的研究。Kenneth[3]等首次提出了一種新的無損檢測方法(高速彎沉儀法)測試路面結(jié)構(gòu)承載能力，報(bào)告中采用多項(xiàng)式擬合路面變形速度的方法，然后通過擬合曲線積分得到彎沉值，具體擬合曲線實(shí)例見圖2。

圖2 20 m/s行車速度下彎沉速度及擬合曲線Fig.2 Deflection velocity and fitting curve at 20 m/s driving speed

Rasmussen[4]等以及國內(nèi)的張德津[5]等采用Euler-Bernoulli梁理論和Winkler地基模型建模，路面受力簡化后的彈性模型如圖3所示，歐拉-伯努利方程表示為式(1),推導(dǎo)的曲線方程可表示為式(2)。但是Rasmussen在文中提到只有荷載作用位置附近的測點(diǎn)計(jì)算結(jié)果才可靠。

(1)

(2)

圖3 彈性梁作用在線彈簧地基上的受力圖Fig.3 Illustration of elastic beam acting on linear spring foundation

傳統(tǒng)的梁/板模型計(jì)算的彎沉斜率與TSD實(shí)際測量的斜率比較時(shí)存在較大差異，Pedersen[6]等在greenwood公司的TSD彎沉算法基礎(chǔ)上，對彎沉算法進(jìn)行了進(jìn)一步研究。根據(jù)2012年版TSD進(jìn)行理論分析研究，路面結(jié)構(gòu)假設(shè)為4層，如圖4所示，基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的研究框架，對路面彎沉進(jìn)行黏彈性模擬分析，彎沉斜率模擬為對稱(高斯分布)與非對稱(穩(wěn)定分布)綜合方程以及擬合彎沉曲線方程見式(3)～(12)，這些模型參數(shù)通過實(shí)測TSD彎沉斜率確定。

圖4 層狀路面結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Schematic diagram of layered pavement structure

rSg1′(rxx,α,β,c,μ)+rNg2′(rxx,μ1,σ)，

(3)

g(rxx,α,β,c,μ,x,μ1,σ,rx,rS,rN):=

(4)

(5)

(6)

g1(x;α,β,c,u):=-f(-x;α,β,c,u),

(7)

φ(k;α,β,c,u)=eiku-|ck|α[1-iβsgn(k)φ(α, k)],

α=[0, 2],β∈[-1, 1],c∈[0, ∞],d∈R,

(8)

(9)

穩(wěn)態(tài)分布f見式(10)：

(10)

f用于模擬彎沉，f的導(dǎo)數(shù)模擬彎沉斜率。方程(10)導(dǎo)數(shù)可以通過傅里葉轉(zhuǎn)換為式(11)

(11)

或方程(10)的近似解為有限差分商

(12)

式中，α為特征指數(shù)，控制隨機(jī)過程中的脈沖程度，值越小，脈沖越長，其尾部也越長，意味著遠(yuǎn)離中心位置的隨機(jī)變量概率越大；β為對稱參數(shù)，決定分布的傾斜度；c為控制參數(shù)，控制穩(wěn)定分布的寬度；u為穩(wěn)定分布的位置參數(shù)；rx為右側(cè)x軸范圍的尺度參數(shù)；rN為正態(tài)分布尺度參數(shù)；σ為高斯方程的變量，一般跟荷載的寬度有關(guān)，是一個(gè)固定值；u1為正態(tài)分布的位置參數(shù)，在穩(wěn)定分布模式中是固定值；rs為穩(wěn)定分布尺度參數(shù)。

為得到更準(zhǔn)確的解析解，避免傳統(tǒng)方法對模型的過于簡化，Graczyk[7]等提出一種新的解析方法，將伽遼金法用于控制歐拉-伯努利梁變形的傳統(tǒng)微分方程，基于單層路面體系分析路面彎沉，將路面模擬成由無限深黏彈性路基支撐的歐拉-伯努利梁，而實(shí)際作用的載荷以一組恒定速度運(yùn)動(dòng)的集中力來表示，見圖5,圖中歐拉-伯努利梁變形的經(jīng)典運(yùn)動(dòng)方程見式(13)，推導(dǎo)的曲線方程見式(14)。

圖5 移動(dòng)荷載作用在無限厚度黏彈性地基支撐的彈性梁(歐拉-伯努利梁)上的結(jié)構(gòu)Fig.5 Structure of moving load acting on elastic beam (Euler-Bernoulli beam) supported by infinite-depth viscoelastic subgrade

(13)

(14)

式中，z(x,t)為梁的豎向變形；EI為梁的等截面彎曲剛度；m為梁的單位截面質(zhì)量；c為bρvs地基阻尼，b為基層寬度，β為地基密度，vs為地基壓縮波速度；k為地基彈簧剛度；PS1為集中力；xs為荷載作用初始位置；v為荷載水平速度;S為集中力數(shù)量；δ(·)為狄拉克函數(shù)作為作用力位置方程函數(shù)。

Deng Y[1]認(rèn)為在荷載作用下的路面響應(yīng)如圖6所示，延遲角φ反映了路面結(jié)構(gòu)材料的黏彈性以及荷載的動(dòng)態(tài)效應(yīng)，在荷載作用下的彎沉盆是非對稱的。為了模擬TSD測試條件以及有限元模擬計(jì)算的非對稱彎沉盆，采用了Gumbel概率密度曲線進(jìn)行擬合，如式(15)，此路面結(jié)構(gòu)響應(yīng)模型為路面結(jié)構(gòu)材料的黏彈性、結(jié)構(gòu)層的非線性以及荷載的動(dòng)態(tài)模擬分析提供了理論基礎(chǔ)。

圖6 移動(dòng)荷載作用下非對稱彎沉盆示意圖Fig.6 Schematic diagram of asymmetric deflection basin under moving load

(15)

式中，W(x)為Gumbel概率密度曲線；x為測試距離，離參考點(diǎn)的距離；W0，ρ，β為模型參數(shù)。

1.2 曲線面積積分法

Muller[8]等通過TSD數(shù)據(jù)分析得到了不同的曲線段組合來模擬彎沉斜率曲線，計(jì)算曲線下的面積即彎沉值，彎沉盆形狀通過從一參照點(diǎn)或者彎沉盆最邊緣點(diǎn)的積分得到，利用的數(shù)值分析方法比較簡單，具體計(jì)算式見式(16)～(19)，這個(gè)方法最大的優(yōu)點(diǎn)是解決了離荷載作用位置較遠(yuǎn)處彎沉值計(jì)算結(jié)果不可靠的問題，得到荷載軸后面的彎沉盆形狀，提高了測點(diǎn)最大彎沉值的準(zhǔn)確度。

(16)

dx=VHdt,

(17)

(18)

(19)

將螺栓完全擰緊（指采用采用轉(zhuǎn)角法擰緊螺栓時(shí)，擰緊螺栓的裝配的扭矩達(dá)到上限，螺栓不再產(chǎn)生轉(zhuǎn)角）[19-20]，并給電機(jī)通電，上位機(jī)測得曲線與相位差如圖8所示，兩曲線嚴(yán)格同步，所得相位差均小于0.1π，較為穩(wěn)定。判定所得系統(tǒng)狀態(tài)為正常工作，符合實(shí)驗(yàn)條件。

圖7 通過VV/VH的描繪線下的面積計(jì)算路面變形輪廓線Fig.7 Deflected pavement profile calculated as the area under the plot of VV/VH

后續(xù)Zofka[9]等人提出了另一種處理TSD測試數(shù)據(jù)的計(jì)算方法，這種算法與歐拉方法描述類似，簡稱歐拉法，如圖8，是除拉格朗日法外的另一種替換方法，其重點(diǎn)是離散點(diǎn)(i)沿著TSD測試路線分布,每個(gè)離散點(diǎn)的彎沉?xí)r程是時(shí)間函數(shù)(t)，即δi=f(t)，見圖9。而利用韋布爾函數(shù)(Weibull)來擬合彎沉斜率，見式(20)，通過函數(shù)曲線與TSD荷載軸的距離積分來計(jì)算彎沉。

(20)

式中，k為形狀參數(shù)；λ為尺度參數(shù)；u為位置參數(shù)。

圖8 歐拉方法概念圖Fig.8 Eulerian approach concept diagram

圖9 TSD不同作用位置時(shí)歐拉離散點(diǎn)彎沉?xí)r程Fig.9 Deflection history of Euler discrete point at different TSD positions

利用韋布爾函數(shù)(Weibull)擬合彎沉斜率，通過求解函數(shù)曲線下的面積計(jì)算各點(diǎn)彎沉值，彎沉斜率函數(shù)如下式(21)。

(21)

式中，k為形狀參數(shù)；λ為尺度參數(shù)

對國內(nèi)外路面計(jì)算模型以及利用高速激光彎沉測試值計(jì)算路面彎沉的方法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，基于力學(xué)理論計(jì)算方面，為了使計(jì)算理論更準(zhǔn)確，更符合現(xiàn)場路面結(jié)構(gòu)響應(yīng)，計(jì)算理論在不斷完善，從簡單的線彈性簡化模型逐漸過渡到考慮移動(dòng)荷載、黏彈性等因素的復(fù)雜模型。為了避免理論假設(shè)，演變出了曲線面積積分法，利用測試數(shù)據(jù)分析直接計(jì)算彎沉值。理論的不斷更新完善為后續(xù)高速激光彎沉檢測結(jié)果的分析與應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)，就TSD測試數(shù)據(jù)進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)模量反算而言，合理的路面結(jié)構(gòu)模型直接影響到反演方法的適用性和精度。目前國內(nèi)對于高速彎沉儀理論方面的研究十分欠缺，應(yīng)借鑒國外已有基礎(chǔ)開展研究，提出適合國內(nèi)路面結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算模型與方法，這對于高速彎沉儀國產(chǎn)化設(shè)備的完善與工程應(yīng)用具有重要的推動(dòng)作用。

2 高速彎沉儀測試精確度影響因素分析

高速彎沉儀在應(yīng)用中，速度的提升往往會(huì)造成精度上一定程度的損失，所以在選用高速彎沉儀設(shè)備時(shí)，如何保證測試設(shè)備的精確度與可靠性是至關(guān)重要的問題，設(shè)備的精確度一般取決于下列幾個(gè)因素：外部變量影響、平均值單元路段長度的選擇、短期的重復(fù)性、與其他彎沉設(shè)備測量值的轉(zhuǎn)換。

2.1 外部變量影響

在早期工作中,Hildebrand[10]和Kenneth[3]等根據(jù)當(dāng)時(shí)激光器的精確度εvelocity為0.14 mm/s，測試系統(tǒng)1.5 m內(nèi)安裝了5個(gè)激光器，在正常的車輛速度(Vk=70 km/h(≈20 m/s))狀態(tài)下的系統(tǒng)測試精度為4.7 μm/m，計(jì)算如下式(21)～(23)，從這個(gè)結(jié)果來看，激光器個(gè)數(shù)越多，系統(tǒng)測試精度越高。

(22)

(23)

(24)

在早期Flintsch[11]等人通過研究發(fā)現(xiàn)TSD測試時(shí)，噪音對測試結(jié)果有明顯的影響。Levenberg[12]等通過統(tǒng)計(jì)學(xué)分析TSD和FWD的測量數(shù)據(jù)庫，提出了一種新的比較方法，且基于TSD300指標(biāo)利用泰勒圖直接表示二者的關(guān)系，也可用來評估TSD設(shè)備的精確度。Katicha[13]等對噪音的變異性(噪音標(biāo)準(zhǔn)差)進(jìn)行分析研究，認(rèn)為TSD測量的噪聲標(biāo)準(zhǔn)偏差的評估是確定測量精度的關(guān)鍵，因?yàn)橹挥信懦嗽胍舻挠绊?，才能得到路面結(jié)構(gòu)測試值的“真值”，通過差分序列法求解噪音標(biāo)準(zhǔn)差以及路面“真值”標(biāo)準(zhǔn)差，而廣義交叉試驗(yàn)法與平衡風(fēng)險(xiǎn)估算法對TSD測量值進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)平衡指標(biāo)能更好地得到測試“真值”。Liao[14]等基于激光動(dòng)態(tài)彎沉測試系統(tǒng)Laser Dynamic Deflectometer(LDD)分析了路面溫度、車速、路面條件等因素對彎沉測試的影響，利用回歸分析方法建立了動(dòng)態(tài)激光彎沉儀(LDD)的測試彎沉環(huán)境參數(shù)修正模型，并通過多次實(shí)際工程驗(yàn)證了該校正模型在不同測量條件下的可靠性。通過與不同類型彎沉儀進(jìn)行比較試驗(yàn)，驗(yàn)證了該校正模型在不同測量條件下的準(zhǔn)確性。結(jié)果表明，該路面撓度連續(xù)測量修正模型在不同環(huán)境條件下具有較強(qiáng)的穩(wěn)健性。Nasimifar[15]等基于動(dòng)態(tài)-黏彈性分析了426種路面在TSD移動(dòng)荷載下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，根據(jù)三維動(dòng)態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)集值建立了SCITSD-Ref溫度修正模型，該模型包括瀝青路面層、溫度以及結(jié)合料類型等敏感性參數(shù)，在美國的明尼蘇達(dá)州試驗(yàn)路、維吉尼亞州、伊利諾斯州以及歐洲、澳大利亞進(jìn)行實(shí)體路面驗(yàn)證，根據(jù)實(shí)體工程數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整。但是這些模型是基于模擬數(shù)據(jù)以及初步的實(shí)體工程驗(yàn)證分析，在全面實(shí)施之前還需要更多的實(shí)體工程來充分驗(yàn)證，因不同路面結(jié)構(gòu)及不同氣候條件下，修正模型會(huì)有差異。

2.2 平均值單元路段長度的選擇及短期重復(fù)性

Flintsch[11]對單元長度0.1，1，10，100 m的彎沉斜率平均值分析發(fā)現(xiàn)100 m的平均值不能很好反映路面狀況，所以在英國TSD采集的數(shù)據(jù)每1 m進(jìn)行記錄儲(chǔ)存，而在出檢測報(bào)告時(shí)用的數(shù)據(jù)是每10 m的平均值，TSD測試的短期重復(fù)性良好。美國聯(lián)邦公路管理局(FHWA)基于TSD高速激光彎沉測試的現(xiàn)場試驗(yàn)立項(xiàng)了一個(gè)聯(lián)合基金研究項(xiàng)目，加利福尼亞、喬治亞州、愛達(dá)荷州等9個(gè)州的交通局參與該項(xiàng)目，而Shrestha[16]等利用這9個(gè)州大約9 540 km的TSD測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)TSD測試具有良好的短期重復(fù)性以及長期的再現(xiàn)性。

2.3 高速彎沉儀法與其他測試法指標(biāo)的轉(zhuǎn)換性研究

由于FWD是目前國外路面結(jié)構(gòu)狀況無損檢測的主要方法，是AASHTO設(shè)計(jì)指南以及MEPDG設(shè)計(jì)指南中通常推薦使用的彎沉測試設(shè)備,在國外FWD的應(yīng)用、理論模型以及測試數(shù)據(jù)的分析較成熟，用于模量反演程序就有BAKFAA，DIADEF，BOUSDEF，CHEVDE，MODULUS，WESDEF等20多種，故一般都是高速彎沉儀與FWD測試數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。Flintsch[11]等人通過TSD測試彎沉斜率與FWD測試彎沉值進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)二者數(shù)據(jù)具有一致性。Shrestha[16]等利用9個(gè)州大約9 540 km的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)TSD與FWD二者測試的彎沉值具有一致性，對于FWD測試識(shí)別的需要加強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)承載能力部分同樣能被TSD識(shí)別。Katicha[17]及Elseifi[18]等通過對比研究發(fā)現(xiàn)兩種設(shè)備測試數(shù)據(jù)具有一致性，都能成功反映出測試路段的路面結(jié)構(gòu)狀況。但是上述研究中反映TSD測試并未對具體彎沉指標(biāo)之間關(guān)系建立相關(guān)關(guān)系式。

一些學(xué)者對測試彎沉指標(biāo)進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，Roberts[19]等在澳大利亞和新西蘭地區(qū)開展了丹麥的TSD與FWD彎沉測試值之間的關(guān)系研究，結(jié)果表明TSD和FWD最大彎沉測量值D0之間存在很強(qiáng)的線性相關(guān)性，但是不同地區(qū)關(guān)系式不同。Mano-haran[20]等利用TSD實(shí)測彎沉數(shù)據(jù)研究粒料基層柔性路面的結(jié)構(gòu)性能，同樣發(fā)現(xiàn)TSD及FWD最大彎沉D0之間具有良好的線性關(guān)系。Simonin[21]等在法國北部地區(qū)選用3種不同的道路(高速公路、主干道、次干道)進(jìn)行了TSD試驗(yàn)以及FWD試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)TSD測試具有良好的重復(fù)性，彎沉斜率對于路面結(jié)構(gòu)承載能力很敏感，利用高速公路、主干道、次干道3種道路的HSD測量值(彎沉斜率)與FWD彎沉測試值進(jìn)行線性回歸，能夠得到良好的線性關(guān)系式，回歸系數(shù)達(dá)到0.86，但是由于高速公路的回歸點(diǎn)全部位于回歸線以上，而主干路的回歸點(diǎn)均位于回歸線以下，故研究中說明不建議利用這種線性回歸法將TSD測試彎沉斜率轉(zhuǎn)換為彎沉值，但是HSD能夠檢測出道路承載力的狀況以及反應(yīng)有明顯變異部分。Katicha[22]等發(fā)現(xiàn)簡單的線性回歸方法在分析設(shè)備的可重復(fù)性以及兩種測試設(shè)備測量值之間的關(guān)系時(shí)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的結(jié)果，所以采用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的一致性界限法(LOA)來評價(jià)TSD與FWD兩種設(shè)備，二者測試值均轉(zhuǎn)換成路表曲率指數(shù)(SCI)以及基層損壞指數(shù)(BDI)之后進(jìn)行分析，結(jié)果表明利用LOA進(jìn)行比較是非常有效的，盡管兩種設(shè)備測量值計(jì)算的SCI和BDI之間的關(guān)系非常接近線性，但是關(guān)系中存在明顯的變異性和偏差，比如SCI或者BDI的平均值為300 mm,偏差值為30 mm(一般FWD的值略小于TSD的值)，界限范圍最大值可為380 mm，而簡單線性回歸無法反應(yīng)出這些偏差。隨著人工智能的發(fā)展，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的優(yōu)點(diǎn)，一些學(xué)者開始利用此方法進(jìn)行TSD數(shù)據(jù)的分析，Elbagalati[23]等利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析路易斯安那州及明尼蘇達(dá)州的TSD與FWD實(shí)際測試數(shù)據(jù)，得到了將TSD測試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為FWD數(shù)據(jù)的ANN模型，ANN模型進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)能達(dá)到擬合度為0.9的高精確度。Zihan[24]等為了利用TSD測量的彎沉值進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)層模量反算分析，提出了一種基于力學(xué)原理的方法將TSD測量值轉(zhuǎn)換成等效的FWD彎沉值，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行分析163組不同路面結(jié)構(gòu)的TSD及FWD數(shù)據(jù)，回歸分析得到ANN模型，并基于ANN模型開發(fā)了windows軟件程序?qū)SD彎沉值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的FWD彎沉。而關(guān)于ANN模型的下一步工作應(yīng)增加現(xiàn)場實(shí)際測試數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，可以得到不同路面條件對TSD檢測結(jié)果的影響，這將有助于創(chuàng)建具有更強(qiáng)泛化能力的穩(wěn)健網(wǎng)絡(luò)。

在國內(nèi)，《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D20—017)中規(guī)定荷載作用中心彎沉值仍是新建路的驗(yàn)收指標(biāo)，《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG5421—2018)中既有路面結(jié)構(gòu)參數(shù)推薦可通過彎沉盆反演路面結(jié)構(gòu)模量參與養(yǎng)護(hù)修復(fù)設(shè)計(jì)。而在《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG 5210—2018)中路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是瀝青路面技術(shù)狀況評定內(nèi)容之一，屬于抽樣檢測指標(biāo)，按路面養(yǎng)護(hù)管理需要確定抽樣率，路面強(qiáng)度指數(shù)(PSSI)及路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)(SSR)模型計(jì)算都是基于靜載作用下的層狀彈性體系及現(xiàn)場實(shí)測貝克曼梁(BB)測試值。故目前高速彎沉儀在國內(nèi)的應(yīng)用，主要是利用荷載中心的彎沉值與FWD及貝克曼梁(BB)進(jìn)行換算。鞏建[25]等利用試驗(yàn)路段將高速彎沉儀測值與貝克曼梁回彈彎沉進(jìn)行對比分析，也發(fā)現(xiàn)二者存在良好的線性相關(guān)性。鄭濤[26]將激光動(dòng)態(tài)彎沉檢測車應(yīng)用于高海拔地區(qū)瀝青混凝土路面，通過快速彎沉檢測與實(shí)測數(shù)據(jù)分析，建立了與傳統(tǒng)貝克曼梁法的線性方程換算關(guān)系。但是由于上述對比試驗(yàn)路段數(shù)據(jù)量小，分析方法較為簡單，其相關(guān)結(jié)論適用性具有局限性。

上述分析中關(guān)于高速彎沉儀測試彎沉指標(biāo)中對TSD與FWD荷載中心彎沉之間關(guān)系研究較多，而對于其他彎沉點(diǎn)之間的關(guān)系研究較少，應(yīng)增加其他彎沉點(diǎn)D200,D300,D450,D900對比研究。且從長遠(yuǎn)來看，高速彎沉儀與FWD測試值之間的彎沉指標(biāo)關(guān)系應(yīng)建立在大量的實(shí)際工程數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，采用不同的方法進(jìn)行分析，充分考慮到各種因素對于二者關(guān)系的重復(fù)性以及可靠性的影響，如測試車行車速度、測試溫度、路面類型以及路表特性，且根據(jù)需要做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，從而為二者建立統(tǒng)一的指標(biāo)換算關(guān)系與評價(jià)方法。國內(nèi)現(xiàn)有的路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評定指標(biāo)計(jì)算模型仍利用的是貝克曼梁彎沉值，在規(guī)范未更新之前，高速彎沉儀與貝克曼梁之間的彎沉指標(biāo)換算關(guān)系仍需重點(diǎn)關(guān)注。

3 高速彎沉儀的數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用

路面狀況可歸納為功能性狀況和結(jié)構(gòu)性能狀況，二者在路網(wǎng)的路面管理系統(tǒng)里面起著非常重要的作用，但是路面結(jié)構(gòu)性能狀況主要用于項(xiàng)目級(jí)評價(jià)，而在大多數(shù)的路面管理系統(tǒng)(PMS)中的公路網(wǎng)級(jí)評價(jià)中被忽略了。主要原因是傳統(tǒng)的無損檢測設(shè)備由于其效率低等原因使得收集網(wǎng)級(jí)水平的路面結(jié)構(gòu)狀況數(shù)據(jù)成為一個(gè)很大的難題。隨著高速彎沉儀的出現(xiàn)解決了這一問題，路面結(jié)構(gòu)性能狀況指標(biāo)未來將納入到PMS系統(tǒng)中，作為路面養(yǎng)護(hù)以及維修等決策制定的判定依據(jù)。同時(shí)結(jié)合GPS定位系統(tǒng)，提高PMS系統(tǒng)的管理效率，可實(shí)現(xiàn)路面監(jiān)測的動(dòng)態(tài)管理。

3.1 路面彎沉指標(biāo)與路表功能性狀況的關(guān)系

Shrestha[16]等利用TSD測試數(shù)據(jù)計(jì)算的路面結(jié)構(gòu)曲率指數(shù)SCI300與PMS數(shù)據(jù)庫中的疲勞裂縫進(jìn)行對比分析，TSD實(shí)測值計(jì)算的有效結(jié)構(gòu)數(shù)與PMS數(shù)據(jù)庫中基于結(jié)構(gòu)層厚度、結(jié)構(gòu)層系數(shù)等計(jì)算的結(jié)構(gòu)數(shù)進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明路表TSD指數(shù)(SCI300)與路表狀況(疲勞裂縫)相關(guān)性很小，從大體趨勢而言，路面結(jié)構(gòu)弱的部位一般有較多的疲勞裂縫，但是路面疲勞損傷不能作為評定路面結(jié)構(gòu)承載能力的穩(wěn)定性指標(biāo)。作者在后續(xù)研究中利用弗吉尼亞州2017年8月以及9月的TSD測試數(shù)據(jù)(2 414 km的洲際公路以及4 055 km里的主干道)進(jìn)行網(wǎng)級(jí)水平的路面功能性狀況和路面結(jié)構(gòu)性能狀況的關(guān)系研究[27]，發(fā)現(xiàn)路面彎沉值指標(biāo)對于路面車轍不敏感，而試驗(yàn)路段裂縫與彎沉值指標(biāo)存在較復(fù)雜關(guān)系，利用澳大利亞道路研究所的智能檢測車(iPAVe)搜集的路表狀況及結(jié)構(gòu)狀況數(shù)據(jù)分析研究了網(wǎng)級(jí)路面狀況與結(jié)構(gòu)狀況之間的關(guān)系[28]，同樣得到的結(jié)論是在網(wǎng)級(jí)水平路面結(jié)構(gòu)評定時(shí)，路面功能性狀況不能很好地反映路面結(jié)構(gòu)性能，二者參數(shù)指標(biāo)之間無明顯相關(guān)性。Zihan[29]等通過研究發(fā)現(xiàn)，僅用路表指數(shù)(裂縫、車轍、平整度等)或者這些指標(biāo)的損傷率來識(shí)別路面結(jié)構(gòu)破損部位是不可取的，因?yàn)檫@些路表狀況指標(biāo)與路面結(jié)構(gòu)承載力存在相關(guān)性，但是相關(guān)性不強(qiáng)。Elseifi[18]等通過統(tǒng)計(jì)分析以及鉆芯取樣同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)指數(shù)及路面功能性指標(biāo)，調(diào)研結(jié)果表明一些部位通過功能性指標(biāo)評價(jià)是處于非常良好的狀態(tài)，但是已經(jīng)出現(xiàn)路面結(jié)構(gòu)缺陷。從上述分析中可以看出路表功能性指標(biāo)不能全面反映出路面的整體狀況，應(yīng)將結(jié)構(gòu)性指數(shù)評估也納入到路面管理系統(tǒng)中，僅以路表狀況指數(shù)進(jìn)行決策具有較高的風(fēng)險(xiǎn)，二者參與決策過程做出更好的養(yǎng)護(hù)決策，為國家節(jié)省大量經(jīng)費(fèi)，所以基于高速激光彎沉檢測技術(shù)的路面結(jié)構(gòu)指數(shù)研究具有重要意義。

3.2 基于激光高速彎沉測試的路面結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)研究

在MEPDG設(shè)計(jì)法中為了預(yù)估路面結(jié)構(gòu)性能，疲勞和車轍應(yīng)變通常作為主要的路面響應(yīng)指標(biāo)。為了使TSD能夠成功應(yīng)用于PMS管理系統(tǒng)，通過TSD測試數(shù)據(jù)計(jì)算的指數(shù)須穩(wěn)定且能夠反映路面關(guān)鍵性響應(yīng)。目前對于高速彎沉儀TSD測試數(shù)據(jù)主要用于評估公路網(wǎng)級(jí)的路面結(jié)構(gòu)狀況，Nasimifar[30]利用3D-Move 模型計(jì)算數(shù)據(jù)以及TSD現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)對各種路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行彎沉盆指標(biāo)敏感性分析，研究發(fā)現(xiàn)TSD彎沉斜率指標(biāo)DSI200-300(D200-D300)以及DSI300-900(D300-D900) 分別與疲勞應(yīng)變(瀝青層底最大拉應(yīng)變)以及路基頂面最大壓應(yīng)變具有良好的相關(guān)性，以瀝青混凝土層厚度進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)分類，根據(jù)不同類別的路面結(jié)構(gòu)建立這些彎沉斜率指標(biāo)與路面結(jié)構(gòu)關(guān)鍵性響應(yīng)的關(guān)系式。美國聯(lián)邦公路局2015年一項(xiàng)研究報(bào)告顯示基于TSD測試設(shè)備的現(xiàn)場評估中，DSI指標(biāo)相對于其他指標(biāo)而言更準(zhǔn)確[31]。

路面結(jié)構(gòu)數(shù)SN能夠表征預(yù)期荷載作用下柔性路面的結(jié)構(gòu)承載能力，是美國路面設(shè)計(jì)工作中最常用的路面結(jié)構(gòu)指標(biāo)。有效結(jié)構(gòu)數(shù)SNeff是服役路面的結(jié)構(gòu)承載能力表征指標(biāo)，一般通過無損檢測技術(shù)(如AASHTO推薦的FWD測法)進(jìn)行評估。在AASHTO設(shè)計(jì)指南中提出了基于FWD測試數(shù)據(jù)的SN與SNeff的計(jì)算公式，但是由于在網(wǎng)級(jí)路面結(jié)構(gòu)評價(jià)中FWD與TSD的荷載布置的不同(單個(gè)平板VS雙輪胎)，作用荷載的不同(沖擊荷載VS滾動(dòng)荷載)以及記錄彎沉值不同(峰值VS時(shí)間同步值)，所以現(xiàn)有的評估SNeff的方法不宜直接使用，需要尋找適用于TSD測試數(shù)據(jù)的SNeff計(jì)算方法。Manoharan[32]等基于粒料基層柔性路面的結(jié)構(gòu)性能狀況研究建立了兩個(gè)簡單的數(shù)學(xué)模型，將TSD測試數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換為FWD等效結(jié)構(gòu)數(shù)，如式(25)～(26)。

(25)

(26)

式中，SNP為修正結(jié)構(gòu)數(shù)(基于TSD測試數(shù)據(jù)的等效FWD結(jié)構(gòu)數(shù))；D0(TSD)為TSD測試最大彎沉值。

Zihan[33]等利用路易斯安那州和愛達(dá)荷州的兩個(gè)測試項(xiàng)目的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到了基于TSD測試數(shù)據(jù)的SNeff模型方程如式(27)：

SNTSD=18.67×e(-0.013×D0)+8.65×(D48)0.11+

0.18×(Tth)+0.31×Ln(ADT)-24.28,

(27)

式中，SNTSD為基于TSD測試的結(jié)構(gòu)數(shù)；D0為輪胎作用下的彎沉或中心點(diǎn)彎沉；D48為離彎沉中心距離為1.22 m處的彎沉；Tth為路面結(jié)構(gòu)的總厚度；ADT為日平均交通量。

Nasimifar[34]等提出了一種用于PMS網(wǎng)級(jí)水平評估的SN計(jì)算方法，該方法利用426種路面結(jié)構(gòu)的黏彈性以及線彈性分析結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)回歸分析，得到基于TSD測試數(shù)據(jù)的現(xiàn)有路面有效路面結(jié)構(gòu)數(shù)SNeff回歸公式見式(28)～(29)：

SNeff=C1SIPC2HPC3，

(28)

SIP=D0-D1.5HP，

(29)

式中，D0為TSD測試荷載中心點(diǎn)彎沉；D1.5HP為TSD測試離荷載作用中心1.5Hp處的彎沉值；SIP為路面結(jié)構(gòu)指數(shù)(μm)；HP為路面結(jié)構(gòu)層總厚度(mm)；修正系數(shù)C1,C2,C3,C1=0.436 9；C2=-0.476 8;C3=0.818 2并提出了SNR指標(biāo)，見式(30)。

(30)

SNR>1說明有足夠的路面結(jié)構(gòu)承載能力，SNR<1的路段部分需要進(jìn)行加鋪滿足結(jié)構(gòu)性需求。規(guī)定需求的結(jié)構(gòu)數(shù)SNreq通過交通量以及路基模量計(jì)算，采用AASHTO1993設(shè)計(jì)指南推薦公式，見式(31)：

lg(ESALs)=zRs0+9.36lg(SNReq+1)-0.2+

(31)，

式中，ESALs為80 kN等效單軸數(shù)量；ZR為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)偏差(基于道路功能分類)；總體標(biāo)準(zhǔn)偏差(設(shè)計(jì)一般取0.45)；ΔPSI為設(shè)計(jì)壽命周期末允許服務(wù)質(zhì)量降低量(柔性路面取值1.7)；Mr為路基回彈模量。

在高速激光彎沉測試數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用方面，國內(nèi)相對比較滯后，對于傳統(tǒng)彎沉測試數(shù)據(jù)利用率最高的是荷載作用點(diǎn)中心彎沉值，在用于公路網(wǎng)級(jí)評定時(shí)，需要將激光高速彎沉測試值換算為貝克曼梁測試值，而后利用路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)(PSSI)進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)性能評定，PSSI計(jì)算式見式(32)，路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)見式(33)。

(32)

(33)

式中，SSR為路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)，lR為路面彎沉標(biāo)準(zhǔn)值(0.01 mm)；l0為路面實(shí)測代表彎沉(0.01 mm);α0為模型參數(shù)，取值為15.71；α1為模型參數(shù)，取值為-5.19。但PSSI指標(biāo)不參與路面技術(shù)狀況指數(shù)(PQI)的計(jì)算，而鞏建[25]等認(rèn)為2007版《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》沒有體現(xiàn)路面彎沉在路面使用性能評價(jià)中的作用，認(rèn)為規(guī)范需要完善路面使用性能綜合評價(jià)指標(biāo)，提出了將路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)參與PQI計(jì)算的新模型，而現(xiàn)有《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG5210—2018)依然未對此方面做出變動(dòng)。而國內(nèi)基于高速激光彎沉檢測技術(shù)的路面結(jié)構(gòu)性能指數(shù)的研究尚處于缺失狀態(tài)，隨著國內(nèi)新版的《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD50—2017)以及無損檢測技術(shù)的更新發(fā)展，路面結(jié)構(gòu)承載能力評定指標(biāo)也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的更新與完善，而不應(yīng)僅停留在傳統(tǒng)測試設(shè)備與新型設(shè)備之間的線性換算。

3.3 基于激光高速彎沉測試數(shù)據(jù)的模量反算

高速彎沉儀(TSD)已被證明是網(wǎng)級(jí)路面結(jié)構(gòu)評估中很有價(jià)值的檢測技術(shù)，但是TSD數(shù)據(jù)在路面項(xiàng)目級(jí)的應(yīng)用目前是非常有限的，路面性能反演的標(biāo)準(zhǔn)方法是基于FWD檢測技術(shù)，雖然TSD與FWD檢測技術(shù)類似，但是不能等同，所以TSD測試數(shù)據(jù)不能直接利用FWD反算軟件來進(jìn)行路面特性分析，所以近期一些學(xué)者開始了基于激光高速彎沉測試數(shù)據(jù)的模量反算研究。Nasimifar[35]等基于TSD數(shù)據(jù)利用兩種方法對路面結(jié)構(gòu)層的模量進(jìn)行反算，其中一種方法為速度法，即利用TSD彎沉斜率結(jié)合三維動(dòng)態(tài)分析軟件(3D-Move)模擬進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)層模量反算，這種方法的分析過程包括了黏彈性分析、非均布荷載布置以及移動(dòng)荷載作用。但是由于3D-Move軟件需要反復(fù)試算，需要的計(jì)算時(shí)間過長，這就限制了速度法在網(wǎng)級(jí)評價(jià)中的應(yīng)用。而另外一種方法則是彎沉法，即根據(jù)彎沉算法計(jì)算彎沉值，這種算法是基于均布雙圓荷載作用下的多層線彈性體系下的反算方法。而后Nasimifar[36]等采用分段三次艾米插值多項(xiàng)式(TUTC-PCHIP)的方法、韋伯函數(shù)方法(WFFM)、TSD算法計(jì)算路面彎沉,然后利用這3種方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)層模量反算，雖然每種方法的彎沉值很接近，但反算的路面結(jié)構(gòu)層模量有明顯的差異。鑒于彎沉算法的局限性，彎沉法反算路面結(jié)構(gòu)層模量的合理性取決于彎沉計(jì)算理論的有效性，而分析結(jié)果表明Greenwood的TSD算法相對于TUTC-PCHIP法、韋伯函數(shù)WFFM法而言，與斜率法計(jì)算的結(jié)構(gòu)層模量值更接近。Elbagalati[23]及Zihan[24]等利用ANN模型，將TSD測量的彎沉值轉(zhuǎn)換為等效的FWD彎沉值,然后換算后的彎沉值利用現(xiàn)有的FWD反算軟件進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)層模量的反算。經(jīng)ANN模型轉(zhuǎn)換后彎沉反算的路面結(jié)構(gòu)模量與FWD測試彎沉反算模量具有較好的一致性，認(rèn)為基于TSD測試數(shù)據(jù)的反算模量可以用于計(jì)算路面結(jié)構(gòu)響應(yīng)(應(yīng)力應(yīng)變分析)、路面疲勞壽命預(yù)測及結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測。Nielsen[37]研發(fā)了TSD專用反算程序方法，此方法基于層狀線性黏彈性路面模型，開發(fā)的反算程序如實(shí)模擬現(xiàn)場TSD測試，考慮了檢測車的行駛速度、TSD實(shí)測時(shí)的阻尼和黏彈性效應(yīng)，得到的模型結(jié)果值與實(shí)測值具有良好的一致性。

根據(jù)高速彎沉檢測技術(shù)的評估和驗(yàn)證方面的有益成果，世界各地的交通機(jī)構(gòu)都在考慮將彎沉測試路面結(jié)構(gòu)的評估納入到網(wǎng)級(jí)PMS中進(jìn)行路面綜合評估。而在路面結(jié)構(gòu)參數(shù)分析基礎(chǔ)上，最終如何高效且有效地實(shí)現(xiàn)TSD檢測技術(shù)在網(wǎng)級(jí)路面管理系統(tǒng)中的應(yīng)用也是一項(xiàng)重要工作，Rada[38]等聯(lián)邦公路局資助的基金項(xiàng)目中對高速彎沉設(shè)備用于網(wǎng)級(jí)路面結(jié)構(gòu)評定進(jìn)行了研究，通過數(shù)值模擬分析以及美國明尼蘇達(dá)試驗(yàn)路段的現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)選擇與應(yīng)變相匹配的最佳彎沉指標(biāo)，然后利用實(shí)測彎沉指標(biāo)預(yù)估HMAC層底拉應(yīng)變值，利用應(yīng)變值來進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)的充分性，并詳細(xì)說明了TSD彎沉指標(biāo)在PMS中的應(yīng)用過程。Katicha[17]等在9個(gè)洲際公路管理機(jī)構(gòu)驗(yàn)證了TSD的應(yīng)用，利用9 656 km的現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)分析TSD數(shù)據(jù)在PMS中的應(yīng)用。Nasimifar[39]等在其現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)上，通過一個(gè)現(xiàn)場實(shí)際工程案例詳細(xì)演示了研發(fā)的方法和軟件程序(TDEPS)利用TSD數(shù)據(jù)在PMS中的應(yīng)用，TDEPS處理分析TSD數(shù)據(jù)然后輸出路面結(jié)構(gòu)參數(shù)如經(jīng)溫度調(diào)整后的SCITSD-Ref及結(jié)構(gòu)數(shù)SN，以用來調(diào)整或確認(rèn)根據(jù)路表功能性指數(shù)決定的路面處治分類。弗吉尼亞州的交通運(yùn)輸部門目前立項(xiàng)了一個(gè)新的基金項(xiàng)目，研究目的是搜集高速彎沉(TSSD)檢測數(shù)據(jù)并將其融入到國家PMS管理系統(tǒng)。

4 結(jié)論

隨著高速激光彎沉檢測技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外實(shí)際工程應(yīng)用也將會(huì)越來越廣泛。本研究總結(jié)了高速激光彎沉檢測技術(shù)現(xiàn)狀，這種技術(shù)仍未完全成熟，理論體系和評價(jià)方法的研究成果有待于向深度與廣度的進(jìn)一步推進(jìn)和創(chuàng)新。特別就國內(nèi)而言，理論體系、數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用方面的研究相對比較滯后，更需加強(qiáng)以下幾個(gè)方面的研究工作。

(1)持續(xù)改進(jìn)現(xiàn)有理論模型?；诖髷?shù)據(jù)分析手段，搜集現(xiàn)場TSD檢測數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)庫，并考慮外部因素對測試結(jié)果的影響，對現(xiàn)有模型進(jìn)行驗(yàn)證或修正。

(2)加強(qiáng)高速彎沉儀的數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用。目前開展的研究工作主要是高速激光彎沉檢測技術(shù)在網(wǎng)級(jí)路面評價(jià)中的應(yīng)用，后期應(yīng)在現(xiàn)有的理論基礎(chǔ)上加強(qiáng)其在路面項(xiàng)目級(jí)評價(jià)中的應(yīng)用研究，并探索高速激光彎沉檢測技術(shù)在剛性路面中的適用性，用于評估剛性路面結(jié)構(gòu)承載力、荷載傳遞和接縫狀況等。

(3)推動(dòng)高速激光彎沉檢測技術(shù)與路面管理系統(tǒng)的融合。高速激光彎沉檢測技術(shù)融入到路面管理系統(tǒng)的方法尚未成熟，開展的研究工作較少，應(yīng)加強(qiáng)研發(fā)TSD測試數(shù)據(jù)專用分析及處理方法與軟件程序，確定PMS中如何利用路面結(jié)構(gòu)指數(shù)與路面功能性指標(biāo)實(shí)現(xiàn)路面性能綜合評價(jià)的有效方法。

(4)推動(dòng)高速激光彎沉檢測技術(shù)與地理信息技術(shù)、影像分析技術(shù)的融合。目前，地理信息技術(shù)、遙感分析技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，將以上技術(shù)應(yīng)用于高速激光彎沉檢測，開發(fā)相應(yīng)的軟件程序，可實(shí)現(xiàn)路面彎沉測試數(shù)據(jù)空間化、可視化，對路面病害精準(zhǔn)定位，實(shí)現(xiàn)路面病害監(jiān)測預(yù)警，將有助于合理的路面養(yǎng)護(hù)和修復(fù)管理等工作。

(5)完善適合國內(nèi)路面結(jié)構(gòu)的高速激光彎沉檢測技術(shù)理論研究。國外主要的路面結(jié)構(gòu)類型是全厚式瀝青路面和粒料基層瀝青路面，基層的剛度和強(qiáng)度較低。但我國的情況卻恰好相反，大部分路面基層都是半剛性基層，其強(qiáng)度和剛度較高。柔性基層與半剛性基層在力學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)層傳荷能力、路表變形、結(jié)構(gòu)層內(nèi)應(yīng)力應(yīng)變等方面都具有較大差別，所以應(yīng)針對我國典型路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的研究，提出適合國內(nèi)路面結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)模型以及彎沉計(jì)算方法，在此基礎(chǔ)上深化高速彎沉儀的數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用研究。

(6)進(jìn)一步研究高速激光彎沉測試方法與其他彎沉測試方法的關(guān)系及其可靠性。國內(nèi)高速激光彎沉測試與傳統(tǒng)彎沉測試法之間的比較過于簡單，應(yīng)該選取我國典型的路面結(jié)構(gòu)作為試驗(yàn)道路，基于已有的高速激光彎沉測試數(shù)據(jù)庫，利用不同的分析方法，如采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等分析評估高速彎沉儀測量值與貝克曼梁(BB)、落錘式彎沉儀(FWD)測量值之間的關(guān)系并建立相應(yīng)模型。且高速激光彎沉測試結(jié)果的利用率較低，現(xiàn)有的路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)模型對于高速彎沉儀法是否適用有待進(jìn)一步驗(yàn)證，應(yīng)借鑒國外研究成果，開展高速彎沉儀在公路網(wǎng)級(jí)評價(jià)中的應(yīng)用研究，分析其他彎沉指標(biāo)用于路面使用性能的評價(jià)，對路面管理系統(tǒng)中路面技術(shù)狀況評定方法進(jìn)行完善，以便規(guī)范的更新。