FWD、承载板与贝克曼梁在路面检测中的对比分析

邵琦?吴震

摘 要：针对路面检测的三种方法，根据相关图表数据分析FWD、承载板与贝克曼梁法的优缺点。

关键词：FWD；贝克曼梁；承载板；弯沉

随着我国高速公路里程数的逐年增长，及时准确地检测高速公路的使用状况，充分节约养护资金，对高速公路实现科学的管理， 已越来越受到人们的重视。目前我国路面检测技术总体上比较落后，路面弯沉检测设备是贝克曼梁式弯沉仪。虽然该方法操作简单，但整个测试过程全是人工操作，测试结果受人为因素的影响较大，而且测试速度较慢，因此，研究和开发新型的路面无损检测工具和评价方法日益受到广泛的重视，落锤式弯沉仪（FWD ） 这种动态检测设备代替传统的贝克曼梁（BB） 来实现对弯沉的无损检测已越来越得到人们的认可，对FWD 的开发和应用也取得了大量的成果。本文着重对FWD这一新方法与传统方法进行了比较分析。

1 三种检测方法的工作原理

1.1 FWD

落锤式弯沉仪一般通过液压装置提升加载重物，然后释放落下，靠强大的冲击荷载对路面施加压力。该荷载通过一刚性圆盘传至路面，荷载的大小可以通过提升重物的高度来调整。落锤式弯沉仪对路面的加载方式和实际的行车比较接近，因此测试结果会比较真实反映路面结构的使用性能。它不仅克服了梁式弯沉仪的缺陷，而且它能测出很多弯沉点能够比较精确地描绘出整个弯沉盆。

1.2 贝克曼梁法

静力弯沉仪用于观测路面在静载或缓慢加载情况下的弯沉。常见的有贝克曼梁法和自动弯沉仪。贝克曼梁是应用实践较久也是国家标准的弯沉检测方法。它利用载重汽车对路面加载，弯沉观测按照某种标准规程来完成。由于贝克曼梁设备价格低，加载方法直观，而且荷载大小和测点位置可以方便地改变，因此得到了普遍的应用。但它存在一些重要的技术问题：作为参照点的前支点必须在弯沉范围之外，对于刚性路面这是不容易做到的，因此会导致观测数据不够精确。测出的弯沉点较少，难以确定弯沉的准确形状和尺寸。

1.3 承载板法

通过承载板对土基的和各结构层的逐渐加载、卸载的方法，测出每一级荷载作用下相应的弯沉。此种方法主要是通过弯沉值计算求得各层的回弹模量。它的缺点和贝克曼梁相同也是不能够准确的测试出数据。

2 三种弯沉对比分析

土基上3 种试验的弯沉值见图1。总体上看，贝克曼梁的数据与承载板的数据表现出很强的相关性， 特别是前个测点的数据， 几乎相等；在随后的测点中 FWD 的数据略大于贝克曼梁的数据； 3 种试验数据的基本趋势是一致的，都有一定的相关性。

底基层上3 种试验的弯沉值见图2， 由此可以看出， FWD与贝克曼梁及承载板的数据在前几个测点中略有差距，但是3 种试验弯沉数据的趋势是很相似的， 尤其是FWD 和贝克曼梁之间， 存在良好的相关性。

基层上3 种试验所测得的表面弯沉值见图3。直观上看， 3 种试验所测弯沉具有近似相同的趋势， 且与在底基层上的结果很相似， 在数值上都是FWD 最大， 贝克曼梁最小，承载板大致居与两者之间。

3 FWD与贝克曼梁优缺点比较

用贝克曼梁测量其现有弯沉值，计算参数在很大程度上受主观因素的影响和实验条件的限制，其中存在的主要问题有：

1）通常仅能测得静态汽车荷载作用下路面的单点（最大）回弹弯沉值，无法反映路面结构在行车荷载作用下的动力特性和整个弯沉盆形状；

2）由于采用的是杠杆工作原理，当弯沉盆范围较大时，支点变形对测试结果有明显的影响；

3）整个测试过程依赖人工操作，测试结果受人为因素的影响较大；

4）根据贝克曼梁法观测得到的最大弯沉，无法确定路面结构层的材料性能；

5）国内关于路面材料强度的检测仍依赖于钻孔、挖坑等破坏性方法；

6）测试速度慢，适应能力差，操作不便利，不适合大范围的路网普查和对路面的长期观测；

7）由于采取人工操作，易受外界干扰，可靠性不高，随着路面等级及强度的提高，弯沉盆半径会增大，测量出的结果必须对支点进行修正；

8）仅测量路面单点最大回弹弯沉值不能反映运动车辆对路面的动力作用。

FWD与其他弯沉检测设备相比，其具有明显的优越性其技术特点主要表现在：

1）计算机自动采集数据，可以连续地快速测量，1h大约能够进行60次试验，特别适合于大规模测试；

2）准确性和精度高，弯沉分辨率达1μm；c）加载范围大，可以在0.7t～12t之间变化；

3）能够准确地测定较完整的弯沉盆信息，为路面结构层模量反算提供了必要的基础；

4）加载系统能较好地模拟行车荷载作用，且可进行多级加载；

5）弯沉盆由1组传感器测定，使得无损评价多层路面结构成为可能；

6）FWD不仅克服了梁式弯沉仪的固有缺陷，而且仪器本身重量轻，解决了稳态动弯沉仪的静力加载问题。

4 结语

总的来说，FWD及贝克曼梁检测方法各有其特点；虽然贝克曼梁法操作简单，但整个测试过程全是人工操作，测试结果受人为因素的影响较大，而且测试速度慢、精度低、可靠性差，只适用于柔性路面。从另一方面说，它又是其他弯沉测试方法的基础，测试原理简单，弯沉仪价格便宜，易于实现。而FWD可根据弯沉盆反算路面结构各层的模量，研究路面材料在使用过程中的性能变化情况，提供技术参数且其测量过程受外界干扰小，系统精度高，能够准确测定多点弯沉，量测到各级荷载作用下的路表面动弯沉曲线，准确地反映弯沉盆的形状，因此在当今更具实用性。（ 作者单位：郑州大学水利与环境学院）

参考文献

[1]曾凡奇， 张四伟， 程 霞. FWD和贝克曼梁在路面检测中的相关关系分析 公路交通科技 2001 （09）

[2] 张 蓓， 刘 强， 钟燕辉， 王复明. FWD荷载作用下刚性路面弯沉的动力响应分析 公路交通科技 2009 （07）

[3]曾凡奇，王复明，王晓冉，赵小彦. 公路工程现场检测新技术 2006 （10）

[4]张洪华. 落锤式弯沉仪与贝克曼梁在半刚性路面上的弯沉对比试验研究.公路交通科技 1993 （04）

作者简介

邵琦（1991-），男，汉，内蒙古呼伦贝尔市阿荣旗，郑州大学，水利与环境学院，本科在读，道路桥梁与渡河工程

吴震（1991-），男，汉，河南省驻马店市驿城区，郑州大学，水利与环境学院，本科在读，道路桥梁与渡河工程