FWD落锤式弯沉仪在道路检测中的运用研究

谢荣辉

摘要：FWD落锤式弯沉仪是目前国际上最先进的弯沉检测無损检测设备之一，具有检测速度快、适应多变交通环境的特点，在目前自动化检测和路面交通安全复杂环境下其比传统贝克曼梁弯沉检测有着较大的优势。本文系统全面地介绍了该设备的工作原理、检定方法及其在道路弯沉检测中的操作要点。

【关键词】落锤式弯沉仪;弯沉检测;运用研究

路面弯沉是我国柔性路面强度测量的一项重要指标，是表征公路路基路面承受整体强度的主要参数。弯沉的定义一般是指路基或路面表面在规定标准车的荷载作用下轮隙位置产生的垂直回弹变形值（回弹弯沉）或总垂直变形值（总弯沉）， 以0.01mm 为单位。常用的检测方法有：贝克曼梁法、FWD落锤式弯沉仪法、自动弯沉仪法、激光弯沉测定仪法。本文以我中心购买的Dynatest8002 FWD落锤式弯沉仪为列，着重分析了落锤式弯沉仪的测试原理、检定方法、与贝克曼梁法检测结果的对比及在道路检测中的操作要点。

1.FWD落锤式弯沉仪测试原理

1.1Dynatest 8002 FWD落锤式弯沉仪的主要组成

由荷载发生装置（包括落锤、承载板）、弯沉检测装置（包括弯沉传感器、线路及信号处理元件）组成。

1.2FWD落锤式弯沉仪的工作原理

Dynatest 8002 FWD落锤式弯沉仪的工作原理是通过计算机系统控制液压系统启动落锤装置，使一定质量的落锤从一定高度自由落下，冲击力作用于路面，使路面表面产生瞬间变形，分布在距测点间不同距离的多个传感器检测结构层表面的变形，即测定在动态荷载作用下产生的动态弯沉及弯沉盆。荷载的大小通过改变锤重的提升高度调整。

1.3FWD落锤式弯沉仪测试系统技术要点

根据使用要求， 对测试系统确定了如下技术要求：

（1）荷载范围：7-120KN。

（2）位移传感器分辨力： 1微米。

（3）荷载盘直径 30cm或45cm。

（4）位移传感器数量9 个。

（5）脉冲荷载形态： 近似半正弦波， 脉冲荷载宽度25-30ms。

2.FWD落锤式弯沉仪的优点

与传统贝克曼梁弯沉检测对比FWD落锤式弯沉仪主要有以下优点。

（1）落锤式弯沉仪具有检测速度快、适应多变交通环境的特点。

（2）检测结果实时记录在系统软件中，更加准确、客观。

（3）在测试车操作室即可完成测试，相比检测人员站在路面现场操作更加安全。

3.FWD落锤式弯沉仪的计量检定方法及性能要求

3.1荷载准确性

（1）在符合规定的路面上放置标准荷载传感器，连接数据采集系统，并使承载板位于标准传感器的正上方，3次稳定落锤后进行第1组不同高度的重复落锤试验，选择4个落锤高度，其最低落锤高度为总高度的20% ～40% ，最高落锤高度应大于总高度的60%，每个高度都进行10次重复落锤试验。通过标准传感器数据采集系统和落锤式弯沉仪操作系统分别记录标准荷载传感器和落锤式弯沉仪荷载传感器的测值，按下式计算第一组试验得出的荷载传感器修正系数：a=F/Ffwd，式中：a--线性回归系数，即第1组试验得出的荷载传感器修正系数;F-标准荷载传感器测值 ，单位为千牛（kN）;Ffwd-落锤式弯沉仪荷载传感器测值，单位为千牛（kN）。（2）进行第2组平行试验。两组试验得出的修正系数之差不大于0.003，则取两组试验的平均值为荷载传感器修正系数。（3）如两组试验得的荷载传感器修正系数之差大于0.003 ，则再进行1次平行试验。如3组试验所得修正系数的标准差不大于0.003，，则取3组试验的平均值荷载测试结果与标准荷载传感器结果比较，允许误差为土2% ，即荷载传感器修正系数在0.980 ～1.020;分辨力0.1kN。

3.2荷载重复性

对同-测试点同-高度进行连续10次重复落锤测试，计算平均值和标准差，落锤式弯沉仪荷载传感器测值的荷载标准差不大于均值的2% +0. 2kN。

3.3弯沉准确性

落锤式弯沉仪弯沉测试结果与标准位移传感器测试结果进行比较，允许误差为 1土2% ，即弯沉传感器修正系数在0.980 ～1.020之间;分辨力1微米。

3.4弯沉重复性

对同一测试点同一高度进行连续40次重复弯沉测试，落锤式弯沉仪弯沉传感器测值的弯沉值标准差应不大于3微米。

4.FWD落锤式弯沉仪与贝克曼梁弯沉仪的对比试验

目前我国路面设计和检测均以贝克曼梁回弹弯沉值为标准， FWD落锤式弯沉仪检定合格后，还要求FWD 落锤式弯沉仪测试值应根据对比试验换算成贝克曼梁测试值， 并且回归方程式相关系数R不得小于0. 95。

为了测定Dynatest8002 FWD 与贝克曼梁之间的相关性， 我们对广东省仁化（湘粤界）至博罗公路新丰至博罗段LM6标K460+000～K460+600段路面进行了FWD落锤式弯沉仪和贝克曼梁2 种不同方法的弯沉测试，该路段采用倒桩路面结构，弯沉值有一定的变化幅度。FWD落锤式弯沉仪测试间距取20 m， 荷载为0.7MPa， 在同一测点锤击3 次，取后2 点测定结果的平均值作为该测点的实测弯沉值， 与贝克曼梁法的测值作对比分析。以30 个实测值进行线性回归分析（ 见表1、图1）。

5.FWD落锤式弯沉仪实际测试过程中的测试要点及注意事项

5.1 测试前准备

（1）检查测试系统各传感器，调整落锤的质量及落高，使落锤的质量及产生的冲击荷载符合规范要求。（2）检查测试车轮轮胎气压，应达到车辆轮胎规定的标准气压，车胎应清洁，不得黏附杂物。（3）根据设备操作手册进行安装，确保紧固装置安装牢固。（4）打开系统电源，打开控制开关，打开前后保险装置，检查各部件的工作状态。

5.2 测试步骤

（1）测试开始后，使承载板中心位置对准测点，导入路面温度。（2）点击开始检测，输入测点位置，承载板与传感器自动落下后，落锤瞬间自由落下，冲击力作用于承载板上，再提升至原来的位置，同时各个传感器自动检测结构层表面变形，采集系统将位移信号传入计算机，得到峰值，即为路面弯沉值，同时得到弯沉盆。每一测点重复测定不少于3次，舍弃第1个测定值，取后2次测定值的平均值作为测定值。（3）测点测试完成后，系统自动提起承载板及传感器，完全提起后，牵引车向前移动至下一个测点，重复上述步骤，进行测定。（4）测试完成后，关闭测试软件，测试数据自动保存，检查测试数据完整性。（5）关闭测试系统，卸压并关上保险装置，结束测试。

5.3注意事项

（1）开始测试前要对现场交通情况进行调查，充分了解交通状况，在检测路段必须放置警示标志，以保证设备及人员的安全。（2）测点测试完成后，须确保承载板与传感器完全升起，牵引车才可继续前行。（3）测试完成后，须进行卸压并确保前后两个保险装置都处于关闭状态。

6.结束语

FWD落锤式弯沉仪是目前国际上最先进的弯沉检测无损检测设备之一，具有检测速度快、适应多变交通环境的特点，在目前自动化检测和路面交通安全复杂环境下其比传统贝克曼梁弯沉检测有着较大的优势。检测过程中应充分了解其检测原理，掌握其技术要求、操作要点及注意事项，得到准确可靠的检测数据。

【参考文献】

[1]吴勇.落锤式弯沉仪在道路检测中的应用[J].江西建材，2016（18）：153.

[2]孙杨勇，杨慧光.自动弯沉车与贝克曼梁对比试验研究[J].中外公路，2004，（6）： 94- 96。