公路路面落锤式弯沉检测技术应用

周应凤

（苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 211112）

0 引言

在路面质量检测领域，传统方法以贝克曼梁检测法为主，但其实际应用中存在流程复杂、精度低、速度慢等局限性。相比而言，落锤式弯沉检测技术的流程更为精简，在精度和速度方面均有所提升，因此在公路路面质量检测领域的应用越来越广泛。本文将分析落锤式弯沉检测技术的原理与应用要点，旨在加深对该项技术的认识，以便更合理地应用该项技术完成路面检测工作。

1 落锤式弯沉检测技术与贝克曼梁法的对比分析

1.1 贝克曼梁法

贝克曼梁法是常规的路面弯沉检测手段（见图1），其采用杠杆原理，向待检验的路面施加标准轴载，检测路面表面的车轮轮隙，进而测定该处的垂直变形值，所得结果即为回弹弯沉。加载采用载重汽车完成，检测人员读取百分表读数，获得相应的检测数据。

图1 贝克曼梁结构图

采用贝克曼梁法检测回弹弯沉具有一定的局限性：

（1）以人工操作为主，试验检测人员的工作强度较大，加之工作流程繁琐，难以高效检测；

（2）支点变形易影响检测结果的准确性；

（3）检测结果的全面性不足，仅反映了静载汽车荷载下路面的回弹弯沉值，若只根据该数据对路面质量作出评估则不够全面，例如难以反映路面在行车荷载作用下的具体表现；

（4）不适用于对路网的长期跟踪观测。

1.2 落锤式弯沉检测技术

落锤式弯沉仪检测过程中，高精度传感器负责采集并传输数据，不同路面的结构形式存在差异，弯沉盆半径不尽相同。我国的高等级公路普遍采用半刚性基层+沥青路面，通常此类路面结构的弯沉影响半径为3～5m。根据该特点，宜在距荷载中心3～4m处布设传感器，用于测量路面弯沉盆形状。

落锤式弯沉仪是重要的检测仪器，具有如下应用优势：

（1）效率高。落锤式弯沉仪运行精度和运行效率均较高，单个测点可在30s内完成测试，锤击次数达到3次，因此在公路路面检测尤其是大范围的路面检测中具有突出的应用优势。

（2）荷载控制精度高。根据检测要求，设定荷载、高度和步长，试验检测阶段能够根据预设的参数精准控制荷载。

（3）数据精度高。落锤式弯沉仪的配套技术先进，包含高精度的传感器和仪表设备，试验检测产生的数据精度较高，更具有分析价值。

（4）数据处理能力强。落锤式弯沉仪适配专门的数据处理软件，可自行完成误差计算和温度修正等相关操作，以较快的速度处理数据。由于全程均以自动化的方式进行，减少了人员的参与，可避免因主观因素而导致试验检测结果失准。

在落锤式弯沉仪的应用中，由计算机控制系统调控液压设备，带动重锤做出提升或释放的操作，产生的冲击荷载经由承载板传递至路面。根据试验检测要求，向路面施加半正弦脉冲荷载，在其作用下路面出现瞬时变形，在此期间各传感器采集测试数据，生成动态瞬时荷载作用下的动态弯沉值，工程技术人员可根据此项试验检测结果对路面的强度作出判断。

2 落锤式弯沉仪的工作原理

落锤式弯沉仪产生的半正弦波荷载能够较为真实地模拟公路行车作用下对路面的作用，并且可以根据公路通行状况调整半正弦荷载的级别。传感器采集数据，经过汇总后由计算机自动处理，建立起集数据采集、处理于一体的流程化作业模式，能够以相对较快的速度精准计算，获得可反映路面强度的试验检测结果。

按落锤形式的不同，落锤式弯沉仪包含单锤和双锤两类。其中，单锤的特点在于锤体直接冲击路面，经过试验检测后产生的是双峰曲线形式的荷载时程曲线；双锤则通过橡胶缓冲器作用在路面的重块上，进而联合该重块共同作用于路面，可产生抛物线形式的荷载时程曲线，整个曲线更为光滑，数据也更具可靠性。

根据运载形式的不同，落锤式弯沉仪可分为车载式和拖车式两类。其中，车载式以中型面包车为原型改装而成，在车内安装试验所需的各类仪器；拖车式则需适配牵引车，搭设在车架上的蓄电池和牵引车提供电能，以满足测控系统的电力需求，测量数据则以网线传输的方式进入车内笔记本电脑中，此类形式在路面检测中较为常见，工作示意图见图2。

图2 拖车式落锤式弯沉仪工作示意图

3 工程概况

某城市主干路为双向六车道，设计宽度为36m，机动车道宽22m。机动车道路面面层为4cm厚的SMA-13细粒式改性沥青混凝土。根据设计要求，此类路面压实度≥97%，面层平整度≤5mm，面层厚度偏差在-5～10mm，路面弯沉值≤24mm。在路面的质量检验中，将弯沉值作为重要的指标。

4 落锤式弯沉检测技术的应用流程

4.1 准备工作

在运输锁定的最高位置配套落锤，检查中央位移传感器的测试杆，明确其布设位置，合理状态是伸出荷载盘底部1～2cm；检查弹簧装置，要求其具备合适的弹力；检查加载板的运行状态，上升和下降均要顺畅；根据试验检测要求，灵活调整落锤的重量和高度，确保适配的落锤可产生合适的冲击荷载，以便试验检测工作的有效开展；检测落锤式弯沉仪的轮胎压力是否合理；电池酸液面和液压油面均不可出现异常波动。

4.2 检测过程

本工程采用FWDPRIMAX1500落锤式弯沉检测仪检测路面弯沉，包含9个传感器，测点间距统一控制在20m。将试验检测所需的拖车牵引落锤式弯沉仪转运至现场后启动设备。弯沉检测期间，启用GPS测量系统，以便采集车辆的位置、速度及温度信息，车载控制系统在接收到此部分信息后，发送给服务器。弯沉测量时，落锤式弯沉仪承载板的位置准确与否将直接影响到测试结果的精度，因此需加以调整，使其对准测试点。在液压泵的作用下将落锤提升至指定高度，向下释放时产生的冲击力作用于承载板，然后继续提升至初始高度。在落锤冲击承载板的过程中，传感器及时采集路面的变形信息，完整地汇总至弯沉仪控制系统。为消除偶然误差，各测点分别测量3次，根据检测结果求平均值，将其作为最终的弯沉结果。

4.3 检测数据处理

为检验落锤式弯沉仪试验检测的精度，与贝克曼梁弯沉仪测得的结果进行对比分析。实际操作中，将落锤式弯沉仪试验拖车驶离现场，准确标定各测点的位置，再于同一测点安排贝克曼梁弯沉仪进行试验检测，全程测点位置的偏差必须控制在3cm以内，否则试验结果缺乏可比性。两种检测方法的间隔时间在10min以内为宜。试验期间记录数据，并按如下公式计算：

式（1）中：LBB为贝克曼梁弯沉值（0.01mm）；LFWD为落锤式弯沉检测值（0.01mm）；A,B为常数。

以K0+110—K0+490段作为试验路段，单车道间距20m检测1点，共144个检测点。结果显示，贝克曼梁法的检测结果均值为17.5（0.01mm），标准差为1.88；落锤式弯沉仪检测结果均值为19.1（0.01mm），标准差为1.36，弯沉值超50（0.01mm）的有36点。结果表明，弯沉数据具有离散性，属于奇异值。根据两种试验检测方法的结果，确定未剔除奇异值的拟合公式如下：

相关性系数R2=0.575，不存在过强的相关性。根据落锤式弯沉检测代表值计算，可以确定贝克曼梁弯沉值为9.28（0.01mm）。为尽可能保证弯沉数据有足够的可靠性和参考价值，有必要将试验结果中的奇异值剔除，在此基础上做数据拟合，此时有：

在剔除奇异值后，相关性系数R2=0.92，有显著的相关性。此时，贝克曼梁法测得的弯沉值为17.0（0.01mm）。对比分析可以发现，按照先剔除奇异值、再拟合的方式所产生的弯沉值更趋近于贝克曼梁检测法的弯沉值，两者的差异仅为2.86%。从这一角度来看，落锤式弯沉检测方法的可行性较高，检测结果准确、可靠。

经过前述有关落锤式弯沉检测和贝克曼梁检测的对比分析可以发现，落锤式弯沉检测结果有较高的准确性，且经过数据拟合后，可确定两种方法检测结果的关系。从试验操作的角度来看，落锤式检测技术的自动化水平更高，能够减少人力投入，以自动化的方式检测动态模量，可以高效完成弯沉检测作业。

4.4 在水泥混凝土路面检测中的应用

落锤式弯沉仪也可用于水泥混凝土路面检测，此时需做好测点布置、试验测试、数据采集与处理等相关工作。根据测试对象合理布设测点，若检测路面接缝的传荷能力，测点位置可考虑在路面接缝一侧，并在接缝的两侧布设传感器。测试期间，加强对各测点弯沉值、弯沉盆数据的采集与记录，根据试验数据计算平均值、标准差、变异系数等，从而综合评价水泥混凝土路面接缝的传荷能力。若将落锤式弯沉仪应用于水泥混凝土板的板底脱空检测中，试验检测结果可较为准确地反映路面的实际情况，以便工程人员针对存在的缺陷做有效的修复，使水泥混凝土板更加稳定、可靠。

5 结语

综上所述，落锤式弯沉检测技术是路面强度检验中的重要手段，具有操作便捷、检测数据精准、效率高等多项优势。本文分析总结了落锤式弯沉检测技术的关键流程及各环节的作业要点。作为工程技术人员，需要高度重视落锤式弯沉检测技术并予以合理应用，将检测数据用以指导路面施工、日常维护等工作，以提高路面的质量和使用性能。