fwd、承載板與貝克曼梁在路面檢測(cè)中的對(duì)比分析

FWD、承載板與貝克曼梁在路面檢測(cè)中的對(duì)比分析FWD、承載板與貝克曼梁在路面檢測(cè)中的對(duì)比分析摘要：針對(duì)路面檢測(cè)的三種方法，根據(jù)相關(guān)圖表數(shù)據(jù)分析FWD、承載板與貝克曼梁法的優(yōu)缺點(diǎn)。關(guān)鍵詞：FWD；貝克曼梁；承載板；彎沉隨著我國(guó)高速公路里程數(shù)的逐年增長(zhǎng)，及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)高速公路的使用狀況，充分節(jié)約養(yǎng)護(hù)資金，對(duì)高速公路實(shí)現(xiàn)科學(xué)的管理，已越來(lái)越受到人們的重視。目前我國(guó)路面檢測(cè)技術(shù)總體上比較落后，路面彎沉檢測(cè)設(shè)備是貝克曼梁式彎沉儀。雖然該方法操作簡(jiǎn)單，但整個(gè)測(cè)試過(guò)程全是人工操作，測(cè)試結(jié)果受人為因素的影響較大，而且測(cè)試速度較慢，因此，研究和開(kāi)發(fā)新型的路面無(wú)損檢測(cè)工具和評(píng)價(jià)方法日益受到廣泛的重視，落錘式彎沉儀（FWD）這種動(dòng)態(tài)檢測(cè)設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的貝克曼梁（BB）來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)彎沉的無(wú)損檢測(cè)已越來(lái)越得到人們的認(rèn)可，對(duì)FWD的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用也取得了大量的成果。本文著重對(duì)FWD這一新方法與傳統(tǒng)方法進(jìn)行了比較分析。1三種檢測(cè)方法的工作原理1.1FWD落錘式彎沉儀一般通過(guò)液壓裝置提升加載重物，然后釋放落下，靠強(qiáng)大的沖擊荷載對(duì)路面施加壓力。該荷載通過(guò)一剛性圓盤傳至路面，荷載的大小可以通過(guò)提升重物的高度來(lái)調(diào)整。落錘式彎沉儀對(duì)路面的加載方式和實(shí)際的行車比較接近，因此測(cè)試結(jié)果會(huì)比較真實(shí)反映路面結(jié)構(gòu)的使用性能。它不僅克服了梁式彎沉儀的缺陷，而且它能測(cè)出很多彎沉點(diǎn)能夠比較精確地描繪出整個(gè)彎沉盆。1.2貝克曼梁法靜力彎沉儀用于觀測(cè)路面在靜載或緩慢加載情況下的彎沉。常見(jiàn)的有貝克曼梁法和自動(dòng)彎沉儀。貝克曼梁是應(yīng)用實(shí)踐較久也是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的彎沉檢測(cè)方法。它利用載重汽車對(duì)路面加載，彎沉觀測(cè)按照某種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程來(lái)完成。由于貝克曼梁設(shè)備價(jià)格低，加載方法直觀，而且荷載大小和測(cè)點(diǎn)位置可以方便地改變，因此得到了普遍的應(yīng)用。但它存在一些重要的技術(shù)問(wèn)題：作為參照點(diǎn)的前支點(diǎn)必須在彎沉范圍之外，對(duì)于剛性路面這是不容易做到的，因此會(huì)導(dǎo)致觀測(cè)數(shù)據(jù)不夠精確。測(cè)出的彎沉點(diǎn)較少，難以確定彎沉的準(zhǔn)確形狀和尺寸。1.3承載板法通過(guò)承載板對(duì)土基的和各結(jié)構(gòu)層的逐漸加載、卸載的方法，測(cè)出每一級(jí)荷載作用下相應(yīng)的彎沉。此種方法主要是通過(guò)彎沉值計(jì)算求得各層的回彈模量。它的缺點(diǎn)和貝克曼梁相同也是不能夠準(zhǔn)確的測(cè)試出數(shù)據(jù)。2三種彎沉對(duì)比分析土基上3種試驗(yàn)的彎沉值見(jiàn)圖1。總體上看，貝克曼梁的數(shù)據(jù)與承載板的數(shù)據(jù)表現(xiàn)出很強(qiáng)的相關(guān)性，特別是前個(gè)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，幾乎相等；在隨后的測(cè)點(diǎn)中FWD的數(shù)據(jù)略大于貝克曼梁的數(shù)據(jù)；3種試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基本趨勢(shì)是一致的，都有一定的相關(guān)性。底基層上3種試驗(yàn)的彎沉值見(jiàn)圖2，由此可以看出，F(xiàn)WD與貝克曼梁及承載板的數(shù)據(jù)在前幾個(gè)測(cè)點(diǎn)中略有差距，但是3種試驗(yàn)彎沉數(shù)據(jù)的趨勢(shì)是很相似的，尤其是FWD和貝克曼梁之間，存在良好的相關(guān)性?；鶎由?種試驗(yàn)所測(cè)得的表面彎沉值見(jiàn)圖3。直觀上看，3種試驗(yàn)所測(cè)彎沉具有近似相同的趨勢(shì)，且與在底基層上的結(jié)果很相似，在數(shù)值上都是FWD最大，貝克曼梁最小，承載板大致居與兩者之間。3FWD與貝克曼梁優(yōu)缺點(diǎn)比較用貝克曼梁測(cè)量其現(xiàn)有彎沉值，計(jì)算參數(shù)在很大程度上受主觀因素的影響和實(shí)驗(yàn)條件的限制，其中存在的主要問(wèn)題有：1） 通常僅能測(cè)得靜態(tài)汽車荷載作用下路面的單點(diǎn)（最大）回彈彎沉值，無(wú)法反映路面結(jié)構(gòu)在行車荷載作用下的動(dòng)力特性和整個(gè)彎沉盆形狀；2） 由于采用的是杠桿工作原理，當(dāng)彎沉盆范圍較大時(shí)，支點(diǎn)變形對(duì)測(cè)試結(jié)果有明顯的影響；3） 整個(gè)測(cè)試過(guò)程依賴人工操作，測(cè)試結(jié)果受人為因素的影響較大；4） 根據(jù)貝克曼梁法觀測(cè)得到的最大彎沉，無(wú)法確定路面結(jié)構(gòu)層的材料性能；5） 國(guó)內(nèi)關(guān)于路面材料強(qiáng)度的檢測(cè)仍依賴于鉆孔、挖坑等破壞性方法；6） 測(cè)試速度慢，適應(yīng)能力差，操作不便利，不適合大范圍的路網(wǎng)普查和對(duì)路面的長(zhǎng)期觀測(cè)；7） 由于采取人工操作，易受外界干擾，可靠性不高，隨著路面等級(jí)及強(qiáng)度的提高，彎沉盆半徑會(huì)增大，測(cè)量出的結(jié)果必須對(duì)支點(diǎn)進(jìn)行修正；8） 僅測(cè)量路面單點(diǎn)最大回彈彎沉值不能反映運(yùn)動(dòng)車輛對(duì)路面的動(dòng)力作用。FWD與其他彎沉檢測(cè)設(shè)備相比，其具有明顯的優(yōu)越性其技術(shù)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：1） 計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，可以連續(xù)地快速測(cè)量，1h大約能夠進(jìn)行60次試驗(yàn)，特別適合于大規(guī)模測(cè)試；2） 準(zhǔn)確性和精度高，彎沉分辨率達(dá)1〃m；c）加載范圍大，可以在0.7t?12t之間變化；3） 能夠準(zhǔn)確地測(cè)定較完整的彎沉盆信息，為路面結(jié)構(gòu)層模量反算提供了必要的基礎(chǔ)；4） 加載系統(tǒng)能較好地模擬行車荷載作用，且可進(jìn)行多級(jí)加載；5） 彎沉盆由1組傳感器測(cè)定，使得無(wú)損評(píng)價(jià)多層路面結(jié)構(gòu)成為可能；6） FWD不僅克服了梁式彎沉儀的固有缺陷，而且儀器本身重量輕，解決了穩(wěn)態(tài)動(dòng)彎沉儀的靜力加載問(wèn)題。4結(jié)語(yǔ)總的來(lái)說(shuō)，F(xiàn)WD及貝克曼梁檢測(cè)方法各有其特點(diǎn)；雖然貝克曼梁法操作簡(jiǎn)單，但整個(gè)測(cè)試過(guò)程全是人工操作，測(cè)試結(jié)果受人為因素的影響較大，而且測(cè)試速度慢、精度低、可靠性差，只適用于柔性路面。從另一方面說(shuō)，它又是其他彎沉測(cè)試方法的基礎(chǔ)，測(cè)試原理簡(jiǎn)單，彎沉儀價(jià)格便宜，易于實(shí)現(xiàn)。而FWD可根據(jù)彎沉盆反算路面結(jié)構(gòu)各層的模量，研究路面材料在使用過(guò)程中的性能變化情況，提供技術(shù)參數(shù)且其測(cè)量過(guò)程受外界干擾小，系統(tǒng)精度高，能夠準(zhǔn)確測(cè)定多點(diǎn)彎沉，量測(cè)到各級(jí)荷載作用下的路表面動(dòng)彎沉曲線，準(zhǔn)確地反映彎沉盆的形狀，因此在當(dāng)今更具實(shí)用性。（作者單位：鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院）參考文獻(xiàn)曾凡奇，張四偉，程霞.FWD和貝克曼梁在路面檢測(cè)中的相關(guān)關(guān)系分析公路交通科技2001（09）張蓓，劉強(qiáng)，鐘燕輝，王復(fù)明.FWD荷載作用下剛性路面彎沉的動(dòng)力響應(yīng)分析公路交通科技2009（07）曾凡奇，王復(fù)明，王曉冉，趙小彥.公路工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)新技術(shù)2006（10）張洪華.落錘式彎沉儀與貝克曼梁在半剛性路面上的彎沉對(duì)比試驗(yàn)研究.公路交通科技