彎沉檢測(cè)技術(shù)理論

趙小強(qiáng)

摘?要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，在路面檢測(cè)方面涌現(xiàn)了大量新技術(shù)、新工藝，取得了突破性的進(jìn)展。由于彎沉技術(shù)能夠反映路面的結(jié)構(gòu)性能，因此目前在國(guó)際上該技術(shù)的研究和開發(fā)受到各界高度重視。

關(guān)鍵詞：彎沉檢測(cè);技術(shù)理論;技術(shù)分析

1?公路路基路面彎沉檢測(cè)技術(shù)

1.1?貝克曼梁法測(cè)路基路面彎沉

貝克曼梁法是通過載重汽車對(duì)路面進(jìn)行加載，百分表記錄回彈彎沉。適用于測(cè)定各類路基路面、路面的回彈彎沉，評(píng)定其整體承載能力;也可供路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用。貝克曼梁法的工作原理比較簡(jiǎn)單，操作容易。測(cè)試時(shí)將測(cè)定梁的端頭置于測(cè)車后軸雙輪輪隙前方3-5cm左右的測(cè)點(diǎn)上，在梁后三分之一處通過支點(diǎn)支承于底座上，梁的末端架設(shè)百分表，測(cè)得梁端頭的升降量。當(dāng)車輛以較慢速度向前行駛時(shí)，記錄百分表的最大讀數(shù)，車輛駛離后，再記錄百分表的讀數(shù)，二倍兩次百分表讀數(shù)差值可視為回彈彎沉值。

靜載貝克曼梁試驗(yàn)法測(cè)得的彎沉是靜彎沉，即在輪載、輪壓和加壓時(shí)間（行駛速度）滿足規(guī)定要求的條件下，靜態(tài)汽車荷載作用的單點(diǎn)（最大）彎沉。應(yīng)對(duì)彎沉值進(jìn)行修正，按照規(guī)定對(duì)彎沉儀的支點(diǎn)變形修正和溫度修正。

1.2?自動(dòng)彎沉儀測(cè)路基路面彎沉

自動(dòng)彎沉測(cè)定儀的工作原理主要是在貝克曼梁測(cè)定原理的基礎(chǔ)上改進(jìn)，得到連續(xù)、快速的測(cè)定，其原型可追溯到法國(guó)的一種彎沉檢測(cè)技術(shù)，在英國(guó)進(jìn)行了改進(jìn)，再后來在我國(guó)的研究開發(fā)與應(yīng)用過程中，綜合考慮我國(guó)目前的使用基層，同時(shí)也為了減少支點(diǎn)對(duì)于彎沉的影響，其測(cè)臂的長(zhǎng)度有所加長(zhǎng)。總體來說，自動(dòng)彎沉檢測(cè)檢測(cè)技術(shù)與傳統(tǒng)的貝克曼梁原理是大同小異的，即都采用了較為簡(jiǎn)單的杠桿工作原理。其中自動(dòng)彎沉檢測(cè)技術(shù)能夠測(cè)定正在行駛在檢測(cè)路面的車輛，使安裝在測(cè)試車前后軸之間，進(jìn)而循環(huán)的聯(lián)系測(cè)定，再通過計(jì)算得出彎沉檢測(cè)結(jié)果。

1.3?脈沖動(dòng)力彎沉儀測(cè)路基路面彎沉

脈沖動(dòng)力彎沉儀主要是指落錘式彎沉儀，屬于動(dòng)力彎沉檢測(cè)技術(shù)，適用于施工質(zhì)量檢測(cè)、養(yǎng)護(hù)管理檢測(cè)、道路改造檢測(cè)、路面動(dòng)態(tài)理論研究。通過自由落下的重錘產(chǎn)生的沖擊荷載來測(cè)定彎沉，改變錘重以及重錘的高度能較好地實(shí)現(xiàn)車輛荷載的模擬，根據(jù)傳感器的9個(gè)彎沉值來測(cè)定和繪制彎沉盆。整個(gè)過程由計(jì)算機(jī)控制。將汽車開到測(cè)定地點(diǎn)后，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)控制下液壓系統(tǒng)的落錘裝置，一定質(zhì)量的落錘從一定高度自由落下，落錘瞬間產(chǎn)生的沖擊荷載作用于承載板上，分布于距測(cè)點(diǎn)不同距離的傳感器（一般為9個(gè)）檢測(cè)到結(jié)構(gòu)層表面的變形，將信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，得到測(cè)點(diǎn)的彎沉值。彎沉檢測(cè)過程，其裝置由計(jì)算機(jī)控制，能夠自動(dòng)測(cè)量荷載、彎沉平均值、測(cè)點(diǎn)間距、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)、代表彎沉值等數(shù)據(jù)，并由此可以反算處各層材料的彈性模量。

采用落錘式彎沉儀進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，沖擊荷載的大小可由錘重和重錘的落高調(diào)整。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，汽車的牽引速度應(yīng)為50km/h左右。路基路面檢測(cè)中，傳感器分布在荷載中心2.5m半徑范圍，其中1個(gè)應(yīng)位于承載板中心;在半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)檢測(cè)中，半徑為3-4m。測(cè)點(diǎn)測(cè)定次數(shù)應(yīng)≥3次，舍棄不穩(wěn)定的第一個(gè)測(cè)定值，取其余測(cè)定值的平均值進(jìn)行計(jì)算。

1.4?激光式高速路面彎沉測(cè)定儀法檢測(cè)路面彎沉

現(xiàn)階段，激光彎沉測(cè)定儀在我國(guó)的應(yīng)用得到較大發(fā)展，也是目前國(guó)內(nèi)外較為先進(jìn)的彎沉檢測(cè)設(shè)備，代表了道路路面彎沉檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向。激光彎沉檢測(cè)儀的原理是首先利用激光傳感器在輪跡的位置測(cè)出距離道路路面的有效高度，然后在車輛的行駛過程中得到路面的縱向切面，就可以測(cè)算出在縱向方向上的平整程度。另外，還可以得到路面的縱坡、橫坡以及彎曲的曲率等路面重要指標(biāo)，并且可直接得出結(jié)果，不需要換算等計(jì)算過程。

2?常見路面彎沉檢測(cè)設(shè)備的特性

2.1?落錘式彎沉儀的優(yōu)缺點(diǎn)及使用時(shí)的注意事項(xiàng)

落錘式彎沉儀檢測(cè)技術(shù)作為一種先進(jìn)的彎沉檢測(cè)技術(shù)較傳統(tǒng)的檢測(cè)方法有高效、高靈敏度的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在著不可避免的缺點(diǎn)。如落錘式彎沉儀檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的是脈沖荷載技術(shù)，但是其常規(guī)的數(shù)值分析分析仍舊采用的是傳統(tǒng)的靜荷載條件，需要通過彎沉研究應(yīng)用的是精力分析而不是動(dòng)力分析來計(jì)算的。另一方面，路面材料的特征，非線性研究和不同路基不同發(fā)熱剛性結(jié)構(gòu)對(duì)于彎沉的檢測(cè)都有不同程度的影響，因此，在這方面還需要繼續(xù)開發(fā)研究。目前，雖然說落錘式彎沉儀檢測(cè)技術(shù)是一種較為理想的路面彎沉檢測(cè)技術(shù)，因此現(xiàn)階段的使用還沒有國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。落錘式彎沉儀的檢測(cè)在使用的過程中，其數(shù)據(jù)采集傳輸，都通過高精度傳感器完成，由于路面結(jié)構(gòu)的不同，彎沉的半徑也會(huì)有很大的不同?，F(xiàn)階段，我國(guó)高等級(jí)的公路大多采用半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)，彎沉影響半徑較普通路面有很大的不同。

2.2?貝克曼梁法檢測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn)

貝克曼梁法是傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)，得到較為廣泛的應(yīng)用，但是也存在著許多的問題。首先，貝克曼梁法主要采用人工操作，其工作的強(qiáng)度非常大，而且效率低，準(zhǔn)確性和可靠性都很差，而且支點(diǎn)的變形，會(huì)在很大程度上影響到檢測(cè)的結(jié)果，若是對(duì)支點(diǎn)變形進(jìn)行修正，其結(jié)果也不能讓人滿意。在不同的路面進(jìn)行檢測(cè)的過程中，首先要布置好測(cè)試的不同需要。

2.3?自動(dòng)彎沉儀測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn)及使用時(shí)的注意事項(xiàng)

自動(dòng)彎沉儀在測(cè)定的過程中總是彎沉的，與貝克曼梁的測(cè)定有很大的不同，應(yīng)用廣泛，主要用于路基、路面強(qiáng)度的評(píng)定，還可用于路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在使用的過程中需要注意的有以下兩個(gè)方面。一方面，自動(dòng)彎沉儀在測(cè)量較長(zhǎng)距離時(shí)，需要根據(jù)不同的路況將較大的組件進(jìn)行調(diào)試，同時(shí)為了提高測(cè)量的精度還需要對(duì)自動(dòng)彎沉儀進(jìn)行標(biāo)定。另一方面，自動(dòng)彎沉儀在數(shù)據(jù)采集的過程中，需要存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)當(dāng)中，可以將數(shù)據(jù)輸入后，進(jìn)行一系列的計(jì)算，得出結(jié)果。

2.4?激光式高速路面彎沉測(cè)定儀法檢測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn)

激光式高速路面彎沉測(cè)定儀的測(cè)試速度可在（30～90）km/h 的范圍內(nèi)，該類設(shè)備可以正常行車速度在高速公路上進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試效率大大提高，此外，還具有不影響交通、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。激光式高速路面彎沉測(cè)定儀是目前世界上最先進(jìn)的彎沉測(cè)試裝置，但是該儀器精密度較高，造價(jià)昂貴，市場(chǎng)上使用率較低，還需要在國(guó)內(nèi)進(jìn)一步進(jìn)行推廣使用。

3?質(zhì)量控制應(yīng)用彎沉檢測(cè)的要點(diǎn)

道路工程中施工項(xiàng)目質(zhì)量檢測(cè)內(nèi)容較為多樣且檢測(cè)形式較為復(fù)雜，以路基路面垂直變形及彎沉檢測(cè)為典型代表，例如：以4車道1級(jí)公路為例其交通路年增長(zhǎng)率高達(dá)10%，相關(guān)技術(shù)人員結(jié)合實(shí)際交通情況計(jì)算路基路面彎沉值，確保其符合工程施工要求，是保證道路工程路基整體構(gòu)件剛度及強(qiáng)度的主要條件。同時(shí)，經(jīng)精確計(jì)算后，所得出的彎沉值大小以符合道路工程塑性要求及抗疲勞要求為前提條件準(zhǔn)確反映出道路使用情況。此外，道路工程建設(shè)過程中，施工方應(yīng)用彎沉檢測(cè)，能有效控制工程施工質(zhì)量，從總體角度出發(fā)全面了解已完工工程路基施工段強(qiáng)度及剛度，以達(dá)到排除不符合施工質(zhì)量路段的目標(biāo)。

同時(shí)，待道路工程路基施工完畢后，應(yīng)再次檢測(cè)竣工道路施工質(zhì)量，為工程建設(shè)方及施工方支付相關(guān)費(fèi)用提供重要的參考依據(jù)。道路經(jīng)過長(zhǎng)期使用后存在出現(xiàn)裂縫等質(zhì)量問題的可能性，客觀上減弱相應(yīng)的承載性能及承載剛度，一旦遭受外力作用將加劇路基裂縫問題，并直接影響道路工程路基施工質(zhì)量，無(wú)法滿足新形勢(shì)下社會(huì)對(duì)于道路工程所提出的使用年限要求。在難以保證路基施工質(zhì)量的前提下，相關(guān)技術(shù)人員實(shí)行有效處理措施修補(bǔ)或改進(jìn)已出現(xiàn)的質(zhì)量問題，結(jié)合彎沉檢測(cè)方法見差異性合理制定修補(bǔ)或改進(jìn)方案。此外，彎沉檢測(cè)值過大時(shí)必須立即修補(bǔ)質(zhì)量問題較為嚴(yán)重的位置或維修范圍較小的道路段。

4?結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，一批高性能、高效率的檢測(cè)設(shè)備和手段，取代陳舊落后的常規(guī)檢測(cè)手段以滿足工程建設(shè)的需求。其中，落錘式彎沉儀是目前國(guó)際上最先進(jìn)的路面強(qiáng)度無(wú)損檢測(cè)設(shè)備之一。由于其測(cè)試消除了人為讀表誤差、氣壓隨氣溫變化產(chǎn)生誤差等多種因素的影響，加之位移傳感器精度高，故其測(cè)試結(jié)果具有較高的精度，其測(cè)試數(shù)據(jù)可用于路面結(jié)構(gòu)的模量反算，以此用于對(duì)各層質(zhì)量進(jìn)行分析。

參考文獻(xiàn)：

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