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摘 要:在相同测试条件下,对兴泰一级公路不同结构层进行了落锤式弯沉仪(FWD)与贝克曼梁(BB)的弯沉对比试验,两种方法的弯沉测定值之间具有良好的相关关系;为落锤式弯沉仪应用于在建公路工程的过程检验及已建公路工程养护决策提供依据。
关键词:落锤式弯沉仪 贝克曼梁 线性相关
中图分类号:O151 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)07(b)-0005-02
对在建和已建成的公路路基、基层及面层进行检测是控制公路工程质量的一个重要环节,目前通常通过检测弯沉来分析路基路面的承载力,弯沉是公路使用性能的重要组成部分[1],它不仅对检验和控制工程质量至关重要,而且决定道路的使用寿命并直接影响养护资金投入。
现行的弯沉现场检测方法主要有两种:静载贝克曼梁(简称BB)試验方法和动载落锤式弯沉仪(简称FWD)试验方法。BB测得的是静弯沉,通常是静态汽车荷载作用路面的单点(最大)弯沉,另外,轮载、轮压和加压时间(行驶速度)是影响测定结果的三项加载条件;FWD则属动力弯沉检测技术,通过改变锤重和提升高度来模拟不同的车辆荷载,根据一组传感器(通常为9个)来测定和绘制弯沉盆,BB和FWD都通常采用反演方法来获得路基、路面的回弹模量[2]。相对于BB,FWD具有测速快、精度高、能较好地模拟实际行车荷载对道路结构的作用等优点,已在国际上得到了广泛地应用,并被公认为是目前较理想的路面弯沉检测设备。
1 FWD工作原理
FWD的工作原理是通过计算机控制下的液压系统启动落锤装置,冲击力作用于承载板上并传递到路面,导致路面产生弯沉,分布于距测点不同距离的传感器检测结构层表面的变形,得到路面测点弯沉和弯沉盆[3]。
FWD模拟行车作用的冲击荷载下的弯沉测量,测速快,精度高。目前被认为是较为理想的路面无损检测设备,特别是FWD能够准确测定多点弯沉,可以量测到各级荷载作用下的路表面动弯沉曲线,能够准确地反映弯沉盆的形状。
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,解决了稳态动力弯沉仪的静力预载问题。FWD在公路检测中的优越性,主要表现在两个方面:（1）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,提供技术参数;（2）以FWD的弯沉盆作为指标,评价路面整体强度,为养护管理提供依据[2]。
2 现场试验
2.1 对比路段选择
江苏省泰州市兴泰一级公路为联系兴化与泰州间的省道,全长约40km,分两期实施。一期工程路面结构层为20cm12％石灰土+36cm二灰碎石+10cm～12cm沥青混凝土面层,于2002年建成通车;二期工程路面结构层为20cm12％石灰土+36cm水泥稳定碎石+10cm～12cm沥青混凝土面层,于2008年建成通车。
为了探索研究JGFWD－5T与贝克曼梁之间的相关关系,在2005年至2008年期间分别对兴泰一级公路工程的12个不同结构层的300m～500m的路段进行了FWD弯沉测试及贝克曼梁的弯沉测试。各比对路段的特征见表1。
2.2 现场检测方法
测试间距取30m,荷载为5t,FWD测试弯沉承载板直径为30cm,在同一测点锤击3次,取第3次测定值作为该测点的实际测定弯沉值。贝克曼梁在轮隙中心位置的测定值与FWD在相应位置的测定值对应,将对比试验测得的两种设备的弯沉值按不同层次顶面整理分析。
3 检测数据分析
由于FWD与BB检测得到的弯沉数据之间存在差异,为了充分发挥FWD这种先进试验设备的优势,使其能直接用于路面结构设计和施工质量检测等领域,应比较分析得出两者的关系。将全部的FWD弯沉值按其对应的BB弯沉值分为12组。
因测试数据受多种因素影响产生系统误差和随机误差,误差基本呈正态分布规律,将每组数据剔除±3δ范围之外的特异点,对剩余的有效值应用最小二乘法以线性回归分析,并计算相关系数。以兴泰一级公路NO.4路段路基顶面及NO.9路段基层顶面弯沉测试为例绘制的关系曲线见图1、图2。兴泰一级公路其他路段不同结构层次的FWD和法弯沉测试回归分析结果见表2。
从以上回归分析结果可以看出,对于同一种结构材料在相同测试状况下,FWD与BB的测定值之间具有良好的相关关系,相关系数均大于0.95,此结论与以前国内外研究成果基本一致。
4 结语
由于现行的路面设计及质量控制体系均以BB弯沉值为其控制指标,研究FWD法与BB弯沉检测方法相关性,为拓宽FWD的应用范围提供技术支持。
(1)JGFWD作为先进的路面无损检测设备,在评价道路结构承载力时,某些性能明显优于贝克曼梁等静态检测设备。
(2)FWD与BB在相同的测试状况下,弯沉测定值之间具有良好的相关关系,其相关系数在0.95以上。
(3)通过对兴泰一级公路不同结构层弯沉测试可知,不同结构层的相关关系存在差异,因此,针对各种不同结构层可分别统计分析各自的相关关系,然后再将所有结构层的弯沉转换公式汇总分析,通过设定一结构层影响系数,进一步研究得出统一的相关关系式,对今后实际应用具有重要意义。
(4)FWD不仅在新建公路工程的不同结构层次与BB测试的弯沉值具有较好的相关性,而且在使用后的公路工程中也具有极好的相关性,可以为公路工程养护决策提供快速的弯沉测试结果。
参考文献
[1] 徐平,蔡迎春,陈忠平,等.FWD和BB在路基检测中的对比分析[J].华东公路,2007(5):92～94.
[2] 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[J].公路,2001(9):131～133.
[3] 张超,郑南翔,王建设.路基路面试验检测技术[M].北京:人民交通出版社,2009.
关键词:落锤式弯沉仪 贝克曼梁 线性相关
中图分类号:O151 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)07(b)-0005-02
对在建和已建成的公路路基、基层及面层进行检测是控制公路工程质量的一个重要环节,目前通常通过检测弯沉来分析路基路面的承载力,弯沉是公路使用性能的重要组成部分[1],它不仅对检验和控制工程质量至关重要,而且决定道路的使用寿命并直接影响养护资金投入。
现行的弯沉现场检测方法主要有两种:静载贝克曼梁(简称BB)試验方法和动载落锤式弯沉仪(简称FWD)试验方法。BB测得的是静弯沉,通常是静态汽车荷载作用路面的单点(最大)弯沉,另外,轮载、轮压和加压时间(行驶速度)是影响测定结果的三项加载条件;FWD则属动力弯沉检测技术,通过改变锤重和提升高度来模拟不同的车辆荷载,根据一组传感器(通常为9个)来测定和绘制弯沉盆,BB和FWD都通常采用反演方法来获得路基、路面的回弹模量[2]。相对于BB,FWD具有测速快、精度高、能较好地模拟实际行车荷载对道路结构的作用等优点,已在国际上得到了广泛地应用,并被公认为是目前较理想的路面弯沉检测设备。
1 FWD工作原理
FWD的工作原理是通过计算机控制下的液压系统启动落锤装置,冲击力作用于承载板上并传递到路面,导致路面产生弯沉,分布于距测点不同距离的传感器检测结构层表面的变形,得到路面测点弯沉和弯沉盆[3]。
FWD模拟行车作用的冲击荷载下的弯沉测量,测速快,精度高。目前被认为是较为理想的路面无损检测设备,特别是FWD能够准确测定多点弯沉,可以量测到各级荷载作用下的路表面动弯沉曲线,能够准确地反映弯沉盆的形状。
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,解决了稳态动力弯沉仪的静力预载问题。FWD在公路检测中的优越性,主要表现在两个方面:（1）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,提供技术参数;（2）以FWD的弯沉盆作为指标,评价路面整体强度,为养护管理提供依据[2]。
2 现场试验
2.1 对比路段选择
江苏省泰州市兴泰一级公路为联系兴化与泰州间的省道,全长约40km,分两期实施。一期工程路面结构层为20cm12％石灰土+36cm二灰碎石+10cm～12cm沥青混凝土面层,于2002年建成通车;二期工程路面结构层为20cm12％石灰土+36cm水泥稳定碎石+10cm～12cm沥青混凝土面层,于2008年建成通车。
为了探索研究JGFWD－5T与贝克曼梁之间的相关关系,在2005年至2008年期间分别对兴泰一级公路工程的12个不同结构层的300m～500m的路段进行了FWD弯沉测试及贝克曼梁的弯沉测试。各比对路段的特征见表1。
2.2 现场检测方法
测试间距取30m,荷载为5t,FWD测试弯沉承载板直径为30cm,在同一测点锤击3次,取第3次测定值作为该测点的实际测定弯沉值。贝克曼梁在轮隙中心位置的测定值与FWD在相应位置的测定值对应,将对比试验测得的两种设备的弯沉值按不同层次顶面整理分析。
3 检测数据分析
由于FWD与BB检测得到的弯沉数据之间存在差异,为了充分发挥FWD这种先进试验设备的优势,使其能直接用于路面结构设计和施工质量检测等领域,应比较分析得出两者的关系。将全部的FWD弯沉值按其对应的BB弯沉值分为12组。
因测试数据受多种因素影响产生系统误差和随机误差,误差基本呈正态分布规律,将每组数据剔除±3δ范围之外的特异点,对剩余的有效值应用最小二乘法以线性回归分析,并计算相关系数。以兴泰一级公路NO.4路段路基顶面及NO.9路段基层顶面弯沉测试为例绘制的关系曲线见图1、图2。兴泰一级公路其他路段不同结构层次的FWD和法弯沉测试回归分析结果见表2。
从以上回归分析结果可以看出,对于同一种结构材料在相同测试状况下,FWD与BB的测定值之间具有良好的相关关系,相关系数均大于0.95,此结论与以前国内外研究成果基本一致。
4 结语
由于现行的路面设计及质量控制体系均以BB弯沉值为其控制指标,研究FWD法与BB弯沉检测方法相关性,为拓宽FWD的应用范围提供技术支持。
(1)JGFWD作为先进的路面无损检测设备,在评价道路结构承载力时,某些性能明显优于贝克曼梁等静态检测设备。
(2)FWD与BB在相同的测试状况下,弯沉测定值之间具有良好的相关关系,其相关系数在0.95以上。
(3)通过对兴泰一级公路不同结构层弯沉测试可知,不同结构层的相关关系存在差异,因此,针对各种不同结构层可分别统计分析各自的相关关系,然后再将所有结构层的弯沉转换公式汇总分析,通过设定一结构层影响系数,进一步研究得出统一的相关关系式,对今后实际应用具有重要意义。
(4)FWD不仅在新建公路工程的不同结构层次与BB测试的弯沉值具有较好的相关性,而且在使用后的公路工程中也具有极好的相关性,可以为公路工程养护决策提供快速的弯沉测试结果。
参考文献
[1] 徐平,蔡迎春,陈忠平,等.FWD和BB在路基检测中的对比分析[J].华东公路,2007(5):92～94.
[2] 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[J].公路,2001(9):131～133.
[3] 张超,郑南翔,王建设.路基路面试验检测技术[M].北京:人民交通出版社,2009.