落锤式弯沉仪和贝克曼梁在土路基中的相关性分析

李阿特 乔颖

摘要：该文对FWD和贝克曼梁法在土路基弯沉检测中的数据进行了对比，利用EXCEL中的回归模型和检验方法，对这两者的相关性进行了分析和对比，确定了两者中的相互转换方程式，从而对FWD在土路基弯沉检测中的可行性提供了依据。

关键词弯沉检测 FWD 贝克曼梁 相关性

中图分类号：U213文献标识码： A

1、引言

弯沉值就是路基或者路面上作用一个荷载后，发生一个变形的大小值，关系到路面强度以及其使用性能评定，是公路工程检测中的一个重要指标，所以弯沉的检测需要快速准确，这对于工程质量的控制是至关重要的，无论是新建公路、大修改建项目还是日常的养护，其工作的开展都离不开弯沉数据的支持，作为公路工程中的一个极为重要的控制指标，它能客观有力的反映出路基路面的整体强度分布情况，科学合理地对路面状况进行评价 [1]。检测中一般采用贝克曼梁法或者落锤式弯沉仪法 (Falling Weight Deflectometer, FWD)进行检测。我国使用范围最广的是20世纪60年代引进的贝克曼梁法，但是随着公路建设的快速发展，贝克曼梁法的缺陷也逐渐暴露出来，检测速度慢，耗费人力较大，影响因素较多，所以越来越不适应于大范围快速的质量检测的需要，作为一种先进的无损检测设备，FWD的优势在于检测过程中省时省力、精度高、适用性强[2]，所以在路面检测中逐渐取代了传统的贝克曼梁法，但是在路基弯沉检测中，贝克曼梁法仍然是主要的检测方法，而不是更为先进的FWD，所以本文基于路基弯沉的检测，通过对FWD和贝克曼梁法进行相关性分析，判断FWD是否能在土路基检测中进行应用。

2、FWD工作原理

FWD在检测工程中，利用落锤在四分盘上的冲击荷载来对实际行车工程中的车轮荷载进行模拟，对路基路面的弯沉进行检测。标准质量的落锤在落盘上的荷载为(50±2.5)KN，与贝克曼梁法中单轮50KN的荷载一致，在路基路面产生一个瞬间冲击荷载，通过荷载中心的传感器对弯沉盆的变形进行检测，科学的对路基路面的承载能力进行评定。

在实际检测中，为了保证FWD检测的精度，首先要在检测路段进行对比实验，对FWD和贝克曼梁两者的数据进行相关性分析，当两者之间的相关系数R≥0.95时，说明FWD的检测数据可以根据由实验路段所推断的回归方程进行转换，从而对检测路段进行评定[3]。

在路面的检测中，FWD应用比较广泛，其于贝克曼梁的相关性系数一般都≥0.95，因为路面结构层以及材料相对均匀，其影响较小，结构层对于荷载产生的变形有一定的一致性，所以采用FWD进行检测的精度高，但是对于路基而言相对复杂，所以在本文中选取实际某工程中的一段路基进行试验，研究FWD在路基检测中的应用进行分析[4~6]。

3、试验概况

3.1试验目的

研究FWD和贝克曼梁在路基检测中的相关性，建立两者的联系，对以后FWD在路基检测中的应用建立基础。

3.2试验设备

JSTRI2000型FWD一台；JN151黄河车一辆，后轴重100KN，轮胎气压0.7MPa；5.4m贝克曼梁1台，百分表及表架1套。

3.3试验步骤

试验路段选在湘潭九华工业园某市政公路的一段路基，桩号为K1+100~K1+950，都为填方路基。首先用贝克曼梁对该段路基进行弯沉检测，测点桩号间隔为20m，在测点处用白石灰粉标出位置，检测点位以标定位置为准，FWD的位移传感器要对准测点，偏移距离不能大于30mm，对于同一检测点，两种方法的检测时间间隔不能大于10min，以保证两者检测结果对比的准确性。

4、试验数据分析及结论

4.1试验数据

表1.贝克曼梁检测数据

表2.FWD检测数据

4.2试验数据相关性分析

通过EXCEL中的回归模型，对FWD和贝克曼梁检测数据进行分析，两者的数据对比见图1：

图1.FWD和贝克曼梁数据对比图

FWD与贝克曼梁检测数据回归分析见图2：

图2. FWD与贝克曼梁检测数据回归分析

从图1可以看出，FWD与贝克曼梁的数据趋势基本一致，但是由两者的数据计算出的回归方程为LBB=0.2902LFWD+135.88，R=0.43,小于0.95，不符合要求。通过对比现场实际情况发现，K1+100~K1+560、K1+560~K1+950这两段土路基所用填土分别取自不同土源，土质存在区别，所以对这两段土路基的弯沉数据进行分段分析，K1+100~K1+560路段中，桩号为K1+460处的FWD弯沉值要明显大于贝克曼梁弯沉值，通过实地观察分析，发现在该桩号处存在部分较为松散的浮土，导致在应用FWD进行检测时，位移传感器落在浮土上，导致弯沉值偏大，所以在进行回归分析时剔除该点数据，剔除以上因素后，K1+100~K1+560、K1+560~K1+950路段的弯沉对比回归曲线分析图见图3、图4：

图3.K1+100~K1+560弯沉数据回归分析图

图4.K1+560~K1+950弯沉数据回归分析图

对K1+100~K1+560、K1+560~K1+950段土路基分别进行回归分析后，K1+100~K1+560段土路基的回归方程为LBB=1.3785LFWD+15.5600，R=0.96,大于0.95；K1+560~K1+950段土路基的回归方程为LBB=0.9511LFWD+4.2217，R=0.99,大于0.95，都可以通过回归方程进行转换。

4.3试验结论

通过对比试验得出的相关关系式、相关系数可以得出以下结论：

(1)当同一段土路基的土质基本一致时，FWD与贝克曼梁测定的弯沉值之间有良好的相关关系，FWD可以用于土路基的弯沉检测，且可以保证较高的精度；

(2)路基表面路况对FWD的测定值有一定的影响；

（3）对于不同的结构、土质、基础等条件的路段，应用FWD检测前，应分别与贝克曼梁进行对比，建立不同的回归方程式，以保证数据的准确性。

5、结语

当路基各条件基本一致时，FWD法和贝克曼梁法所检测的数据存在相关性，相关性系数大于0.95，两者之间可以进行转换，所以在土路基弯沉检测中，可以采用FWD来取代贝克曼梁法进行检测，通过位移传感器来检测弯沉，充分发挥FWD的精度高、速度快、节省人力等优势，但是当路基土质存在差别时，需要分路段与贝克曼梁进行对比试验，选取合理的回归方程。作为一种先进的自动化检测技术，随着科技的发展和检测技术的提高，FWD将会更多的运用到工程检测实践中。

参考文献：

[1] 曾胜;路面性能评价与分析方法研究[D];中南大学;2003年

[2] 赵平.代表性路面弯沉检测设备技术性能综合分析[J].中南公路工程，1997，9（3）：12~16

[3] JTG E60-2008公路路基路面现场测试规程[S]

[4] 张向阳,王光明;FWD和贝克曼梁在路基弯沉检测中的相关性分析[J];中南公路工程;2004年02期

[5] 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年09期

[6] 李锦华,徐明德,唐伯明;城市道路沥青路面上FWD与贝克曼梁的对比试验研究[J];城市道桥与防洪;1995年02期