基于落锤式弯沉仪的水泥混凝土路面无损检测

梁 晓 晔

(山西省公路局长治分局，山西 长治 046011)

基于落锤式弯沉仪的水泥混凝土路面无损检测

梁 晓 晔

(山西省公路局长治分局，山西 长治 046011)

对落锤式弯沉仪在某水泥混凝土路面无损检测中的应用制定了检测计划，针对检测结果对该路面病害进行了深入分析，分析结果可为类似检测工程提供借鉴，并指出落锤式弯沉仪无损检测技术具有广阔的应用前景。

水泥混凝土路面，落锤式弯沉仪，无损检测

0 引言

落锤式弯沉仪(FWD)属于道路无损伤检测技术，FWD常用于路面现场结构承载力的评价，刚性路面接缝传荷能力的分析以及刚性路面板底脱空的探测。不同的加载方式使FWD能够用于路面结构强度多方面的检测。

陈晓瑛等提出了一种综合考虑脱空和接缝传荷能力对弯沉影响的水泥混凝上板底脱空评价方法[1]；张蓓等根据不同路面结构参数下弯沉值的变化对关系式进行修正，建立水泥混凝土路面板角脱空面积的分析方法[2]；张求书等通过采用落锤弯沉仪与贝克曼梁弯沉仪对旧水泥混凝土路面的强度进行调查分析，为设计路面加铺结构奠定了基础[3]；何海鹰等从模量反算的角度提出动态模量对于路面强度的评价方法[4]；马钢采用落锤式弯沉仪对旧水泥混凝土板的脱空情况进行检测，并且提出了混凝土板脱空评价方法[5]；彭显攀等介绍了FWD的检测方法以及FWD检测方法与贝克曼梁法的相关性[6]；李涛通过试验得出了落锤式弯沉仪与贝克曼梁弯沉仪的相关关系，并且将相关关系应用到路面弯沉检测中[7]。

1 项目概况

某公路为双向四车道，于1995年开工建设，2000年年底建成通车。路基宽度15 m，路面宽度14 m，道路全长约为32 km，其中4 km已加铺沥青混凝土面层，其余均为水泥混凝土路面。

自开通运营至今，路面病害主要有裂缝、错台、破碎板、断板、脱空、沉陷等，给行车舒适性造成了极不利的影响，同时大大增加了运营成本。

采用FWD(落锤式弯沉仪)对混凝土的板中、板角、板间接缝进行检测，分别对混凝土板承载能力、板底脱空、接缝传荷能力进行测试。板中和板间接缝每千米间断检测6个点，板角每2 km连续检测12个点。

2 FWD检测计划

检测路段为水泥混凝土路段，根据现场考察及本项目的病害情况，在外侧车道内侧轮迹处，每隔1 km做一个系列板中及接缝FWD测试。每隔2 km做一个系列的板角FWD测试，FWD测试包括一个板中心点测试，一个横向接缝测试，一个板角测试。具体测试点位置见图1。

位置及频率：在水泥路面主车道上进行一系列FWD测试；注意避开破损板。因为本次检测距施工图设计阶段有一定的时间差，采取抽检的方式，每系列的抽检频率为每千米6个点。

冲击荷载：水泥路面板中(50±2.5)kN，每点落锤2次，第一锤数据舍去。接缝：(50±2.5)kN，每点落锤2次，第一锤数据舍去，为一级加载；荷载作用点的传感器和临近的传感器分别在接缝两侧的两块板上，承载板尽量靠近接缝，与接缝相切。板角：(40±2.5)kN，(50±2.5)kN，(60±2.5)kN，每点落锤3次，为三级加载；承载板位于板角。

3 检测结果

分左右两幅进行检测，篇幅所限，下面主要以左幅为例说明检测结果。

3.1 最大弯沉分析

最大弯沉是指承载板中心位置的实测弯沉，它是路面结构各层强度以及土基模量的函数，能够较好的反映路面的整体结构强度。分析中将所有实测弯沉结果换算到相同的荷载水平(规格化到50 kN)，单位为0.01 mm。

由检测结果可知，左幅弯沉的平均值为8.27，最大值为32.62，标准差为4.24。该路段的最大弯沉值比较分散，主要在2.5～15.0之间，另外，大于15.0的占总数的5.9%，分析结果显示，该段公路水泥路面的结构承载能力状况良好，但个别地段变异较大，需要采取相应的处理措施。

右幅最大弯沉相比较也大，总体来讲，左右幅结构整体强度很好，但右幅整体强度要比左侧稍好。

左幅水泥混凝土路面最大弯沉见图2。

3.2 结构层模量反算

通过FWD的弯沉检测，可以得到承载板中心最大弯沉值和路面结构的弯沉盆。由此反算路面结构各层模量以及土基强度，评定路面结构承载能力。

1)土基强度。由于FWD采用的是脉冲荷载，根据动态荷载下的路面响应，反算的土基模量对应的是动态k值。一般情况下，静态k值可以通过施加静态荷载，在土基顶面直接进行承载板试验得到。研究表明，动态k值大约是静态k值的两倍。

左幅结果显示，检测路段的静态k值绝大多数在0 MPa/m～150 MPa/m之间，平均值为64.84 MPa/m，标准差为41.11 MPa/m。分析结果显示，该段公路土基强度较差，平均值为170 MPa/m，该段变异性很大，但总体情况较好。分析结果显示，该段公路土基强度中等。

2)面层、基层弹性模量。面层和基层的模量是反映路面结构强度的两个重要参数。刚性路面根据FWD实测弯沉盆，可以反算得到面层和基层的综合模量，再根据厚度与模量比计算得到面层和基层的反算模量。图3为左幅水泥混凝土路面面层模量图。

由分析结果可知，左幅水泥混凝土基层的弹性模量在2 000 MPa～20 000 MPa之间，平均值为6 948.04 MPa，标准差为4 572.26 MPa。面层弹性模量在2 000 MPa～100 000 MPa之间，平均值为49 886.64 MPa，标准差为23 856.57 MPa。面层基层综合模量在2 000 MPa～100 000 MPa之间，平均值为18 467 MPa，标准差为13 985.10 MPa。结果显示水泥混凝土面层和水稳基层强度较好。

3.3 接缝传荷能力

根据FWD测试数据，计算得到左右幅水泥混凝土路面板弯沉差，由板间弯沉差数据计算得到接缝传荷能力，根据水泥混凝土路面设计规范，对左幅和右幅混凝土板的接缝传荷能力进行评价，其中左幅传荷能力等级见图4。左右幅水泥混凝土板的传荷系数整体统计见表1。

表1 传荷系数整体统计表 %

3.4 板角脱空

本次板角脱空采用三级加载方式判断，荷载分别为(40±2.5)kN，(50±2.5)kN，(60±2.5)kN，每点落锤3次，承载板位于板角。根据标准，利用加载与弯沉的线性回归得出截距，当截距大于50(0.01 mm)时，判断该板脱空。根据FWD测试数据，分析计算得到左右幅混凝土板截距，并统计了混凝土板的脱空状况(见表2)。

表2 混凝土板脱空统计表

4 结语

本文结合落锤式弯沉仪的检测结果及数据分析，认为该水泥混凝土路段结构强度总体处于较优良状态，但部分路面的接缝传荷能力较差，板角脱空率较高，应及时采取措施遏制病害的进一步扩大，具体结果如下：

1)总体来讲，左右幅结构整体强度很好，但右幅整体强度要比左侧稍好。依据结构层模量反算可知，该段公路土基强度中等；水泥混凝土面层和水稳基层强度较好。

2)通过对接缝传荷能力的研究可知，多数混凝土路面板都处于良好状态，板角脱空分析得知，左幅车道脱空率为35%，右幅车道脱空率达到43%。

[1] 陈晓瑛,瑛利华.基于弯沉检测的水泥混凝土路面板底脱空评价方法[J].公路,2011(11):143-147.

[2] 张 蓓,赵 欢,钟燕辉，等.基于弯沉率的水泥混凝土路面板角脱空面积分析方法[J].中外公路,2010,30(5):83-86.

[3] 张求书,齐巧天.旧水泥混凝土路面强度评价方法[J].公路交通科技(应用技术版),2014(4):43-45.

[4] 何海鹰,谢晨之.利用落锤式弯沉仪FWD检测评价水泥混凝土路面压浆效果分析[J].交通科技,2003(4):46-47.

[5] 马 钢.利用落锤式弯沉仪FWD评价旧混凝土路面板脱空[J].公路交通科技(应用技术版),2007(21):48-50.

[6] 彭显攀,崔小团.落锤式弯沉仪(FWD)在弯沉检测中的应用[J].路桥建设,2008(10):71.

[7] 李 涛.落锤式弯沉仪与贝克曼梁弯沉仪在路面检测中的相关性研究[J].黑龙江交通科技,2010(7):27-28.

Nondestructive testing of cement concrete pavement based on FWD

LIANG Xiao-ye

(ChangzhiBranchBureau,ShanxiBureauofHighway,Changzhi046011,China)

The paper formulates the application testing plan of FWD in the cement-concrete pavement, analyzes the pavement diseases according to the testing results with a view to provide some guidance for similar testing engineering. In the end, it points out wide application of nondestructive testing technology of FWD.

cement-concrete pavement, FWD, nondestructive test

1009-6825(2014)34-0153-02

2014-09-25

梁晓晔(1973- )，男，工程师

U416.216

A