FWD技术在水泥混凝土路面检测中的应用

FWD技术在水泥混凝土路面检测中的应用落锤式弯沉仪(FWD)是目前国内最先进的路面强度无损检测设备之一.本文依托于广清高速公路水泥硂路面养护工程，对目前流行的几种路面脱空检测方法进行横向对比。经过对比之后发现FWD设备在对路基顶面弯沉，板底脱空检测等多方面具有体积小、经济、快速、准确等优点，根据实际情况值得大力推广使用。落锤式弯沉仪(简称FWD)是目前国际上最先进的路面强度无损检测设备之一。通过落锤式弯沉仪测定路面的动态弯沉反算路面的回弹模量，已成为世界各国道路界的热门课题[1]。美国战略公路研究计划(SHRP)也把FWD作为对2000条试验路面的强度评定和跟踪检测手段，并以FWD测定反算的回弹模量作为基准，研究开发材料回弹模量的室内试验方法。近年来，我国也已引进FWD，并投入了使用，显示出了强大的生命力和优越性。1、检测原理声振检测是激励被测试件产生机械振动(声波)，测量其振动的声学特征来判定质量的技术。敲击法是其中最简单而又经常应用的例子[2]，也是易于实施的和廉价的方法。刚性路面敲击声识别系统如图1所示。落锤从固定高度自由降落敲击刚性路面而发声，通过传声器(麦克风)采集该声音信号，然后提取信号的频域特征，再输入神经网络识别路面是否脱空。本设备正是利用声卡的APD转换工作原理和WindowsXP系统录音机资源来采集.声信号。为提高检测效率和精确性，通常采用声振法进行旧水泥混凝土路面脱空的判定[2]，按逐板四点(四个板角)的频率进行检测，对判定脱空的板角位置，进行压浆补强处理，同样可以用来对压浆后的效果进行评定。2、检测内容和方法旧混凝土面层下的基层顶面当量回弹模量是加铺层设计的重要参数之一，面层下的基层顶面难以直接测到，但混凝土路表是路面结构刚度特性的综合反映。因此，应用FWD实测路面弯沉，并按弹性地基理论反算基层顶面模量的方法是可行的。旧混凝土路面基层顶面的当量回弹模量标准值，宜采用FWD仪(标准荷载100KN，承载板半径(150mm)量测板中荷载作用下的弯沉曲线，按式（1）和式（2）确定。Et—基层顶面的当量回弹模量标准值(MPa)；SI—路面结构的荷载扩散系数；w0—荷载中心处的弯沉值(μm)；w300、w600、w900—距离荷载中心300mm、600mm、900mm处的弯沉值(μm)。检测频率:采用逐板板中动载弯沉，并反算基层顶面当量回弹模量。试验段采用三种方法检测了板底脱空状况。2.1FWD的截距法截距法是NCHRP研究中建立的方法。目前被认为是一种比较理想的脱空检测方法。利用FWD对水泥混凝土路面施加分级荷载，然后利用荷载板中心的弯沉与相应的分级荷载画出荷载弯沉图，利用回归分析做出荷载弯沉的线性回归曲线。通过回归直线的截距来判断脱空情况。如果线性回归曲线在弯沉轴的截距大于50μm则认为板底存在脱空，否则认为不存在脱空。2.2FWD板缝弯沉差和板角弯沉法采用给定的荷载进行弯沉检测。按照设计要求板角弯沉大于105μm或者相邻板横缝弯沉差大于50μm为脱空。2.3声振检测采用脱空检测仪进行检测，检测速度平均6点/分钟，采用计算机采集数据，直接分析声音信号，产生路面密实与否的检测结果。3、检验结果和分析3.1基层顶面当量回弹模量从广清高速公路沥青混凝土路面养护维修工程检测路段的基层顶面当量回弹模量结果得到以下结论[3]。主车道和超车道基层顶面当量回弹模量均值分别为369和388，基层顶面强度较高，但主车道和超车道基层顶面当量回弹模量变异系数较大分别为0.17和0.23，基层强度整体较高但不均匀（见图2）。3.2板底脱空检测结果3.2.1板缝和板角弯沉法采用设计要求标准的板角弯沉大于105μm或者相邻板横缝弯沉差大于50μm的标准分别得到的脱空板数是29点和7处14点。3.2.2落锤式弯沉仪采用截距法截距法是NCHRP研究中建立的方法，目前被认为是一种比较理想的脱空检测方法。利用FWD对水泥混凝土路面施加分级荷载，然后利用荷载板中心的弯沉与相应的分级荷载画出荷载弯沉图，利用回归分析做出荷载弯沉的线性回归曲线，通过回归曲线的截距来判断脱空情况，如果线性回归曲线在弯沉轴的截距大于50μm则认为板底存在脱空，（见图3）。可以看出第一组所在的点不脱空，第二组所在点脱空。由落锤式弯沉仪采用截距法计算共检测40点得到的，得到脱空点数3点，脱空板占检测总板数的7.5%。3.2.3声振脱空检测检测法由声振脱空检测检测36点，脱空6点，检测出来的脱空比率为16.7%。3.2.4结果按照设计要求:板角弯沉大于105或者相邻板横缝弯沉差大于50μm为脱空，分别得到的脱空板数是29点和7处(14点)，共检测板块56块，通过多种方法互相对比，确定脱空的板块为板块1、7、8、9、40、41、55，计七点的相应板角;可能脱空的板块包括板块6、7、9、16、17，计5点相应的板角，脱空率约6%—10%。4、结论通过多种方法进行脱空检测，灌浆处理后存在部分板角未灌满，比例较小，从以上检测可看出脱空检测仪和落锤式弯沉仪（FWD）在水泥混凝土板脱空检测方面相比较具有体积小、经济、快速、准确等优点[4]，板角弯沉值检测出来的点数最多为29点，FWD截距法与检测出来的脱空比例最小，要通过试验段明确采用何种检测手段需要现场对脱空点取芯验证进行判断何种方法最优[5]。