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-路基路面检测新技术简介-第 8 页第八章 路基路面检测新技术简介第一节 弯沉检测新技术 一、自动弯沉仪 利用贝克曼梁测定路面回弹弯沉值操作简便，应用广泛，我国路面设计及检测的标准方法和基本参数都是建立在这种试验方法基础之上的，但是，这种试验方法整个测试过程全是人工操作，测试结果受人为因素的影响较大，而且测速慢。自动弯沉仪是测定路面弯沉值的高效自动化设备，可对路面进行高密集点的强度测量，适用于路面施工质量控制、验收及路面养护管理。 1主要设备 自动弯沉仪测定车：洛克鲁瓦型，由测试汽车、测量机构、数据采集处理系统三部分组成。测量机构安装在测试车底盘下面。 自动弯沉仪测定车的主要技术参数如下：测试车轴距：测臂长度：后轴荷载： 100kN测定轮对路面的压强：最小测试步距： 4-10m测试精度：测试速度： 2工作原理 自动弯沉仪的基本工作原理与贝克曼梁的原理是相同的，都是采用简单的杠杆原理。 自动弯沉仪测定车在检测路段以一定速度行驶，将安装在测试车前后轴之间底盘下面的弯沉测定梁放到车辆底盘的前端并支于地面保持不动，当后轴双轮隙通过测头时，弯沉通过位移传感器等装置被自动记录下来，这时,测定梁被拖动，以二倍的汽车速度拖到下一测点，周而复始地向前连续测定。通过计算机可输出路段弯沉检测统计计算结果。 （1）自动弯沉仪做长距离移动时，应根据路况把一些对通过能力影响大的组件、部件拆下来，待移动到测量工地时，再进行安装调试。 （2）操作计算机，根据要求输入有关信息及命令。 （3）为了保证系统AD转换板与位移传感器的测量精度，应进行自动弯沉仪的标定。（4）自动弯沉仪所采集数据以文本方式存储于计算机中，其记录格式分节点数据。弯沉值数据及弯沉盆数据三种。输入有关信息和参数后，可显示出左右双侧的弯沉峰值柱状图及峰值、距离和温度等；计算出平均值、标准差和代表弯沉值；显示弯沉盆图形并计算出曲率半径。 应当注意，自动弯沉仪测定的是总弯沉，因而与贝克曼梁测定的回弹弯沉有所不同。可通过自动弯沉仪总弯沉与贝克曼梁回弹弯沉对比试验，得到两者相关关系式，换算为回弹弯沉，用于路基、路面强度评定。 关于自动弯沉仪测定路面弯沉试验方法可详见公路路基路面现场测试规程（JTJ 059-95）。二、落锤式弯沉仪 利用贝克曼梁方法测出的回弹弯沉是静态弯沉。自动弯沉仪检测弯沉时，因为汽车行进速度很慢，所测得的弯沉也接近静态弯沉。为了模拟汽车快速行驶的实际情况，不少国家开发了动态弯沉的测试设备。落锤式弯沉仪（Falling Weight Deflectometer，简称FWD）模拟行车作用的冲击荷载下的弯沉量测，计算机自动采集数据，速度快，精度高。近年来，采用落锤式弯沉仪（FWD）测定路面的动态弯沉，并用来反算路面的回弹模量。已成为世界各国道路界的热门课题。这种设备特别适用于高等级公路路面和机场的弯沉量测和承载能力评定。落锤式弯沉仪是目前国际上最先进的路面强度无损检测设备之一。 1主要设备 落锤式弯沉仪分为拖车式和内置式。拖车式便于维修与存放，而内置式则较小巧、灵便。（1）荷载发生装置：包括落锤和直径300mm的4分式扇形承载板。（2）弯沉检测装置：由5-7个高精度传感器组成。（3）运算及控制装置。（4）牵引装置：牵引FWD并安装运算及控制装置等的车辆。2工作原理 将测定车开到测定地点，通过计算机控制下的液压系统，启动落锤装置，使一定质量的落锤从一定高度自由落下，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，记录系统将信号输入计算机，得到路面测点弯沉及弯沉盆。 3使用技术要点 （1）通过调节锤重和落高可调整冲击荷载大小。例如，我国路面设计标准轴载为BZZ-100，落锤质量应选为5t，因为承载板直径为30cm，对路面的压强恰为0.7MPa。 （2）检测时，拖车式落锤弯沉仪牵引速度最大可达80kmh，根据我国的实际情况，牵引速度以50km/h左右为宜。内置式落锤弯沉仪最高时速大于100kmh，每小时可测65点。 （3）传感器分布位置为:1个位于承载板中心，其余布置在传感器支架上。路面结构不同，弯沉影响半径亦不同。路基或柔性基层沥青路面传感器分布在距荷载中心2.5m范围内即可。目前，我国高等级公路大多采用半刚性基层沥青路面结构，弯沉影响半径已达3-5m，传感器分布范围应布置在距荷载中心3-4m范围内，以量测路面弯沉盆形状。 （4）每一测点重复测定不少于3次，舍去第一个测定值，取以后几次测定值的平均值作为计算依据，因为第一次测定的结果往往不稳定。 弯沉检测装置操作方式为计算机控制下的自动量测，所有测试数据均可显示在屏幕上或打印出来或存储在软盘上；可输出作用荷载、弯沉（盆）、路表温度及测点间距等；可打印弯沉平均值、标准差、变异系数及代表弯沉值等数据。 应当注意，落锤式弯沉仪所测弯沉为动态总弯沉，与贝克曼梁所测的静态回弹弯沉不同。可通过对比试验，得到两者之间的相关关系，并据此将落锤式弯沉仪所测弯沉值换算为贝克曼梁的静态回弹弯沉值。 可利用计算机按弹性层状体系理论的计算模式和程序，根据落锤式弯沉仪所测弯沉盆数据反算路面各层材料的弹性模量。 关于落锤式弯沉仪测定路面弯沉试验方法详见公路路基路面现场测试规程（JTJ 059-95）。第二节、平整度检测新技术 用三米直尺检测路面平整度，尽管设备简单、直观；但测试速度太慢，劳动强度大。连续式平整度仪的测速最高只有15kmh；工作效率也较低。 平整度的测试设备可分为两大类，一类是测试路表不平整程度（反应类设备），另一类是测定路表凹凸情况（断面测试仪）。目前，颠簸累积仪是应用最广泛的反应类设备，激光平整度仪则是最先进的断面类设备。它们提高了路面平整度的测速与精度占一、车载式颠簸累积仪 车载式颠簸累积仪测定路面平整度速度快，价格低廉，操作简便。可用其检测结果评定路面的施工质量和使用期的舒适性。 1主要设备 （1）颠簸累积仪：由机械传感器、数据处理器及微型打印机组成。 （2）测试车：旅行车、越野车或小轿车。 测试车以一定的速度在路面上行驶，路面上的凹凸不平引起汽车的激振，通过机械传感器可测量后轴同车厢之间的单向位移累积值VBI，以cmkm计。VBI越大，说明路面平整度越差，人体乘坐汽车时越不舒适。 3使用技术要点（1）仪器安装应准确、牢固、便于操作。（2）因为颠簸累积值的大小与测试车的底盘悬挂性能有关，所以仪器安装后，在投入正式使用前，必须进行标定。用车载式颠簸累积仪测出的颠簸累积值VBI与用连续式平整度仪测出的标准偏差 概念不同，可通过标定试验、建立两者的相关关系，将VBI值换算为，用于路面平整度评定。 国际平整度指数IRI是国际上公认的衡量路面行驶舒适性或路面行驶质量的指数。也可通过标定试验，建立VBI与IRI的相关关系，将颠簸累积仪测出的颠簸累积值VBI换算为国际平整度指数IRI。 （3）测试时，向计算机输入有关信息及命令、就可自动采集数据。 （4）检测结果与测试车机械系统的振动特性和车辆行驶速度有关。减振性能好，则VBI测值小；车速越高，VBI测值越大。因此必须通过对机械系统的良好保养和检测时严格控制车速来保持测定结果的稳定性。测试速度一般在30-80kmh（视被测对象及标定条件确定）。 （5）可存储、显示、打印颠簸累积值VBI，标准偏差口，国际平整度指数IRI，测试速度及距离。 关于车载式颠簸累积仪测定平整度试验方法可详见公路路基路面现场测试规程（JTJ 059-95）二、激光路面平整度测定仪 激光路面平整度测定仪是一种与路面元接触的测量仪器，测试速度快，精度高。这种仪器还可同时进行路面纵断面、横坡、车辙等测量，因此，也被称为激光路面断面测试仪。 1主要仪器 激光路面平整度仪是一台装备有激光传感器，加速度计和陀螺仪的测试车，它同时备有先进的数据采集和处理系统。 2工作原理 测试车以一定速度在路面上行驶，固定在汽车底盘上的一排激光传感器通过测试激光束反射回读数器的角度来测试路面，这个距离信号同测试车上装的加速度计信号进行互差，消除测试车自身的颠簸，输出一路面真实断面信号。信号处理系统将来自激光传感器的模拟信号转换成数值信号并记录下来。随着汽车的行进，每隔一定间距，采集一次数据。通过数据分析系统，可显示打印国际平整度指数IRI等平整度检测结果。 3使用技术要点 （1）数据采集完全在计算机控制下进行，根据具体情况输入有关信息和命令。 （2）为了保证测量精度，应进行系统检查，如做静态振动试验、直尺试验。轮胎气压检查。传感器标定检查。（3）测试速度一般在20-120kmh范围内。（4）测试宽度大于2.5m。如在测试梁上安装两个扩展臂，测试宽度可增加至3.5m或更大。（5）采样间隔一般为0.1m，最小为5MM。（6）可显示测试状态及有关数据：输出分析结果，如国际平整度指数IRI、车辙、横坡等。应当注意，不能直视激光孔或观察通过抛光物面或镜面反射回来的激光束，防止损伤眼睛。只能通过一张红外线显示卡或光谱变换眼镜才可以观察光束的存在与否。目前，激光路面平整度仪或激光路面断面测试仪尚未纳入我国公路检测规范，其试验方法可参照仪器使用说明书。第三节 抗滑性能检测新技术公路沥青路面设计规范调（JTJ 014-97）对高速公路、一级公路沥青路面竣工后第一个夏季的抗滑性能要求如下：横向力系数SFC54，摆值FB（BPN）45，构造深度TC0.55mm。横向力系数SFC为新增加抗滑指标，用摩擦系数测定车进行测定。由于摆式仪测定摆值受人为因素影响大，检测速度慢，只适用于一般公路不具备摩擦系数测定车时的抗滑性能检测。路面宏观构造深度可用铺砂法或激光构造深度仪测定。铺砂法测定误差较大，效率低。激光构造深度仪测定的构造深度与铺砂法有良好的相关关系，且检测速度快，精度高。一、摩擦系数测定车测定路面横向力系数摩擦系数测定车测定的路面横向力系数既表示车辆在路面上制动时的路面抗力，还表征车辆在路面上发生侧滑时的路面抗力，因此它是路面纵横向摩擦系数的综合指标，反映较高速度下的路面抗滑能力。测试车自备水箱，能直接喷洒在轮前约30cm宽的路面上，可控制路面水膜厚度。测速较高。不妨得交通，特别适宜于在高速公路、一级公路上进行测试。1主要仪器摩擦系数测定车通常为SCRIM型，主要由车辆底盘、测量机构、供水系统、荷载传感器、仪表及操作记录系统、标定装置等组成。2检测原理测定车上装有与车辆行驶方向成20o角的测试轮。测定时，供水系统洒水，降下测试轮，并对其施加一定荷载，荷载传感器测量与测试轮轮胎面成垂直的横向力，此力与轮荷载之比即为横向力系数。横向力系数越大，说明路面抗滑能力越强。3检测技术要点（1）测试前对仪器设备进行标定、检查，保持测试车的规范性。（2）测试轮重垂直荷载为2kN。（3）测速为50kmh。（4）可连续或断续测定设定计算区间的横向力系数。设定计算区间可在5-1000m范围 内任意选定。 （5）用计算机控制测试操作。 （6）可计算打印每一个评定段的横向力系数值、统计个数、平均值、标准差、变异系数。 关于摩擦系数测定车测定路面横向力系数试验方法可详见公路路基路面现场测试规程（JTJ 059-95）。二、激光构造深度仪 激光构造深度仪是小型手推式路面构造深度测试仪，也称激光纹理测试仪，具有运输方便，操作快捷，费用低廉，可靠性好等优点。 1主要结构 激光构造深度仪主要由装在两轮手推车上的光电测试设备、打印机、仪器操作装置及可拆卸手柄组成。 高速脉冲半导体激光器产生红外线投射到道路表面，从投影面上散射光线由接收透镜聚焦到以线性布置的光敏二级管上，接收光线最多的二极管位置给出了这一瞬间到道路表面的距离，通过一系列计算可得出构造深度。 3使用技术要点 （1）检查仪器，安装手柄。 （2）根据被测路面状况，选择测量程序。 （3）适宜的检测速度为3-5kmh,即人步行的正常速度。 （4)仪器按每一个计算区间打印出该段构造深度的平均值。标准的计算区间长度为100m，根据需要也可为10m或50m。 应当注意，我国公路路面构造深度以铺砂法为标准测试方法。利用激光构造深度仪测出的构造深度与铺砂法测试结果不同，但两者具有良好的相关关系。因此，激光构造深度仪所测出的构造深度不能直接用以评定路面的抗滑性能，必须换算为铺砂法的构造深度后才能判断路面抗滑性能是否满足要求。 关于激光构造深度仪测定沥青路面构造深度试验方法可详见公路路基路面现场测试规程（JTJ 059-95）。第四节 路面雷达测试系统 一、概 述 路面雷达测试系统，能在高速公路时速下，实时收集公路的雷达信息，然后将信息输入电脑程序内，在很短的时间里，电脑程序便会自动分析出公路或桥面内备层厚度、湿度、空隙位置、破损位置及程度。 目前，我国公路路面厚度测试常采用钻孔测量芯样厚度的方法，给路面造成损坏或留下后患。而路面雷达测试系统是一种非接触、非破损的路面厚度测试技术，检测速度高，精度也较高，检测费用低廉。因此，它不仅适用于沥青路面或水泥混凝土路面各层厚度及总厚度测试；路面下空洞探测；路面下相对高湿度区域检测；路面下的破损状况检测。还可以用于检测桥面混凝土剥落状况；检测桥内混凝土与钢筋脱离状况；测试桥面沥青覆盖层的厚度。二、主要设备 1路面探测雷达：包括1-4套雷达。 2数据采集与处理系统：包括计算机、显示器、打印机、数据采集系统和距离量测仪。 3Windows电脑操作软件：具有数据的采集、处理。回放及备份等功能。 4交流电源转换器。 5雷达检测车。三、工作原理 雷达检测车以一定速度在路面上行驶，路面探测雷达发射电磁脉冲，并在短时间内穿过路面，脉冲反射波被无线接收机接收，数据采集系统记录返回时间和路面结构中的不连续电介质常数的突变情况。路面各结构层材料的电介质常数明显不同，因此电介质常数突变处，也就是两结构层的界面。根据测知的各种路面材料的电介质常数及波速，则可计算路面各结构层的厚度或给出含水量、损坏位置等资料。四、使用技术要点1检测速度可达80kmh以上。2检测距离：以80km/h的速度对路面及桥面进行连续检测不少于4h（320km）。3最大探测深度大于60cm。4厚度数据精度一般为深度的2-5。5检测在计算机控制下进行，可实时地同时进行数据采集、存储及雷达波形显示。6数据经处理后，可显示路面彩色剖面图、三维路面厚度剖面图、雷达波形图、原始雷达波形瀑布图、桥面剥落或破损状况图，打印路面各层厚度表。路面雷达测试系统检测路面厚度的试验方法尚未列入我国路面检测规程，其测试方法可参照路面雷达测试系统使用说明书。第五节 CBR值试验技术CBR又称加州承载比，是California Bearing Ration的缩写，由美国加利福尼亚州公路局首先提出来，用于评定路基土和路面材料的强度指标。在国外多采用CBR作为路面材料和路基土的设计参数。我国现行沥青和水泥混凝土路面设计规范，对路面、路基的设计参数系采用回弹模量指标，而在境外修建的公路工程多采用CBR指标。为了进一步积累经验用于实际，以促进国际学术交流，参考了国内外的情况，将CBR指标列入公路路基设计规范（JTJ 013-95）和公路路基施工技术规范（JTJ 033-95），作为路基填料选择的依据。一、 CBR值室内试验技术 1主要仪器设备 （1）圆孔筛：孔径38mm、25mm、20mm、及5mm筛各1个。 （2）重型标准击实仪器设备：试筒、夯锤等。 （3）贯人杆：端面直径50mm、长l00mm的金属柱。 （4）路面材料强度或其它载荷装置：能量不小于：50kN。 （5）百分表、测力环、荷载板等。 2试验原理 试验时，按路基施工时的最佳含水量及压实度要求在试筒内制备试件；为了模拟材料在使用过程中的最不利状态，加载前饱水4昼夜；在浸水过程中及贯人试验时，在试件顶面施加荷载板以模拟路面结构对土基的附加应力；贯人试验中，材料的承载能力越高，对其压人一定贯人深度所需施加的荷载越大。所谓CBR值，就是试料贯人量达到2.5mm或5mm时的单位压力与标准碎石压人相同贯人量时标准荷载强度（7MPa或10.5MPa）的比值，用百分数表示。 3试验技术要求 （1）试验采用风干试料，按四分法备料。 （2）做击实试验，求试料的最大干密度和最佳含水量。 （3）按最佳含水量制备试件。 （4）试件泡水4昼夜。 （5）做贯人试验：加荷使贯人杆以1-1.25mmmin的速度压入试件，记录不同贯人量及相应荷载。总贯人量应超过7mm。 （6）绘制单位压力P与贯人量L关系曲线，必要时进行原点修正。（MPa）和P5（MPa）。 一般采用CBR2.5,如CBR5>CBR2.5，则试验要重做。如果结果仍然如此，则采用CBR5。 关于CBR值室内试验的详细步骤及具体要求可参见公路土工试验规程（JTJ 051-93）中的“承载比（CBR）试验（TO 134-93）”。二、土基现场CBR值测试方法 1主要仪器 （1）荷载装置：设有加劲横梁的载重汽车，后轴重不小于60kN。 （2）现场测试装置：由千斤顶、测力计、球座、贯入杆、荷载板及百分表等组成。 2测试原理在公路路基施工现场，用载重汽车作为反力架，通过千斤顶连续加载，使贯人杆匀速压人土基。为了模拟路面结构对土基的附加应力，在贯人杆位置安放荷载板。路基强度越高，贯人量为2.5mm或5.0mm时的荷载越大，即CBR值越大。 3测试技术要点 （1）将测点约直径30cm范围的表面找平。 （2）安装现场测试装置，使贯人杆与土基表面紧密接触。 （3）起动千斤顶，使贯人杆以lmmmin的速度压人土基，记录不同贯人量及相应荷载。贯人量达7.5mm或12.5mm时结束试验。 （4）卸载后在测点取样，测定材料含水量。 （5）在测点旁用灌砂法或环刀法等测定土基的密度。 （6）绘制荷载压强一贯人量曲线，必要时进行原点修正。 应当注意，公路现场条件下测定的CBR值，因土基的含水量和压实度与室内试验条件不同；也未经泡水，故与室内试验CBR值不一样。应通过试验，寻找两者之间的关系，换算为室内试验CBR值后，再用于路基施工强度检验或评定。 关于土基现场CBR值测试方法可详见公路路基路面现场测试规程（JTJ 059-95）。三、落球仪快速测定土基现场CBR值试验方法 本方法适用细粒土路基施工现场CBR值的测定，试验精度较高，方法可靠，快速简便，能满足路基施工现场检验的要求。 1主要仪器 （1）落球仪：包括底座、落球支架、导杆及落球、导杆卡口开关、刻度标尺、仪器平整水泡。100mm内径的底座套板。（2）卡尺或钢板尺、刮刀、水平尺等。2试验原理一定质量的球从一定高度自由下落到土基表面，陷入深度越小，表明路基强度越高。根据落球在一定高度自由下落陷入上面所做的功与室内标准试验贯人深度所做的功相等的原理，推导得出由落球陷痕直径D值计算现场CBR值的公式。3试验技术要点（1）将测点土基表面刮平。（2）将落球仪置于测点，使球体自由落下，用卡尺量落球陷痕直径D值。（3）计算现场CBR值：应当指出，落球仪测定的现场CBR值，因土基的含水量和压实度与室内CBR试验标准条件不民也未经泡水，所测结果与前述“土基现场CBR值测试方法”所得现场CBR值相近。同样，应通过对比试验，建立落球仪CBR值与室内CBR值相关关系，换算为室内CBR值后，再用于评定路基强度。关于落球仪快速测定土基现场CBR值试验方法详见公路路基路面现场测试规程（JTJ 059-95）。