【摘要】本文介紹了我國路面無損檢測技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r、研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景，并對路面無損檢測與評價技術(shù)進行了較系統(tǒng)的評價。
　　【關(guān)鍵詞】公路工程，無損檢測，落錘式彎沉儀，現(xiàn)狀與展望
　　
　　路面檢測技術(shù)的總體趨勢是由人工檢測向自動化檢測技術(shù)發(fā)展，由破損類檢測向無損檢測技術(shù)發(fā)展，由低速度、低精度向高速度、高精度發(fā)展。近20年來，路面無損檢測與評價技術(shù)的研究和應(yīng)用在國內(nèi)外受到日益廣泛的重視，其中路面強度檢測與結(jié)構(gòu)性能評價一直是道路工程領(lǐng)域的熱點課題。近幾年來，隨著交通基礎(chǔ)建設(shè)投資力度的加大，我國公路通車?yán)锍讨鹉昕焖僭鲩L，未來一段時期內(nèi)大量的原有路面需要維修改造，以保持良好的路用性能。路面性能檢測是公路建設(shè)與管理中的關(guān)鍵性、基礎(chǔ)性技術(shù)，它不僅對檢測和控制工程質(zhì)量至關(guān)重要，而且決定著路網(wǎng)養(yǎng)護決策的科學(xué)性，直接影響?zhàn)B護資金分配的合理性。
　　當(dāng)前，我國正興起一場大規(guī)模的高等級公路建設(shè)熱潮。發(fā)展高新檢測技術(shù)是高等級公路建設(shè)與管理的必然要求，不少單位已引進FWD等快速、無破損路面檢測系統(tǒng)。新實施的路面路基現(xiàn)場測試規(guī)程，F(xiàn)WD貝克曼梁和自動彎沉儀一起列入路面彎沉檢測基本設(shè)備，對于加快FWD檢測技術(shù)的研究開發(fā)和推廣應(yīng)用將起到有力的推動作用。
　　一、FWD（落錘式彎沉儀）簡介
　　FWD(FallingWeightDeflector)即落錘式彎沉儀，是目前國際上比較流行的先進的路面無損檢測設(shè)備，可很好地模擬行車荷載對路面結(jié)構(gòu)的作用，并且測速快，精度高。
　　1、FWD的組成
　　FWD由兩部分構(gòu)成，1是由引車車上裝有計算機控制系統(tǒng)及電源控制系統(tǒng)；2是由拖車（FWD）車上裝有發(fā)電機，脈沖荷載發(fā)生系統(tǒng)，承載板及四種傳感器(位移傳感器、壓力傳感器、距離傳感器和溫度傳感器)。牽引車與FWD用5條電纜相聯(lián)。FWD在野外測量所采集的信號通過電纜線送入接口箱與計算機相聯(lián)。
　　2、FWD路面檢測系統(tǒng)的工作原理
　　本文以DynatestFWD為例，簡要介紹FWD的工作原理。DynatestFWD是由Dynatest國際集團公司研制開發(fā)的高科技路面強度檢測系統(tǒng)，其技術(shù)指標(biāo)的先進性和可靠性代表了當(dāng)前路面無損檢測技術(shù)的發(fā)展水平，并在國際上得到廣泛應(yīng)用。
　　DynatestFWD檢測系統(tǒng)主要包括FWD掛車、9000型信息處理系統(tǒng)和微機操作系統(tǒng)。FWD掛車由加載系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)構(gòu)成。其基本工作原理:是通過液壓系統(tǒng)提升一重錘，然后釋放下落，從而對路面施加一沖擊荷載。荷載的大小通過改變提升高度或錘重來調(diào)節(jié)，并由壓力傳感器精確測定。這種加荷方式較好地模擬了行車荷載對路面的作用。路面的變形（彎沉）由一組傳感器測定。DynatestFWD通常在距荷載中心1.8m的范圍內(nèi)布置7—9個速度傳感器。9000型信息處理系統(tǒng)記錄荷載和路面變形的全部時程信息。整個操作系統(tǒng)均通過微機實現(xiàn)。
　　DynatestFWD主要技術(shù)指標(biāo)如表1。由于FWD檢測系統(tǒng)可精確測試路面所受荷載和完整的變形（彎沉）信息，從而可以應(yīng)用力學(xué)反分析法確定路面材料性能，并對路面結(jié)構(gòu)進行較為深入的分析評價。
　　表1DynatestFWD主要技術(shù)指標(biāo)
　　荷載范圍 0.7—12.0t
　　位移傳感器分清率 1um
　　位移傳感器系統(tǒng)誤差 <2%
　　系統(tǒng)測速 每測點約35s
　　FWD掛車自重量 1.0t
　　位移傳感器數(shù)量 9個
　　脈沖荷載形狀 近似半正弦波
　　3、目前FWD主要的應(yīng)用：
　　�牐�1.路面彎沉盆檢測；
　　�牐�2.路面接縫傳荷效率檢測；
　　�牐�3.剛性路面板脫空檢測；
　　4、FWD與其他彎沉檢測設(shè)備相比，其技術(shù)特點主要表現(xiàn)在：
　　1.計算機自動采集數(shù)據(jù)，可以連續(xù)的快速測量，1小時大約能夠進行60次試驗；
　　2.準(zhǔn)確性和精度高，彎沉分辨率達(dá)1微米；
　　3.加載范圍大，可以在0.7～12噸之間；
　　4.能夠準(zhǔn)確的測定較完整的彎沉盆信息，為路面結(jié)構(gòu)層模量反算提供了必要的基礎(chǔ)；
　　5.對環(huán)境條件要求相對較低；
　　6.測試方便，速度快，全套系統(tǒng)由微機控制，一測點只需約40秒；
　　7.對交通干擾小。
　　二、FWD路面結(jié)構(gòu)反分析研究現(xiàn)狀
　　1、路面結(jié)構(gòu)反分析問題的提出
　　自1953年貝克曼梁式彎沉儀問世以來，路面彎沉一直被用于路面結(jié)構(gòu)性能評價。然而這種傳統(tǒng)的彎沉評價法存在明顯的缺陷。由于路面結(jié)構(gòu)是一個多層體系，僅用單點彎沉來評價路面結(jié)構(gòu)性能是不充分的。
　　雖然路面使用性能劣化的機理十分復(fù)雜，但一般認(rèn)為，路面開裂造成的結(jié)構(gòu)性劣化主要與面層材料中的最大拉應(yīng)力或最大拉應(yīng)變有關(guān)，而路面轍槽或平整度降低造成的功能性劣化，主要與基層或路基散離體材料中的最大壓應(yīng)力或最大壓應(yīng)變有關(guān)，因此，為了準(zhǔn)確評價路面承載能力，必須首先確定路面結(jié)構(gòu)層材料性能，進而分析路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)。
　　路面材料性能的確定分為破損和非破損兩類方法。破損類方法（如取芯法）不僅周期長、效率低，而且取樣過程中材料不可避免的受到“擾動”，造成試驗結(jié)果難以全面反映路面結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場特性。因此，70年代以來，隨著以落錘式彎沉儀為代表的快速，高效、無破損檢測技術(shù)在國際上得到廣泛應(yīng)用，根據(jù)彎沉盆信息反演路面材料性能，逐步得到學(xué)術(shù)界和工程界的普遍關(guān)注。
　　2、路面結(jié)構(gòu)反分析的研究現(xiàn)狀
　　根據(jù)彎沉盆檢測數(shù)據(jù)反算路面結(jié)構(gòu)層摸量的早期研究，以推理法、圖解法及回歸法為基礎(chǔ)。近年來，力學(xué)反分析法成為人們研究的重點，它大致可分為數(shù)據(jù)庫搜索法和迭代法兩類。
　　美國德克薩斯A&M大學(xué)在數(shù)據(jù)庫方面作了長期而系統(tǒng)的研究，開發(fā)出了實用化的軟件系統(tǒng)MODULUS，其基本原理和實現(xiàn)過程為：首先根據(jù)路面各層厚度、材料迫松比和彈性模量的可能范圍，應(yīng)用多層彈性體理論（BISAR程序）建立一個路面彎沉盆數(shù)據(jù)庫，然后利用模式搜索和拉格朗日插值方法確定一組模量，使計算與實際彎沉盆最為接近。數(shù)據(jù)庫法的優(yōu)點在于避開了反分析中的“病態(tài)”問題，求解過程穩(wěn)定：一旦建立了數(shù)據(jù)庫，可以快速實現(xiàn)模量的反算。缺點是對于不同的路面結(jié)構(gòu)，必須建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，即數(shù)據(jù)庫不具有通用性。

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