FWD在開陽擴建公路檢修中的應用

洪 旋

(廣東省高速公路有限公司，廣東 廣州 510000)

目前新時期改革開放和國家發展戰略的重要載體是粵港澳大灣區，環灣城市群的協同發展成為國際一流灣區的關鍵因素，其中基礎設施建設是促進灣區協同發展的實施機制。截至2020年底，廣東省高速公路通車里程已超過9 000 Km，高速公路改擴建處于快速發展時期。路面使用壽命一直以來都是公路質量控制的重要標準，通過FWD技術對舊路病害進行評價，快速準確探測出原路表損壞狀況，科學選擇處治方案，可實現路面使用壽命的延長。楊娥等通過分析相應數學模型擬合條件Sigmoid函數曲線擬合路面彎沉盆，得出函數隨著路面性能狀況PCI的值變大而遞增，曲線的形態隨PCI差值變化增大而陡增的特點。李穎等通過分析三種不同結構層落錘式彎沉儀與貝克曼梁兩種彎沉測試方法的對比，得出落錘式彎沉儀有較高的穩定性與準確性。朱亞輝通過分析FWD彎沉盆特征，路面材料參數、路面結構層層間接觸狀態等影響因素進行分析，建立反演模型，對比驗證出結構層剛度系數反演精度要優于結構層模量的反演。高哲通過分析荷載、路面結構類型、結構層厚度、結構層組合等狀態對反算模量的影響，得到影響彎沉值與反算模量的各種因素，定量分析出各因素的影響程度。楊慶振等通過分析最大彎沉值、彎沉盆面積、面層模量與土基模量的關系分析研究，得到彎沉盆曲率半徑與整體承載力、d0/d1的比值與面層模量相關性較好。李志海等通過分析了貝克曼梁與落錘式彎沉儀(FWD)在檢測瀝青混凝土路面彎沉時的相關性，得到FWD與貝克曼梁檢測數據的線性回歸公式。

1 工程概況

沈陽至?？趪腋咚俟烽_平至陽江段(以下簡稱“開陽高速公路”)是國高網G15沈(陽)至海(口)高速公路的一段，也是廣東省“十縱五橫兩環”高速公路主骨架中第五條橫線的一段?，F狀開陽高速公路按速度120 km/h，雙向四車道高速公路標準設計，于2002年8月動工，2004年11月建成通車。自項目通車以來，開陽高速公路交通量增長迅速，現狀交通量全線平均已達6.9萬輛/日(折算小客車)，交通擁堵現象日趨常態化，節假日期間尤為突出。

另外，佛開高速謝邊至三堡段八車道改擴建工程已于2012年12月通車，三堡至水口段八車道改擴建工程也于2017年5月開工建設，于2019年11月擴建完成并通車。與之相接的開陽高速公路，已出現車流瓶頸效應；規劃中還有高恩高速、中開高速西延線、珠海至恩平高速公路西延線將新接入開陽高速。在此背景下，開展開陽速的改擴建工作非常必要，且十分迫切。改擴建工程首要任務便是對舊路病害進行評價，以延緩路面使用壽命的減少。

1.1 檢測路段

選取開陽高速公路K3252+020～K3258+360段作為對象，通過徒步觀察和測量的方式，獲得了路表損壞狀況數據。見圖1和圖2。

圖1 路表狀況指數分布

圖2 路表狀況指數和評級比例

根據該路段路表狀況指數的結果分析，路表狀況指數評級優良率超過90%，評級為中的比例約占8.4%，路段表面狀況表現優良。

2 FWD簡介

2.1 檢測設備

采用的落錘式彎沉儀(FWD)型號為PRI2100型，其技術指標的先進性和可靠性達到了目前國際上路面彎沉檢測技術的發展水平。其主要技術指標，見表1。

表1 落錘式彎沉儀設備參數表

PRI2100型FWD測速快，所測彎沉絕對精度小于2%±2 μm，相對精度為1%±1 μm。設備的分辨率為1 μm(對彎沉值)。所測荷載精度為小于2%±0.3 kN。分辨率為(對荷載)0.03～0.2 kN，大小由荷載幅值確定。并較好地模擬了行車荷載的動力作用，目前被認為是較為理想的路面無損檢測設備。

2.2 檢測原理

采用落錘式彎沉儀(FWD)測定路面動態彎沉，其工作原理是FWD通過計算機控制下的液壓系統提升并下落一重錘，對路面施加脈沖荷載。荷載的大小可通過改變錘重和高度在相當大的范圍內調整。路面的變形由9個傳感器測定。

2.3 檢測方法

落錘式彎沉儀檢測對單幅按車道依次采集檢測數據，全部覆蓋兩個行車道，落錘式彎沉儀的檢測按5 m/點的頻率等距采集超車道及主車道彎沉數據。

3 結果及分析

根據FWD實測的彎沉數據，通過廣州肖寧道路工程技術研究事務所有限公司自主開發的FWD彎沉模量反算程序“DeflectionBasinLiteUI”，直接反算得到不同路段路面結構各個結構層的回彈模量數據。依據《公路瀝青路面設計規范》(JTG D50-2017)計算瀝青混凝土路面尚能承受的累計當量標準軸載作用次數，結合開陽高速公路交通量發展趨勢，預估現瀝青混凝土路面剩余壽命。

3.1 轉換貝克曼梁

對開陽高速公路K3252+020～K3258+360段的彎沉檢測結果進行匯總分析。

圖3 K3252+020～K3258+360段彎沉分布

圖4 K3252+020～K3258+360段彎沉分布

從開陽高速公路K3252+020～K3258+360段的彎沉檢測結果可知，該路段整體彎沉結果整體較好，換算貝克曼梁彎沉值小于27(0.01 mm)的比例占到97%以上，換算貝克曼梁彎沉值大于30(0.01 mm)的比例為0%。

3.2 反算結構層模量

采取模量反算方法對路面結構的模量進行反算，模量反算方法采用肖寧道路自主研發的在線模量反算軟件。得到不同結構層模量結果。

圖5 K3252+020～K3258+360段面層模量分布

整體上來看，各個結構層的模量結果在行車方向上的均勻性較好，變異系數除瀝青面層受溫度的影響較大而稍微偏大(25%)以外，其他結構層的模量結果變異性均小于20%，土基的變異性最小為12%。

圖6 K3252+020～K3258+360段基層模量分布

圖7 K3252+020～K3258+360段底基層模量分布

圖8 K3252+020～K3258+360段土基模量分布

各個結構層的模量結果在行車方向上的均勻性較好，面層模量均值為3 508 MPa(測試路面溫度為60 ℃)，基層模量均值為8 756 MPa，底基層模量為2 971 MPa，土基模量為150 MPa，根據《公路瀝青路面設計規范》JTG D50-2017的相關規定，路面尚可承受的累計標準軸載作用次數約為6×106次。

4 結 論

(1)單純依靠中心彎沉結果對路面結構進行判定不能完全反映路面結構的狀況，結合反算路面結構層模量來綜合判斷路面缺陷結構是有效的方法。

(2)各個結構層的模量結果在行車方向上的均勻性較好，面層模量均值為3 508 MPa(測試路面溫度為60 ℃)，基層模量均值為8 756 MPa，底基層模量為2 971 MPa，土基模量為150 MPa。

(3)路面尚可承受的累計標準軸載作用次數約為6×106次。