基于FWD无损检测的路面结构状况评价方法研究

基于FWD无损检测的路面结构状况评价方法研究
发布时间：2021-11-03T07:19:17.326Z 来源：《建筑学研究前沿》2021年16期作者：王春红
[导读] 本文通过选取试验路段进行FWD弯沉盆检测，研究不同病害类型下的弯沉盆几何参数分布特征，并通过和正常路段的检测数据对比计算，提出路面不同结构层状况评价方法和基于该试验路检测的评价标准，为该地区确定路面养护时机和制定养护决策提供研究基础。

王春红
安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司
公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心安徽合肥 230011
摘要：本文通过选取试验路段进行FWD弯沉盆检测，研究不同病害类型下的弯沉盆几何参数分布特征，并通过和正常路段的检测数据对比计算，提出路面不同结构层状况评价方法和基于该试验路检测的评价标准，为该地区确定路面养护时机和制定养护决策提供研究基础。

关键词： FWD；弯沉盆；几何参数；路面结构状况；评价方法
FWD作为目前进行路面结构状况检测中最先进的路面无损检测设备之一，其检测结果包含了大量的路面特性信息，但在实际工程应用中，往往仅采用承载板中心点数据用以表征结构层的表面弯沉，对检测结果的信息利用率很低。

本文拟通过无损检测手段，充分利用FWD 弯沉盆数据，对典型病害路段的弯沉盆几何特性进行分析，从而提出基于弯沉盆几何参数的路面结构状况评价方法。

1 弯沉盆研究现状
已有研究表明，路面弯沉指标和路面结构承载力之间有一定的相关性。

可以基于弯沉盆检测结果，采用弯沉差、弯沉坡度等几何参数，从不同角度对路面结构强度状况进行评价。

例如，对于我国传统的半刚性基层沥青路面，采用单点最大弯沉值D0评价道路整体承载能力；采用弯沉差D0-D20和弯沉坡度S0评价路面面层结构状况；采用弯沉差D30-D90和弯沉坡度S2评价基层结构状况；最远端弯沉点只和路基模量有关，因此，采用弯沉盆末端的弯沉量Dlast评价路基结构状况[1]。

虽然国内外已就弯沉盆几何形态和路面结构状况的相关性做了大量研究，但从已有研究成果来看，大部分学者的研究结论在规律上具有一致性，但相应的评价标准却有所不同，这和采用不同的理论分析模型和材料类型有关。

因此，本文以本省实际应用的路面结构和材料为研究对象，通过FWD弯沉盆数据分析，为当地路面结构评价和养护决策提供技术依据。

2 弯沉盆数据采集
本次弯沉盆检测数据源自某市绕城高速公路其中一段。

该路段于2007年11月建成通车，现已运营近14年。

主线原路面结构组合为：4cmAC13+6cmAC20+8cmAC25+36cm水稳碎石+20cm石灰土。

目前路面出现严重的纵、横向裂缝和沉陷病害。

路面病害状况如图1所示。

图6 30-90cm区域弯沉坡度S2 图7 弯沉盆末端弯沉量Dlast
4 路面结构状况评价
4.1路面结构整体强度评价
通过分析图2中无病害路段和病害路段的荷载中心最大弯沉值D0的分布情况，给出最大弯沉值D0的界限值，用于路面结构整体状况评价。

采用分组判别法中的距离分析法对最大弯沉值D0数据进行分析，经计算，无病害路段路段最大弯沉值D0的分布重心是75.1/0.001mm，病害路段最大弯沉值D0的分布重心是125.0/0.001mm（其中沉陷段164.8/0.001mm、纵缝段131.3/0.001mm、横缝段78.8/0.001mm），距离分析法的界限值为100.1/0.001mm。

因此，可将荷载中心最大弯沉值D0是否大于100.1/0.001mm 作为判断路面整体状况好坏的标准。

以100.1/0.001mm为标准计算，56.8%的病害路段荷载中心最大弯沉值D0大于100.1/0.001mm，其中80.3%沉陷段荷载中心最大弯沉值D0大于100.1/0.001mm，66.7%纵缝段荷载中心最大弯沉值D0大于100.1/0.001mm，23.3%横缝段荷载中心最大弯沉值D0大于100.1/0.001mm；
7.7%的无病害路段荷载中心最大弯沉值D0大于100.1/0.001mm。

4.2面层结构强度评价
（一）DD0界限值的确定
通过分析图3中无病害路段和病害路段的邻近加荷区域弯沉差DD0的分布情况，给出邻近加荷区域弯沉差DD0的界限值，用于路面面层状况评价。

采用分组判别法中的距离分析法对邻近加荷区域弯沉差DD0数据进行分析，经计算，无病害路段路段邻近加荷区域弯沉差DD0的分布重心是33.8/0.001mm，病害路段邻近加荷区域弯沉差DD0的分布重心是50.9/0.001mm （其中沉陷段60.2/0.001mm、纵缝段55.3/0.001mm、横缝段37.3/0.001mm），距离分析法的界限值为42.4/0.001mm。

因此，可将邻近加荷区域弯沉差DD0是否大于42.4/0.001mm作为判断路面面层状况好坏的标准。

以42.4/0.001mm 为标准计算，65.9%的病害路段邻近加荷区域弯沉差DD0大于42.4/0.001mm ，其中75.9%沉陷段邻近加荷区域弯沉差DD0大于42.4/0.001mm，93.5%纵缝段邻近加荷区域弯沉差DD0大于42.4/0.001mm，28.3%横缝段邻近加荷区域弯沉差DD0大于42.4/0.001mm；15.4%的无病害路段邻近加荷区域弯沉差DD0大于42.4/0.001mm。

（二）S0界限值的确定
通过分析图4中无病害路段和病害路段的邻近加荷区域弯沉坡度S0的分布情况，给出邻近加荷区域弯沉坡度S0的界限值，用于路面面层状况评价。

采用分组判别法中的距离分析法对邻近加荷区域弯沉坡度S0数据进行分析，经计算，无病害路段路段邻近加荷区域弯沉坡度S0的分布重心是0.17，病害路段邻近加荷区域弯沉坡度S0的分布重心是0.26 （其中沉陷段0.31、纵缝段0.28、横缝段0.19），距离分析法的界限值为0.22。

因此，可将邻近加荷区域弯沉坡度S0是否大于0.22作为判断路面面层状况好坏的标准。

以0.22作为标准计算，59.4%的病害路段邻近加荷区域弯沉坡度S0大于0.22 ，其中75.9%沉陷段邻近加荷区域坡度S0大于0.22，80.6%纵缝段邻近加荷区域坡度S0大于0.22，21.7%横缝段邻近加荷区域坡度S0大于0.22；23.1%的无病害路段邻近加荷区域坡度S0大于0.22。

4.3基层结构强度评价
（一）DD2界限值的确定
通过分析图5中无病害路段和病害路段的30-90cm区域弯沉差DD2的分布情况，给出30-90cm区域弯沉差DD2的界限值，用于路面基层状况评价。

同理，经计算，无病害路段路段30-90cm区域弯沉差DD2的分布重心是13.1/0.001mm，病害路段30-90cm区域弯沉差DD2的分布重心是31.3/0.001mm （其中沉陷段45.7/0.001mm、纵缝段32.2/0.001mm、横缝段16.1/0.001mm），距离分析法的界限值为31.3/0.001mm。

因此，可将30-90cm区域弯沉差DD2是否大于31.3/0.001mm作为判断路面基层状况好坏的标准。

（二）S2界限值的确定
通过分析图27中无病害路段和病害路段的30-90cm区域弯沉坡度S2的分布情况，给出30-90cm区域弯沉坡度S2的界限值，用于路面基层状况评价。

经计算，无病害路段路段30-90cm区域弯沉坡度S2的分布重心是0.022，病害路段30-90cm区域弯沉坡度S2的分布重心是0.052 （其中沉陷段0.076、纵缝段0.054、横缝段0.027），距离分析法的界限值为0.037。

因此，可将30-90cm区域弯沉坡度S2是否大于0.037作为判断路面基层状况好坏的标准。

4.4路基强度评价
通过分析图28中无病害路段和病害路段的弯沉盆末端弯沉量Dlast的分布情况，给出弯沉盆末端弯沉量Dlast的界限值，用于路基状况评价。

经计算，无病害路段路段弯沉盆末端弯沉量Dlast的分布重心是21.8/0.001mm，病害路段弯沉盆末端弯沉量Dlast是27.3/0.001mm （其中沉陷段26.7/0.001mm、纵缝段29.7/0.001mm、横缝段25.4/0.001mm），距离分析法的界限值为24.7/0.001mm。

因此，可将弯沉盆末端弯沉量Dlast是否大于24.5/0.001mm作为判断路面路基状况好坏的标准。

5 结语
根据路面病害段和无病害段FWD弯沉盆形态参数的分布，推荐荷载中心最大弯沉值D0是否大于100.1/0.001mm、邻近加荷区域弯沉差DD0是否大于42.4/0.001mm、30-90cm区域弯沉差DD2是否大于31.3/0.001mm以及弯沉盆末端弯沉量Dlast是否大于24.5/0.001mm作为判断路面整体、面层、基层和路基状况好坏的评价标准。

研究成果具有很强的工程指导意义，通过FWD无损检测，可以减少对路面的破坏性开挖和材料试验，大大提高设计效率，提高旧路病害破损状况预判和病害路段筛选的准确性，并为路面剩余寿命的预估提供研究基础。

参考文献：
[1].丛林. 既有半刚性基层沥青路面结构性能的评价[D][ 博士论文].上海：同济大学，2003.
作者简介：王春红（1984年生），女，山东德州，毕业于长安大学材料学专业，硕士研究生，高级工程师，从事路基路面结构与材料研究。