FWD 落锤式弯沉仪
落锤式弯沉仪(FWD)和激光连续测量弯沉仪(RWD)的测量性能分析
落锤式弯沉仪(FWD)和激光连续测量弯沉仪(RWD)的测量性能分析摘要本方简要介绍了目前国外在公路承载能力检测方面的前沿技术，为国内引进、开发该检测设备提供技术参考。
关键词落锤；弯沉FWD；激光；RWD1 概念和发展前途RWD是在FWD之后，为了满足高等级公路的普查要求所提出的一种快速、方便、安全的测量方法，该方法测量得到的弯沉值能够满足一般的要求，并且检测时不需要设立防护栏标识对检测车辆进行保护，不会影响高速公路上车辆的正常行驶；而其后的3D有限元分析方法可以较好的得到路面路层的回弹模量参数，反映路面的承载能力和生命周期特性。
FWD的发展比较成熟，其技术可靠，并且测量精度高，是国内外现有评价路面性能指标的一种主要检测设备，但是其检测时不够安全，影响正常的交通行驶，不适合做大面积的路网普查。
RWD和FWD两者存在相同之处又存在不同之处，相同之处为都是为了测量路面的弯沉值，最大的不同处为它们测量弯沉的目的和方式不同：RWD主要是用于路网弯沉的普查作用，而FWD主要用于工程级的路面性能验收；RWD 的工作方式是连续式，而FWD是采用离散式的工作方式。
随着高速公路的飞速发展，以前旧路承载性能的下降，路网普查的需求将会越来越大，RWD的出现正好满足了此种需求；可以预见RWD将来会有较大的市场潜力。
现在RWD在国外已经有相应的样机出现，正处于试验阶段；其很多技术不是很成熟，关于RWD的技术资料较少，开发具有较大的难度；FWD的技术成熟，已于世界各地普遍使用，国内外已经有比较成熟的产品出现。
2 技术角度分析2.1 FWD的技术难点1）测量精度（2 um）。
2）试验平台的搭建。
3）传感器的标定。
2.2 RWD的技术难点1）测量的精度（25 um）。
2）由于路面材质和不同粗糙度引起的负载幅值变化。
3）车辆的高速行驶。
4）信号处理系统的大量数据采集。
说明：现有理想RWD的测量绝对精度为20 um左右，目前的FWD的测量绝对精度为2 um，两者的相对精度相当约为2%左右，在实际的工程验收中，需要的弯沉精度并不要求如FWD那么高，大约在10 um左右就能满足其要求；对于公路上弯沉数据的普查，没有现有的公路设计规范进行规定，RWD的精度应该能达到要求。
落锤式弯沉仪(FWD)在市政道路检测中的应用
2023（7）总第1488期落锤式弯沉仪（FWD）在市政道路检测中的应用徐贲阳滁州市佳诚建设工程检测有限公司摘要：现如今，时代的前进与科技水平的提升为我们国家城市化进程创造了难得的发展机遇，市政交通道路作为市政基础工程中相当重要的一个组成部分，直接关乎着城市内的交通状况，关乎车辆能否正常通行，还有人们能否正常出行。
对于市政道路的路面质量，采用无损检测技术展开检测，对于强化路面的养护管理和确保施工质量均体现出重要意义。
本文围绕市政道路检测工作，针对落锤式弯沉仪的具体应用情况展开了着重分析，并结合实例项目中的应用要点与注意事项加以探讨，旨在更全面地了解落锤式弯沉仪可以在市政道路检测工作中发挥出何等应用效果。
关键词：落锤式弯沉仪；市政道路；应用分析引言目前，FWD落锤式弯沉仪可以算得上是国际上较为先进的一种路面检测设备，在检测速度及其应用场景等多方面均体现出了明显的优势，尤其是与以往的常规弯沉检测相比，体现出了更加明显的优势。
在将其应用于市政道路路面检测的时候，可以将梁式弯沉仪中存在的不足之处给予充分弥补，再引入现代化技术来收集相关数据，不仅检测速度快，其结果精确性也更高，在相关领域当中获得了广泛的认可。
一、落锤式弯沉仪（FWD）的构成与基本原理落锤式弯沉仪（FWD）当中，包括由液压落锤、承载板构成的荷载发生装置，还包括冲击力检测装置和弯沉检测装置，再加上计算机控制装置和信息采集运算装置，这几种装置与基础机动装置结合起来，就组成了落锤式弯沉仪、全自动落锤式弯沉仪（CFWD-10T）的基本原理，就是通过自由降体现象，与基于计算机技术组建的控制系统结合，实现检测系统的功能，作为落锤装置的重锤需要具有一定的重量，当它从高处被释放并自动下落时，其重力、速度会给路面带来一份不小的冲击力，这样一来路面就会发生瞬间变形的现象，分布在离测点不同远近的多个传感器负责检测路面结构出现的变形情况。
从表面变形情况来测定，在重锤作用下所形成的动态弯沉，还有弯沉盆荷载的大小，其实也可以借由改变锤体自身重量、调整提升高度等方式展开适当的调整。
落锤式弯沉仪在公路检测中的应用研究
落锤式弯沉仪在公路检测中的应用研究
黄力
【期刊名称】《科学技术创新》
【年(卷),期】2024()10
【摘要】落锤式弯沉仪(FWD)是一种脉冲动力弯沉检测仪器,主要由荷载发生器、弯沉检测器、计算系统等部分构成,通过模拟车辆行驶过程中对路面结构层产生的冲击力,检测出路面的变形数据,从而达到检测路面结构层弯沉值的目的,能反映路面结构的综合承受荷载的能力。
由于其检测速度快,对路面不会造成破损,检测精度高的特点,被广泛应用于公路路面弯沉检测中,本文对落锤式弯沉仪在公路路面弯沉检测的应用进行简要探讨。
【总页数】4页(P86-89)
【作者】黄力
【作者单位】甘肃省交通科学研究院集团有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U416.06
【相关文献】
1.落锤式弯沉仪在公路弯沉检测中的应用
2.手持式落锤弯沉仪在道路局部弯沉检测中的运用
3.落锤式弯沉仪与贝克曼梁弯沉仪在路面检测中的相关性研究
4.手持式落锤弯沉仪在公路路基弯沉检测中的应用研究
5.车载落锤式弯沉仪在公路检测中的应用研究
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JSTRI FWD-2000落锤式弯沉仪系列产品
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fwd落锤式弯沉仪标定
落锤式弯沉仪（FWD）测试系统的标定落锤式弯沉仪的标定包括位移传感器的标定及距离的标定。
一、位移传感器的相对标定相对标定为用户提供了一种快速、方便的相对精度检测手段，可保证整套设备的传感器之间读数值的可比性，减少了相对误差。
传感器相对标定所需的设备是一个专用的由厂家提供的架子，此架子有十个用于安装传感器的座，由于这个架子的刚度很大，使得当把这个架子垂直放置时，可保证各个传感器座在垂直方向的振动信号与架子底部传来的振动信号足够的接近，也就是说可有此架提供一个标准的参考面，使得架子各点的垂直振动基本相同。
对于DYNA TEST FWD而言，其设计的标定过程较好的解决由于传感器座结构位置不同所带来的对振动信号的放大效应，可有效地评价各个传感器的相对误差，其基本原理是通过将每个传感器在每个传感器座上轮回一遍，有效地考虑了传感器座不同对振动信号的影响。
下面是标定过程：（1）选择一块平整场地，最好是标准路面；（2）关掉整套系统，从设备上卸掉9个位移传感器，并按顺序放好（D1—D9），最好在其上标上相应的序号（D1—D9），同时在标定架子上不同高度由低向高的9个位置上也标上对应的九个序号W1—W9。
（3）将传感器装入架子上的对应位置，D1-W1，D2-W2，…，D9-W9。
（4）启动整套系统，预热20分钟后，设置控制系统的基本参数，其中SET UP文件采用SHP9REL3。
（5）开始前，按SET UP文件设置的高度打几下，并调整传感器架子到垂直的距离，使记录的弯沉值大约在400—600um之间，如达不到这个要求，可调整重锤下落高度或传感器标定架子到加载板的距离，直到满足要求。
（6）在最终确定的传感器架子距落锤的位置处作一标记，将架子放于该处，同时为了使传感器标定架所处的位置每次相同，最好在确定好的位置处用胶在路面粘一个垫圈或在路面凿一个很小的坑，可使传感器架子每次放在位置相同，而且在落锤下落时架子不会滑动。
（7）将传感器标定架放于设定好的位置，做一个下落十次的一个实验序列，以考察所选择的标定位置是否合适。
落锤式弯沉仪JSTRI FWD-2000验证方法
落锤式弯沉仪JSTRI FWD-2000验证方法一、用途用于检测路基、路面的弯沉值。
二、适用范围用于JSTRI FWD-2000落锤式弯沉仪的距离传感器、弯沉传感器校验。
三、技术依据1、《公路路基路面现场测试规程》（JTG E60-2008）2、JSTRI FWD-2000落锤式弯沉仪使用手册四、技术要求允许误差：1、距离传感器距离测量允许误差为1％；2、各弯沉传感器弯沉测量允许误差为每个传感器的均值与整体平均值的比值在0.997～1.003范围内。
五、校验项目距离传感器的距离误差；弯沉传感器的测量均值与整体平均值的比值。
六、校验使用的仪器及校验时的环境条件使用在检定周期内，且检定合格的全站仪和JSTRI FWD-2000落锤式弯沉仪的9个传感器；校验在常温条件下进行。
七、校验方法（一）、距离传感器的校验，其具体步骤为：1、选择一个平直路段；2、用全站仪测量出该路段的准确长度；3、启动FWD，打开操作软件，进入距离标定界面；4、驾车到起始点，并按START按钮；5、慢慢行驶，时速≤20km/h,并准确停在路段终点；6、摁END按钮；7、摁APPL Y按钮接受此标定系数；8、初次标定后，将车重新开到起始点，进入正常的弯沉测试工作界面，然后开到终点，看测量距离与实际距离的误差，是否超过1％，如符合要求即可终止标定；如不符要求，按上述步骤重新标定，直至符合要求为止。
（二）、弯沉传感器的校验，其具体步骤为：1、选择一块标准场地，标准路面或刚性路面；2、关掉整套系统，从设备上卸掉9个弯沉传感器（D1~D9），并按顺序（D1~D9）分别置于标定架的从低向高的9个不同位置上，安放稳妥；并将标定架放于仪器附近；3、启动整套系统，预热20min后，设置控制系统的基本参数，其中SET UP 文件采用SHP9REL3;4、开始前，按SET UP 文件设置的高度打几下，并调整标定架与加载板的距离，使记录的弯沉值大约在400μm~600μm之间，然后进行下落10次的试验序列，如发现10个序列所测弯沉值基本一致，说明该处路面适合标定，如所测弯沉值有递增或递减的趋势，说明该处路面未压实或变形，应选择另一处路面；适合时，对此点作记号或凿小坑，使后续各次标定测量时，标定架都可准确放于该位置且不会移动；5、垂直扶好标定架，轻轻按压，按设定的下落高度和SHP9REL3设置的下落顺序进行试验，在预先锤击2次后（不记录），再正式开始打5次，并记录结果；6、重新调整传感器在架子上的位置，采用传感器顺序不变（D1～D9），在架子上位置按递进轮换的方案挪动一个位置，每一次轮换都按设定的高度打5下，记录5次的读数，直至每个传感器都在架子上每个位置轮回一次，共轮回9次；7、数据采集完后，关闭测试数据文件，退出系统，首先将测试数据文件备份，拷入c:\ 子目录，并执行标定分析软件FWDCAL3;8、打印上述标定分析结果，如每个传感器的均值与整体平均值的比值在0.997～1.003之间，认为相对误差满足精度要求，不用进行调整，否则按计算出的增益值进行调整，并按5～7步骤再做一遍进行检验。
落锤式弯沉仪测定路面弯沉试验
落锤式弯沉仪测定路面弯沉试验一、试验目的用于在落锤式弯沉仪（FWD）标准质量的重锤落下一定高度发生的冲击荷载的作用下，测定路基和路面所产生的瞬时变形，即测定在动态荷载作用下产生的动态弯沉及弯沉盆，并可由此反算路基路面各层材料的动态弹性模量，作为设计参数使用。
所测结果也可用于评定道路承载能力，调查水泥混凝土路面的接缝的传力效果，探查路面板下的空洞等。
二、仪器设备落锤式弯沉仪，简称FWD，由荷载发生装置、弯沉检测装置、运算控制系统与车辆牵引系统等组成。
其结构示意如图1-6所示。
图12－1 落锤式弯沉仪测量系统示意图（1）荷载发生装置：重锤的质量及落高根据使用目的与道路等级选择，荷载由传感器测定，如无特殊需要，重锤的质量为200＋10kg，可采用50＋2.5kg的冲击荷载。
承载板宜为十字对称分开成4部分且底部固定有橡胶片的承载板。
承载板的直径为300mm。
（2）弯沉检测装置：由一组高精度位移传感器组成，如图1-7所示，传感器可为差动变压器式位移计（LVDT）。
自中心开始，承载板沿道路纵向设置，隔开一定距离布设一组传感器，传感器总数可为5～7个，根据需要及设备性能决定。
图12－2 落锤式弯沉仪传感器布置及应力作用范围示例（3）运算控制装置：能在冲击荷载作用的瞬间内，记录冲击荷载及各个传感器所在位置测点的动态变形。
（4）牵引装置：牵引FWD并安装有运算及控制装置的车辆。
三、评定道路承载能力的方法与步骤1. 准备工作（1）调整重锤的质量及落高，使重锤的质量及产生的冲击荷载符合前述仪器的要求。
（2）在测试路段的路基或路面各层表面布置测点，其位置或距离随测试需要而定。
当在路面表面测定时，测点宜布置在行车车道的轮迹带上。
测试时，还可利用距离传感器定位。
（3）检查FWD的车况及使用性能，用手动操作检查，各项指标符合仪器规定要求。
（4）将FWD牵引至测定地点，将仪器打开，进入工作状态。
牵引FWD行驶的速度不宜超过50km/h。
落锤式弯沉仪(FWD)在公路检测中的应用
落锤式弯沉仪(FWD)在公路检测中的应用１.研究背景近20年来,路面无损检测技术研究和开发在国内外受到日益广泛的重视。
弯沉作为最普遍的路面结构状况评价指标,其量测设备及分析技术发展很快,自1953年发明粱式弯沉仪以来, 路面弯沉检测设备已从静力弯沉仪发展到模拟行车荷载作用的落锤式弯沉仪( FWD) ,从单点最大弯沉测试发展到对路面弯沉盆的测试,并将局限于柔性路面上的弯沉概念发展到刚性路面的结构评价与设计分析之中[1]。
由于我国高速公路建设起步较晚, 弯沉检测技术仍停留在一个较低的水平上, 各级公路部门通常采用的弯沉检测设备为贝克曼梁( Benkleman Beam,以下简称BB) , 尽管BB 法操作简单,但该方法存在着以下几点不足[2]:(1)不能用于评价刚性路面;(2)BB测试的荷载作用时间要比正常行车荷载作用时间长,因而所测的弯沉和实际行车状况下的弯沉有差异;(3)不能测出弯沉盆的形状;(4)不能对路面各结构层进行分析;(5)耗时间。
测试过程需要交通封闭或交通分流;(6)精度差。
整个过程基本上由人工操作,精度得不到保证,只能在广泛的经验修正的基础上用于路面承载能力的评定。
相比之下, FWD被认为是评价路面结构状况较为理想的弯沉检测设备, 其优点是:(1)可同时用于评价刚性路面和柔性路面;(2)能较好的模拟正常行车荷载的作用,其应力、应变和弯沉与实际交通荷载下的结果十分吻合;(3)可测出弯沉盆的形状;(4)可对路面各结构层进行分析;(5)速度快,且无需交通封闭;(6)精度高。
整个过程均由电脑控制,无任何人为因素的影响。
尽管FWD 具有无可比拟的优越性,其应用也非常广泛,但在我国,其应用尚未步入规范化、标准化。
我国的《路基规程》虽已将FWD 列为弯沉检测设备,但没有具体评定的标准,不能直接用于施工质量检测。
因此,为了将FWD 弯沉数据直接用于施工质量检测中,需进行FWD 和BB 之间弯沉检测对比试验研究, 建立其相关性。
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FWD 落锤式弯沉仪
1 落锤式弯沉仪的工作原理
落锤式弯沉仪通过计算机系统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，从而对路面施加脉冲荷载，导致路面表面产生瞬时变形，分布于距测点不同距离的传感器检测结构层表面的变形，记录系统将信号传输至计算机，即测定在动态荷载作用下产生的动态弯沉及弯沉盆。
测试数据可用于反算路面结构层模量，从而比较科学地评价路面的承载能力。
2 与常规检测手段的比较
2.1常规检测方法我国现行的路面弯沉常规检测手段采用的是贝克曼梁法，基本原理是杠杆原理。
在规定的标准轴载作用下，路基或路面表面轮隙位置产生的垂直变形值（回弹弯沉），利用黄河载重汽车加载，人工读取百分表的读数，以此来测量路基或路面表面的回弹弯沉值。
存在主要问题有：
（1）以人工操作为主，工作强度大，效率低，可靠性差；
（2）支点变形，影响检测结果，对支点变形的修正很难测准；
（3）仅测得静态汽车荷载作用下路基路面单点（最大）回弹弯沉值；
（4）没有反映路面结构在行车荷载作用下的动力特性和整个弯沉盆形状；（5）不适用于对路网进行大范围长期跟踪观测。
2.2 高效检测方法
1、数据采集传输通过高精度传感器完成，路面结构不同，弯沉盆半径亦不同。
路基或柔性基层沥青路面传感器分布在距荷载中心2.5米范围内即可。
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—5米，传感器分布范围应布置在距荷载中心3—4米范围内，以量测路面弯沉盆形状；
2、FWD主要的技术特点是测速快（每测点约40多秒），精度高（分辨率为1微米），并较好地模拟了实地行车荷载对路面的动力作用，能根据上一锤荷载和压强数值自动调整下一锤的荷载，向设定荷载逼近，从而能准确地测定较完整的弯沉盆信息。
3、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。
3 落锤式弯沉仪与贝克曼梁的相关性
落锤式弯沉仪（FWD）所测的弯沉为动态总弯沉，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测定的动态弯沉换算成贝克曼梁测定的静态回弹弯沉值。
3.1 路段的选择选择结构类型完全相同的路段，针对不同地区选择某种路面结构代表性路段，进行两种测定方法的对比试验，选择对比路段的长度理论上应是越长越好，但在实际应用中，每种相同结构、每次对比试验不应少于50个测试点，弯沉值应有一定的变化幅度。
3.2 根据量测数据计算两者间相关关系；我们在×××国道××段进行了对比试验，以65个实测点进行回归分析，求出回归参数R2=0.9801后，得出相关性方程为 LB=1.0956*LFWD-63.488（式中LB、LFWD分别为贝克曼梁、落锤式弯沉仪测量的弯沉值）。
对比试验弯沉分布以及FWD与贝克曼梁检测的相关分析FWD
与贝克曼梁的测试结果具有良好的对应关系，FWD测得的弯沉值越大，贝克曼梁测得的弯沉值也越大，反之亦然，两种检测结果也很接近。
但FWD测试精度远高于贝克曼。
两种方法存在良好的相关性，其相关系数R达到99%。
如果对比试验结果相关性较差，应对结果进行分析比较，以确定合理检测方案。
可见在工程检测中，完全可以根据实际情况选择一种检测方法，而不必对于每个路段检测时均需进行对比试验。
4 在工程检测中的实际应用
利用FWD能够快速、准确地检测和评价路面各结构层或路基的强度，在施工过程中通过逐层检测和结构层的模量反算可及时发现质量隐患，并迅速采取处理措施，从而在根本上控制了工程质量。
4.1 施工过程控制检测实例某段公路路基工程施工结束并经检测交工后，转入路面底基层施工，该段路面结构底基层为厚度15cm 、8%的石灰土。
在底基层施工结束后，我们利用DynatestFWD对该层进行了弯沉检测，发现其中400m路段底基层顶面弯沉值较大，通过采集的弯沉盆资料进行路面结构层模量反算，反算结果显示底基层的模量值极不均匀且数值大部分比土基模量值小。
根据路面结构层设计模量值自上而下递减的规律，判定该层施工质量存在问题。
建设单位据此检测结果及时责令施工单位进行返工，杜绝了质量隐患，避免了不良的社会影响和更大的经济损失。
4.2 交（竣）工验收检测利用FWD可以对新（改）建公路的路基、路面综合承载能力进行检测和评定，为工程的交（竣）工验收提供数据资料和评定质量等级的依据。
根据《公路工程质量检验评定标准》对已竣工的路面进行弯沉检测，采集全线路面弯沉（盆）信息资料，根据路面弯沉资料，分标段对路基路面的综合承载能力、施工质量进行评定。
5 总结
通过本文分析，可以得出如下结论：
1） FWD与贝克曼梁的测试结果具有良好的相关性，工程检测中可任选一种方法，在正常情况下，不必每次测试都进行对比试验。
2）由于FWD测试消除了认为读表误差、气压随气温变化产生误差等多种因素的影响，加之位移传感器精度高，故其测试结果具有较高的精度，其测试数据可用于路面结构的模量反算，以此用于对各层质量进行分析。