自动弯沉车检测要点及其与贝克曼梁弯沉测值相关性试验分析

自动弯沉车检测要点及其与贝克曼梁弯沉测值相关性试验分析

肖光龙

（昆明市公路工程质量检测中心有限公司，云南 昆明 650217）

摘要：弯沉检测是路基路面质量控制及验收的重要检测内容，用以评价路基路面的承载能力。弯沉常见的检测方法包括贝克曼梁法、自动弯沉仪法、落锤式弯沉仪法以及激光弯沉测定仪法等，其中自动弯沉仪法的测值会受环境、地表温度、横坡、测试速度等因素的影响；本文对自动弯沉车和贝克曼梁弯沉测值的相关性做了试验，并得到了测试路段两者的相关性关系式。

关键词：自动弯沉车；贝克曼梁；影响因素；相关性试验

0 引言

路基路面弯沉检测，作为质量控制及验收的重要检测内容，主要反应了路面强度及使用性能，用以评价路基路面的承载能力；道路投入使用后，对其进行技术状况评价以及给养护工作提供数据支撑，都是不可或缺的检测内容。弯沉常见的检测方法包括贝克曼梁法、自动弯沉仪法、落锤式弯沉仪法以及激光弯沉测定仪法等，其中自动弯沉车相当于是贝克曼梁的自动化形式，自动弯沉车车辆本身等同于贝克曼梁法中所用的加载车，汽车底盘下方的测量机架模拟了贝克曼梁弯沉仪，同时用导向架控制测量机架的滑动方向，再配合位移、温度、距离传感器以及数据采集系统，共同构成了自动弯沉仪（车）。本文总结了自动弯沉车使用中的检测要点，并通过对比同路段贝克曼梁法及自动弯沉车法弯沉测值，对两组数据进的相关性进行分析[1]。

1 自动弯沉车检测要点

1.1 自动弯沉车检测方法

自动弯沉车在对路面进行弯沉检测时，先通过配套的起落装置将测量机架落于路面，在设置好测试系统各参数后驾驶自动弯沉车以恒定速度行驶，车辆向前行驶而测量机架静止于路面上，测量机架后端两侧测量臂刚好分别进入自动弯沉车左右后轮的轮隙，随着汽车的前进，测量臂位置的荷载先变大，在后轮横轴线刚好与测量臂位置重合时荷载达到最大，随着车辆往前，荷载又逐渐减小，由于荷载的变化，测点位置因荷载产生的竖向变形将因荷载的变化而跟着变化，自动弯沉车的数据采集系统将记录下这一过程，并在存档文本文件中输出弯沉盆值。

在正式开始现场检测之前，因做好充分的前期准备。首先因检查车辆状况，复核轮胎气压是否满足规范的要求，检测前对位移传感器进行标定，标定记录作为原始记录存档。测试前还应了解检测前5天的平均气温，查阅设计文件获取路面厚度设计值、路面横纵坡以及路面结构层材料的类型。

测试时，将车辆置于距检测路段起点前约1个测试步距的位置，设置好测试系统各项参数后启动自动弯沉车起测，车辆应匀速行驶，测试速度宜控制在3.5km/h内。测试过程中温度传感器会记录每一测点的路标温度，并与弯沉盆值在同一文件中同时输出。检测完毕后应检查存盘数据是否完整，确保数据完整、有效。

1.2 自动弯沉车弯沉测值影响因素及测值修正

因自动弯沉车的测试原理、道路工程的复杂性，自动弯沉车弯沉测值受到测试温度、横坡、测试速度等因素的影响[3]。

①地表温度

温度直接影响了沥青路面的强度，随着温度的升高沥青混凝土抵抗变形的能力将逐渐降低，温度超过沥青软化点温度，沥青混凝土将很容易发生变形；现场的弯沉测值，一般通过在测值上乘以一个根据测试温度确定的温度修正系数K来进行修正。

②横坡

横坡会影响自动弯沉车两后轮的荷载分布，荷载将向低位一侧倾斜，进而影响荷载产生的位移量；当路面横坡不超过4%时，可不进行横坡的修正；当横坡超过4%时，则通过在两后轮的测值上乘以高位、低位修正系数，高低位修正系数分别为、，i代表路面横坡[1]。

③测试速度

在测试过程中，测量机架是被车辆拖着在路面上滑行的，测试速度过快一则容易产生颠簸，传感器读数容易产生误差，二则测试速度影响了荷载对路面的作用时间，这在一定程度上将影响变形量的大小。测试速度一般控制在3.5km/h以内，当测试速度超过这一数值时，应通过测试路段的自动弯沉车和贝克曼梁弯沉测值的相关性试验结果进行换算。

1.3 自动弯沉车检测注意事项

自动弯沉车作为弯沉检测的一种方法，首先要保证测试数据的科学、合理、可靠，比如上文提到的每次测试前对位移传感器的标定等措施，是最基本必须应注意做到的内容。除了关注保证数据科学准确的注意事项外，我们最需要关注的注意事项是检测过程的安全问题，包括人员的安全以及设备的安全。

除交工检测的工程是未通车前进行检测外，其他项目基本是在道路运营中开展的检测，检测过程中技术人员有时需下车检查车底测试系统，这个过程比较容易发生交通事故。按笔者以往的经验，遇到交通状况比较复杂的项目，最好安排一辆小车在后面压车，必要时进行保通及安全指挥工作。

对自动弯沉车本身，使用时也应给予足够的关注，自动弯沉车给我们带来了很大的便利，同时也有很多需要着重注意的问题。测试时应时刻关注路况，紧盯车辆底部监视器，路面颠簸以及转弯时放梁都极易发生压梁事故，轻则需重新装梁重新调试系统耽搁时间，重则可能破坏传感器致使自动弯沉车损坏。所以在弯大和有密集减速带的路段测试时，需要技术人员密切关注梁臂情况，防止压梁。

2 自动弯沉车与贝克曼梁弯沉测值相关性试验

2.1 试验方案

本文的自动弯沉车与贝克曼梁弯沉测值相关性试验数据来源于笔者早前开展的昆明市滇池路弯沉检测项目，道路类型为沥青路面，路面横坡1.5%，道路全长2.04km，双向8车道，本项目中我们选取了其中1个车道1.0km长的路段作为相关性试验路段。本项目采用的设备为我公司自有JG型自动弯沉车及5.4m贝克曼梁弯沉仪，设备均为检定有效。

对该测试路段进行相关性试验，首先用自动弯沉车对测试路段进行弯沉检测，测试步距为50m，测试的同时，由专人对测点进行标记，测试完毕后从系统内拷贝出完整数据；自动弯沉车检测完30min后，采用贝克曼梁法对测试路段进行检测，测点位置误差控制在10cm2范围以内，测试完毕整理数据以备后续数据处理。

图2.1 自动弯沉车检测照片

2.2 数据处理

在测试过程中很难避免会因各种误差及外界影响因素导致检测数据中有特异点。这些异常点在一定程度上会影响到数据相关性和拟合度。所以拟合前先运用数理统计的方法将测试数据中的异常点找出来，在不影响数据完整性的前提下将异常点剔除，本次试验通过控制变异系数Cv小于5和剔除大于3倍标准差数据的异常值，来进行相关性试验分析。

2.3 测值相关性分析

本相关性试验测试路段自动弯沉车及贝克曼梁弯沉测值分别采集了40组数据，采用最小二乘法对两组试验数据进行线性回归分析，建立如下相关关系：

W贝=k﹒W自动+b

式中：W贝为贝克曼梁测定回弹弯沉；W自动为自动弯沉车测的弯沉测值；k为W贝与W自动回归方程的斜率；b为W贝与W自动回归方程的截距。

最小二乘法各特征参数的计算公式如下[1]：

式中：y—转换值试验数据；

X—被转换值试验数据。

通过对试验段路面自动弯沉仪检测结果与贝克曼梁检测结果进行分析，剔除异常值进行对比可以建立如下相关性关系式：

W贝=1.12﹒W自动+5.06

式中：W贝为贝克曼梁测定回弹弯沉；W自动为自动弯沉车测的弯沉值；相关系数R=0.9986。

自动弯沉车与贝克曼梁弯沉测值相关性拟合曲线如下图所示：

图2.2 自动弯沉车与贝克曼梁弯沉测值相关性关系

从上述分析结果可知，本项目自动弯沉车与贝克曼梁测值相关性试验中的相关系数R=0.9986，满足规范《公路路基路面现场测试规程》（JGT 3450-2019）T0952关于相关系数R应不小于0.95的要求，相关性较好，可以用此相关性关系式对自动弯沉车弯沉测值进行处理。

需要补充说明的是，本次的自动弯沉车与贝克曼梁测值相关性试验测试速度为4.5km/h，路表温度为19℃，测试路面沥青混凝土为AC-13C密级配沥青混合料，因相关性关系受路面结构类型和材料、路基状况、测试环境、路面状况的影响，因此本次测试得到到相关性关系式仅适用于上述测试条件下的道路，为了确保数据的准确性，不同的使用环境需要根据相应的相关性试验来确定相关性关系式。

3 结论

（1）相比于传统的贝克曼梁法检测路面弯沉，自动弯沉车检测路面弯沉具有投入人员少、测试速度快、测试精度高、操作方便等优点，在路面弯沉检测中有更强的适用性；同时自动弯沉车弯沉测值仍会受使用环境、横坡、测试速度以及操作人员技术水平等因素的影响，在使用中应针对不同道路的情况对自动弯沉车的弯沉测值进行温度、横坡、测试速度等的修正；特别是测试速度超过3.5km/h时，应通过自动弯沉车与贝克曼梁弯沉测值相关性试验来确定相关性关系树，以此对自动弯沉车弯沉测值进行修正；

（2）本文通过笔者所做项目为例，选取1km长沥青路面作为测试路段，在此测试路段上进行了动弯沉车与贝克曼梁弯沉测值相关性试验，并对自动弯沉车与贝克曼梁两种方法获得的测试数据进行处理，采用最小二乘法对两组试验数据进行线性回归分析，最后获得了自动弯沉车与贝克曼梁弯沉测值的相关性关系式，即：W贝=1.12﹒W自动+5.06（式中：W贝为贝克曼梁测定回弹弯沉；W自动为自动弯沉车测的弯沉值），相关系数R=0.9986，满足现行标准规范关于相关系数的要求。

（3）因自动弯沉车弯沉测值受测试环境、测试速度以及路面横坡等因素的影响，因此为了保证检测数据有较高的准确度，应根据具体项目的检测环境、地表温度以及选择的测试速度来做自动弯沉车与贝克曼梁弯沉测值的相关性试验，测试条件发生变化，相关性关系式都将随之改变。

参考文献：

[1] JGT 3450-2019,公路路基路面现场测试规程[S].

[2] 柳淑波.对弯沉检测中三种方法的相关性分析[J].交通科技,2009(11).

[3] 罗祥,刘建伟.激光自动弯沉车影响测值因素研究[J].湖南交通科技,2014(6).