[发明专利]路面弯沉全场激光检测方法与检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及表面微变形显示与精确测量领域，具体而言涉及一种路面弯沉全场激光检测方法与检测系统，适于各种公路路面路基弯沉值的全场大跨度非接触智能检测。

背景技术

一、路面弯沉检测技术性能要求

路面弯沉是表征路面承载能力的参数，是由路面的结构与材质决定，是任何路面（包括高速公路、普通公路、道路、机场等路面（都必须测定的基本参数，它定义为：在规定的标准载荷车轮作用下，在轮间隙的路基或路面表面产生的总垂直变形值为总弯沉（无载与标准载下变形差）；或垂直回弹变形值称回弹弯沉（标准满载与完全去载后变形差），以0.01mm为单位。不同结构的路面弯沉值分布在5—200范围：高速，5—15；一级：20—40；二级：50—80；三级：100；市政则可达200，大量的高速公路在亚毫米范围，因此对检测技术提出很高的要求。

路面承载变形不仅是一个点而是形成以加载点为中心的弯沉盆。路面弯沉测量是测量路面在规定标准载荷下的路面垂直位移量。但路面的变形量一般很小，为丝级甚至微米级，因此要求测量技术有很高的灵敏度，而且由于测量对象是材料和结构复杂的真实公路路面环境，要求测量原理方法具有直接、直观且结果不依赖于测量环境和对象，以保证良好的稳定性与确定性，再考虑到路面是一大的材料板块，是整体应变，有较大的变形范围，要求测量基点必须在弯沉盆外，保证测量结果不受自身变形的影响。

二、现有的路面弯沉检测系统现状与存在问题

1）贝克曼梁测量路基路面回弹弯沉的试验方法

贝克曼梁用于测量总弯沉或回弹弯沉，但总弯必须用后退法测定，对半刚性基层的弯沉影响半径大至3—5米，汽车必须距离测定点很远，对司机技术要求很高，精确测定十分困难，故广泛应用的是回弹弯沉方法。至今仍大量用于公路的竣工验收和静态检测中，（贝克曼梁基于机械杠杆传递路面微变形，用精度达0.01mm的千分表检测计量，杠杆的臂长比2.4；1.2的3.6m梁和3.6；1.8的5.4m梁，测量在100KN的轴载下轮间隙的量和变形曲线。）沥青路面以表面温度20度时为准，在其他温度测量时，对沥青厚度大于20厘米的路面，应进行温度修正。）实验表明沥青路面平均总弯沉值在0.2---0.5mm,而弯沉影响半径可达3—5米，弯沉半径取1.5---2m,。按贝克曼梁最短臂长为2.4m计，取2—2.5米可满足要求。影响半径随路面强度提高而加大。

然而贝克曼梁方法仍然存诸多问题：a）测量基准问题：测量基准实际上是杠杆梁的支点，保证在测量过程中不受加载和路面变形影响，支点必须距测点足够远，大于路面产生的弯沉半径。（弯沉仪长度有两种，3.6m和5.4m，前后臂比设计为2比1），测量被基点离中心最大为3.6米，对半刚性路面弯沉半径达4米以上，）现有臂长的测梁仍是不能满足的要求而不得不用串连接力测量；b）测量不是非接触的，贝克曼梁测定路面弯沉要求测头和待测路表面必须密切接触，才能正确传感路表面的变形，而实际路面是复杂的，可能有异物影响垂直表面要求，或柔性物会影响正确传感。同一位置的测点安置不同会影响测量结果，严重影响测量重复性。c）贝克曼梁方法是点测量而不是全场瞬时测量。路面弯沉严格说不是路面点的性质，而是三维多层路面在轮压下产生的整体变形，应该用弯沉盆来表达，包括最大弯沉值，面积和形状系数等。

2）激光微弯沉测量方法

为解决对弯沉盆大的半刚性路面存在作为支点的基准仍在弯沉变形影响之内问题，对刚性或冬季变形在微米级的路面仍感灵敏读不足，而激光光线代替测臂可实现充分长距离的测量，用激光衍射原理或高分辨CCD定位原理等激光技术，其测量精度可达微米量级，但这种方法仍是在贝克曼梁基础上的改进，加长了测量臂长度，但敏感路面变形仍采用和贝克曼梁一样的机械接触头传感路面位移，仍是一种低速人工测量，逐点测量而非全场三维的技术。

3）自动弯沉仪方法，随着高速公路的迅速发展，人工静态的弯沉测量方法与设备已远不能满足要求，发展了基于车载短臂移动贝克曼梁原理的自动弯沉仪，用循环自动抓取和安置贝克曼梁到轮间隙位置，进行弯沉值测量，实现了车载智能自动测量，但测量速度仍仅4公里/小时，测量梁臂长仍较短，一般在两米内，远于高速路弯沉半径，显然不能作为标准测量。

4）FWD方法是当前用得最广的设备方法，基于落锤对路面脉冲冲击加载，用多个速度传感器梁贴路面接触测量路面变形速度和时间，再计算弯沉曲线，显然也存在测量基点不明确，梁跨度小于弯沉半径问题，而且测量速度仍仅4公里/小时，冲击载荷不确定，显然也不能作为标准弯沉测量。