T 0957—2019激光式高速路面弯沉测定仪测试路面弯沉方法

1适用范围

本方法适用于应用多普勒测速原理的激光式高速路面弯沉测定仪测试路面弯沉，以评价路基路面承载能力。

2仪具与材料技术要求

激光式高速路面弯沉测定仪由承载车、检测控制系统、多普勒激光传感器、距离测量系统、温度控制系统等基本部分组成，如图T 0957-1所示，其基本技术参数的要求如下：

(1)测试速度范围：30～90km/h。

(2)激光传感器分辨率：0.01mm/s。

(3)测试激光器数量：不少于4个。

(4)距离标定误差：≤0.1%。

(5)承载车应不少于两轴，中后轴双侧四轮的载重车，其技术参数(后轴标准轴载、单侧双轮荷载、轮胎气压）应符合表T 0951-1的要求。

图T 0957-1激光式高速路面弯沉测定仪结构示意图

1－承载车；2－检测控制系统；3-多普勒激光传感器；4-距离测量系统；5－温度控制系统

3方法与步骤

3.1准备工作

(1)检查承载车后轴标准轴载、单侧双轮荷载、轮胎气压等参数，应符合本方法第2部分的要求。

(2)检查承载车和传感器的性能。

(3)开启并检查设备的全部系统，计算机、软件采集与计算、警示灯均应正常。

(4)开动激光式高速路面弯沉测定仪，进行试测，确保系统正常运行。

(5)当在沥青路面上测试时，通过气象台了解前5d的日平均气温(日最高气温与最低气温的平均值）。

(6)记录沥青路面结构层类型、设计厚度等情况。

3.2测试步骤

(1)通电预热，保证设备舱内达到要求的温度，并开启警示灯及导向灯等警告标志。

(2)放下距离测试轮，按照测试路段的现场技术要求设置所需的测试状态。

(3)加速承载车到正常车速，沿正常行车轨迹驶入测试路段，保持正常行驶。

(4)在承载车到达测试路段起点前开始测量，确保至少有200m的有效路段，并在承载车到达测试路段起点时进行标记。在测试路段中如遇桥面、路面条件差或偏离当前测试路段等特殊位置，应做相应的标记来记录桩号等信息。

(5)当承载车到达测试路段终点时，应做终点标记，在车辆驶离终点至少200m后停止数据采集，并将系统各部分恢复至准备状态。

(6)检查测试数据，文件应完整，数据结果应正常，否则需要重新测试。

(7)关闭测试系统电源，结束测试。

4数据处理

4.1通过专用的数据处理软件和计算模型对采集到的数据进行处理。

4.2按本规程T 0951及T 0952的方法进行温度、坡度修正，根据实际需要，得到测试路段的路面弯沉值。

4.3按本规程附录B的方法，计算一个测试路段的弯沉平均值、标准差及代表值。

5激光式高速路面弯沉测定仪与落锤式弯沉仪测值相关性试验

5.1试验条件

(1)按弯沉值不同水平范围选择不少于4段路面结构相似的测试路段，长度不少于500m,标记好起终点位置。

(2)测试路段应平直，无严重破损、无积水、无污染、无交叉口。

(3)测试路段的路面应清洁干燥，附近不应有重型交通和震动。

(4)试验宜选择晴天无风的天气条件，测试温度宜在10～35℃范围内，且应选择温度变化不大的时段进行。

5.2试验步骤

(1)落锤式弯沉仪按照本规程T 0953的方法以正常车速对测试路段进行弯沉测试，每隔约10m标记测点位置。

(2)落锤式弯沉仪测试完毕后，等待10min,然后用激光式高速路面弯沉测定仪测试各点弯沉值。

5.3数据处理

按照落锤式弯沉仪测点对应的桩号，从激光式高速路面弯沉测定仪记录数据中提取各测点的弯沉值，并与落锤式弯沉仪测值一一对应，按照本规程附录C的规定得到落锤式弯沉仪测值和激光式高速路面弯沉测定仪测值之间的相关性关系式，相关系数R应不小于0.90。

6报告

本方法应报告以下技术内容：

(1)测试路段信息(桩号、路面结构层材料类型及设计厚度等）。

(2)沥青面层平均温度、温度修正系数、横坡修正系数、弯沉。

(3)若进行相关性试验，还应报告相关性关系式及相关系数。

条文说明

激光式高速路面弯沉测定仪是目前世界上最先进的弯沉测试装置，它在高速行驶过程中利用激光多普勒(Laser-Doppler）技术测试地面在荷载作用下的垂直下沉速度，再通过分析程序计算出最大弯沉及弯沉盆数据，该类设备最早由丹麦GreenWood公司研发。目前，我国科研机构已经研制了具有自主知识产权的激光式高速路面弯沉测定仪，并在国内推广使用。

激光式高速路面弯沉测定仪的测试原理是测试系统在高速行驶过程中通过激光多普勒效应来测试地面在荷载作用下的垂直下沉速度，通过一套惯性系统实时记录多普勒激光传感器的振动情况和运行姿态修正计算路面实际弯沉变化的速度，其测试原理如图T 0957-2所示。

图T 0957-2激光式高速路面弯沉测定仪工作原理

激光多普勒效应的原理是当一束频率为fa的光波发射到测试表面，会在荷载作用下的测试表面发生垂直移动，该光波被发生垂直移动的测试表面反射出去的频率为fa₂,通过激光多普勒传感器测出频率变化后，计算测试表面垂直移动速度，见式(T 0957）,多普勒效应原理示意图如图T 0957-3所示。

VD=(fd1-fd2)•λ/2    (T 0957)

式中：

vp——测试表面垂直移动速度；

fd1——光波发射频率；

fd₂——光波反射频率；

λ——发射光波波长。

当测试表面达到最大弯沉时，表面速度应为零，通过对沿弯沉盆分布各点的速度变化的分析与计算，能够得到最大弯沉值。激光式高速路面弯沉测定仪因采用非接触测试方式工作，故能够以高达120km/h的速度精确测试路面弯沉。

当前我国路面弯沉测试的自动化设备主要有激光自动弯沉仪和落锤式自动弯沉仪两种，这两种设备虽然采用不同的原理对路面进行弯沉测试，但是测量速度一般都控制在3.5km/h的范围内，测试效率很低，由于行驶速度慢，此类设备在高速上测试时危险性较高，而激光式高速路面弯沉测定仪的测试速度可在30～90km/h的范围内，以正常行车速度在高速公路上进行测试，测试效率大大提高，此外，还具有不影响交通、安全性好等优点。