據(jù)交通運(yùn)輸部發(fā)布的《2019年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》（5月12日發(fā)布，以下簡稱公報(bào)）指出，截至2019年年末，全國公路總里程501.25萬公里，高速公路里程14.96萬公里；高速公路車道里程66.94萬公里。國家高速公路里程10.86萬公里。全國四級及以上等級公路里程469.87萬公里，占公路總里程93.7%；二級及以上等級公路里程67.20萬公里，占公路總里程13.4%，基本形成了較為完善的路網(wǎng)體系。

公路建設(shè)規(guī)模的快速增長，大大方便了我們的出行。但是，伴隨著公路里程數(shù)不斷增加而來的是大量新項(xiàng)目的竣工驗(yàn)收及現(xiàn)有公路檢測、評估及養(yǎng)護(hù)工作的不斷增長。公路在使用過程中，由于行車荷載長期累積作用，將使路面逐漸產(chǎn)生車轍、裂縫、坑槽等缺陷。路面缺陷對車輛的行駛速度、行車舒適性、燃料消耗、交通安全、環(huán)境保護(hù)等會造成不利影響。因此，人們開始探尋路網(wǎng)級承載力檢測和評價(jià)的方法。

傳統(tǒng)的路面結(jié)構(gòu)承載力檢測方法主要有：

• 貝克曼梁彎沉儀
• 自動彎沉儀
• 落錘式彎沉儀

上述三種方法，是目前比較常用的路面承載力檢測方法，一般檢測速度在5km/h以下，需要在檢測時(shí)考慮封閉交通的可行性和極端天氣的影響，這就意味著采用傳統(tǒng)方法不可能在短期內(nèi)對大量公路網(wǎng)完成檢測評估。

不僅在我國，美國、歐洲同樣面臨著同樣的檢測難題。SHRP 2項(xiàng)目組在全美各州的公路管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行的調(diào)研，并在R06無損檢測項(xiàng)目報(bào)告中指出：美國絕大部分州仍然處在項(xiàng)目級的檢測水平，即通常是封閉交通對幾百米到幾公里的路段進(jìn)行檢測。這就導(dǎo)致在對路面狀況進(jìn)行評價(jià)，計(jì)算PQI路面狀況指數(shù)時(shí)，通常PSSI路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)因?yàn)槿狈?shí)測依據(jù)而無法輸入到PMS路面管理模型中。隨著公路測試及養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究的不斷深入，對于連續(xù)、快速、可靠測試技術(shù)的需求不斷加強(qiáng)。

自20世紀(jì)末，連續(xù)式彎沉測量技術(shù)開始發(fā)展。經(jīng)過20年的研究及項(xiàng)目實(shí)踐，交通速度彎沉儀TSD作為目前先進(jìn)的檢測設(shè)備，被越來越多的專業(yè)研究及檢測機(jī)構(gòu)所采用。我國根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)編寫了兩本相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：

• JTG 3450-2019 T0957 激光式高速路面彎沉儀測定路面彎沉試驗(yàn)方法
• JT/T 1170-2017 激光式高速彎沉測定儀

交通速度彎沉儀TSD是測試系統(tǒng)在高速行駛過程中，通過激光多普勒激光器來測試地面在荷載作用下的垂直下沉速度，通過一套慣性系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄多普勒激光傳感器的振動情況和運(yùn)行姿態(tài)，用于修正計(jì)算路面實(shí)際彎沉變化的速度。

由于傳統(tǒng)方法檢測能力的不足，目前無法實(shí)現(xiàn)通過對歷年來測試數(shù)據(jù)的比較，發(fā)現(xiàn)并判定結(jié)構(gòu)承載力發(fā)生顯著下降的區(qū)域。

而高速的交通速度彎沉儀檢測速度高達(dá)80km/h，能夠徹底解決傳統(tǒng)測試方法檢測能力不足的問題。為公路路況判定提供更有利的檢測依據(jù)。

2005年，丹麥公路研究所使用Greenwood交通速度彎沉儀TSD測量國家公路網(wǎng)（大約3000公里）。在同一路段，在2005年、2006年和2007年，采用 SCI300指數(shù)對比三次測量的結(jié)果（見下圖）。2005 年和 2006 年之間，丹麥公路養(yǎng)護(hù)部門修補(bǔ)了6公里至7.5公里處某路段。上圖中該路段格林伍德TSD的SCI300指數(shù)測量結(jié)果偏低，準(zhǔn)確驗(yàn)證了該段路面經(jīng)過了養(yǎng)護(hù)。

傳統(tǒng)的承載力測試方法都不是連續(xù)的，測點(diǎn)之間間隔很大，這樣無法反映路面結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)狀況，會產(chǎn)生非常多的信息缺失，可能恰好錯(cuò)過薄弱環(huán)節(jié)。根據(jù)SHRP 2的定義，連續(xù)彎沉儀應(yīng)該能以不超過300mm的間距連續(xù)采集彎沉值。

高速彎沉儀可以在70km/h的速度下，以20mm的縱向間隔采集彎沉數(shù)據(jù)，這種采用間隔可以保證不丟失路面結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵信息，采集到所有的重要數(shù)據(jù)。此外還可以結(jié)合平整度、車轍、裂縫數(shù)據(jù)，共同建立以里程值為橫坐標(biāo)的綜合數(shù)據(jù)曲線圖譜對路面的狀況進(jìn)行綜合、全面的分析。

交通速度彎沉儀TSD測量彎沉值與裂縫數(shù)據(jù)、車轍和平整度指標(biāo)綜合分析，利用TSD測量數(shù)據(jù)，能夠在路面破損、車轍或平整度等表面指征發(fā)生前，準(zhǔn)確識別薄弱路段。

眾所周知，目前使用Z多的傳統(tǒng)測試方法都不能真實(shí)的再現(xiàn)車輛的荷載條件。這里存在幾個(gè)問題：

DY，貝克曼梁和自動彎沉儀都是基于靜態(tài)加載的原理，與實(shí)際交通狀況完全不符；落錘式彎沉儀提供的是瞬時(shí)動態(tài)沖擊荷載，但路面結(jié)構(gòu)實(shí)際受到的荷載是滾動荷載，F(xiàn)WD的荷載條件與真實(shí)行車狀況也完全不符。

第二，目前進(jìn)行彎沉測量時(shí)，通常是測量荷載作用處的ZD彎沉，以及沿行車方向的幾個(gè)點(diǎn)的彎沉，其他位置的彎沉盆曲線通過對稱得到，但是因?yàn)閷?shí)際路面受到的是滾動荷載，彎沉盆實(shí)際上并不是前后對稱的，如圖所示。

通過實(shí)測可以發(fā)現(xiàn)路面結(jié)構(gòu)受到滾動荷載作用時(shí)，峰值荷載甚至不是發(fā)生在輪軸ZX，而是后方20-40mm之間。如下圖所示，F(xiàn)WD落錘彎沉儀得到的彎沉盆曲線中ZD荷載就是在荷載ZX（當(dāng)然，對于這種作用形式來說，這也是正確的，只是與真實(shí)情況不符），彎沉盆曲線是對稱得到的，因?yàn)槲覀儾]有測量另一側(cè)的彎沉值，無法通過繪圖得到完整的彎沉盆。

交通速度彎沉儀TSD是使用半掛卡車配重，在后輪軸處施加50kN的滾動荷載，與實(shí)際的車輛荷載作用形式一致，完全真實(shí)的再現(xiàn)了實(shí)際工況。

路面結(jié)構(gòu)承載力測試ZD的目的在于發(fā)現(xiàn)路面的薄弱環(huán)節(jié)，評估剩余使用壽命，并提前給出預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案，延長路面結(jié)構(gòu)的使用壽命。

在路面設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，我們通常是使用瀝青面層或基層的動態(tài)模量、無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類材料的單軸壓縮彈性模量，土基和粒料類材料的重復(fù)加載三軸回彈模量作為路面結(jié)構(gòu)模型的主要輸入?yún)?shù)。為此，我們在進(jìn)行路面性能評價(jià)時(shí)，也需要將路面實(shí)測的彎沉值反算成各層位模量，再結(jié)合探達(dá)測量的各層位厚度來計(jì)算路面結(jié)構(gòu)目前的性能水平，并確定是否需要養(yǎng)護(hù)以及具體養(yǎng)護(hù)方案。

利用路面現(xiàn)場檢測得到的彎沉值反算各結(jié)構(gòu)層模量多年來一直是業(yè)界關(guān)注的ZD。為了尋找合適的模量反算方法，50年來各界同行已經(jīng)付出了非常多的努力。但所有的算法基本上都是基于靜態(tài)加載，彈性連續(xù)層狀體系基礎(chǔ)，而這恰恰與實(shí)際路面的荷載作用形式不符，事實(shí)同樣證明：實(shí)驗(yàn)室測試模量與現(xiàn)場檢測反算模量并不一致，兩者之間的相關(guān)關(guān)系并沒有得到業(yè)界公認(rèn)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。（有非常多的學(xué)者展開研究，有些認(rèn)為兩者之間相關(guān)性較好，但這些研究都沒有成為一種行業(yè)內(nèi)、國際或國內(nèi)普遍認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)）。

目前國內(nèi)關(guān)于路面養(yǎng)護(hù)中路面承載力檢測、模量反算方面的研究還都是基于FWD落錘式彎沉測量儀，而基于交通速度彎沉儀TSD的模量反算和路面養(yǎng)護(hù)決策模型方面的研究，目前仍未大范圍開展。

丹麥公路研究所DRD目前正在探索基于路網(wǎng)級彎沉檢測數(shù)據(jù)，動態(tài)反算路面結(jié)構(gòu)層模量的新方法，他們在2017年秋季在同一路段上連續(xù)進(jìn)行9次試驗(yàn)，并反算了各層模量的結(jié)果。

傳統(tǒng)檢測方法ZD的檢測難題是需要封閉交通進(jìn)行檢測，這就導(dǎo)致了兩個(gè)問題：

1. 封閉交通需要協(xié)調(diào)交管部門，限時(shí)封閉限時(shí)檢測（多數(shù)是夜間），同時(shí)封閉交通會造成交通擁堵，因此使用FWD檢測并不便利；

2. 受限于傳統(tǒng)檢測手段都是慢速測試，非常容易因后方車輛來不及避讓而導(dǎo)致交通事故，F(xiàn)WD在檢測過程中后方的保護(hù)車輛發(fā)生事故導(dǎo)致的人員傷亡在范圍內(nèi)屢見不鮮。

而交通速度彎沉儀TSD是以正常通車速度進(jìn)行檢測，發(fā)生交通事故的幾率大幅度降低，匯入車流安全，近20年來未發(fā)生一起交通事故。

TSD的測量設(shè)備安裝在一臺鉸接式的半掛車上，對路面施加100kN的后軸輪載，每個(gè)測試輪的荷載是50kN（各國設(shè)計(jì)規(guī)范要求的當(dāng)量軸載），對于特殊的研究應(yīng)用，配重大小可以進(jìn)行調(diào)整。整套系統(tǒng)的組成如圖所示。這種三軸卡車的荷載作用形式會使路面產(chǎn)生如圖所示的彎沉盆，為了測試彎沉盆曲線。TSD交通速度彎沉儀創(chuàng)造性的使用了激光多普勒測速技術(shù)，通過信號發(fā)射返回的時(shí)間差（頻率變化）來計(jì)算彎沉變形的速度，再對彎沉變形速度進(jìn)行積分計(jì)算得到彎沉值。

激光式高速路面彎沉測定儀是一種由牽引車連接箱體式半掛車的組合形式，在牽引車的駕駛室內(nèi)可以安裝高清廣播級數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，實(shí)時(shí)拍攝道路景觀圖像。

箱式半掛車用于安裝彎沉測試裝置、電源系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制和采集系統(tǒng)、空調(diào)以及計(jì)算機(jī)工作站。

通過上述TSD報(bào)告的結(jié)論不難看出，基于激光多普勒測速原理的TSD高速路面彎沉儀已經(jīng)是一種成熟可靠的檢測技術(shù)，并受到了廣泛認(rèn)可，是代表先進(jìn)檢測技術(shù)水平的、高精度、快速、連續(xù)、安全的檢測設(shè)備。

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