談高速公路路基路面無損檢測技術(shù)

侯志鋒 王 冕 麻 斌

(1.山西省運(yùn)城高速公路有限責(zé)任公司，山西運(yùn)城 044000;2.中咨公路養(yǎng)護(hù)檢測技術(shù)有限公司，北京 100000;3.山西省忻州高速公路有限責(zé)任公司，山西忻州 034000)

0 引言

由于高速公路對我國國防系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)及社會(huì)生活都具有重要的意義。由于我國高速公路系統(tǒng)內(nèi)行駛車輛的車速較快，在地勢較平坦的區(qū)域一般設(shè)計(jì)行車車速都是120 km/h，但隨著汽車技術(shù)的不斷進(jìn)步，汽車行車安全舒適性越來越高，高速行駛的危險(xiǎn)性越來越小，所以很多車輛在高速公路上行駛的車速都在120 km/h以上，而高速公路上行車車速越高，行車對高速公路路基路面的質(zhì)量要求也就越高。平整度、彎沉、橫向力系數(shù)等技術(shù)指標(biāo)都對高速公路質(zhì)量水平有著重要影響，決定著高速公路的服務(wù)水平。而高速公路建設(shè)過程中及使用期間的路基路面各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)準(zhǔn)確檢測，能夠很好地反映出高速公路的建設(shè)水平及實(shí)際的工作狀態(tài)，對于高速公路路基路面的維護(hù)、提高高速公路服務(wù)質(zhì)量起著重要的作用，該檢測技術(shù)的不斷進(jìn)步會(huì)給我國高速公路建設(shè)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。伴隨著近年來計(jì)算機(jī)工程應(yīng)用的普及，高速公路檢測系統(tǒng)也迎來了新的變化，便利、高精度的檢測技術(shù)不斷發(fā)展。而無損檢測技術(shù)就是其中一種發(fā)展前景很好的實(shí)用技術(shù)，下面將做詳細(xì)介紹。

1 傳統(tǒng)檢測技術(shù)的局限性

在傳統(tǒng)的高速公路施工檢測中，路基路面的質(zhì)量檢測是通過隨機(jī)選點(diǎn)來進(jìn)行的，通常采取鉆孔取樣及室內(nèi)分析的方式來進(jìn)行檢測，以獲得所要檢測的技術(shù)參數(shù)。但不可否認(rèn)該檢測技術(shù)存在一定的局限性，如檢測結(jié)果不具備普遍性，所隨機(jī)選擇的檢測點(diǎn)的代表性不強(qiáng);由于此檢測技術(shù)的固有特點(diǎn)決定了在選點(diǎn)過程中，其點(diǎn)位的布置不夠密集，所以很容易將一些存在質(zhì)量問題的路段遺漏，為路基路面的質(zhì)量控制埋下隱患;并且當(dāng)高速公路建成投入實(shí)際使用后，其日常維護(hù)管理工作主要針對一些表面出現(xiàn)的問題進(jìn)行的，而對高速公路中存在的隱蔽問題則無法檢測，如潛在的脫空、積水及空洞等質(zhì)量問題，也就無法及時(shí)有效地修復(fù)，而高速公路路基路面無損檢測技術(shù)能夠?yàn)楦咚俟焚|(zhì)量控制及高速公路的日常維護(hù)提供精確、詳細(xì)、可靠的技術(shù)性數(shù)據(jù)。

2 主要的路基路面無損檢測技術(shù)

2.1 頻譜分析技術(shù)

頻譜分析檢測技術(shù)是通過對不同傳播介質(zhì)中傳播表面波的傳播頻率進(jìn)行分析來完成檢測的一種技術(shù)。其檢測原理分析如下:即在高速公路的路面上，進(jìn)行短暫快速的一次沖擊，以該沖擊源為中心將會(huì)產(chǎn)生一系列的頻率波，并順著地表向下傳播一定的距離，并向四周傳播的瑞雷波面，改變沖擊的力度及方式會(huì)改變?nèi)鹄酌娌ǖ念l率及信號類型，這樣便可在多處布置傳感器，并檢測不同波的頻率。根據(jù)所接收波的頻率變化，通過頻率的分析技術(shù)，對不同深度的分層介質(zhì)的力學(xué)性能進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的檢測。

2.2 圖像技術(shù)

圖像技術(shù)主要是指紅外成像及激光全息圖像技術(shù)。紅外成像技術(shù)是指通過對不同材料導(dǎo)熱性能不同原理的應(yīng)用來工作的，借助精度較高的熱敏傳感器對結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度分布及熱傳導(dǎo)進(jìn)行檢測分析，并將檢測結(jié)果以圖像的方式顯示出來，以達(dá)到了解其內(nèi)部情況的目的。而激光全息圖像技術(shù)是指以全息方式獲得的全息圖為主要的研究對象，依靠研究全息圖所得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)而獲得相關(guān)力學(xué)數(shù)據(jù)，該方法可為管理人員提供整個(gè)場地的狀況，并且檢測結(jié)果可靠性、直觀性較好。

2.3 超聲波檢測技術(shù)

超聲波檢測技術(shù)根據(jù)在介質(zhì)中布置的不同位置的傳感器所測量的超聲波在介質(zhì)中所傳播的波的各項(xiàng)參數(shù)，來判斷其路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的破損狀況的一種檢測方法。通過對超聲波傳播時(shí)間的測定來判斷其傳播速度，進(jìn)而根據(jù)速度及介質(zhì)之間的關(guān)系來判定介質(zhì)材料的力學(xué)性能，如彈性模量、抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度，還可對介質(zhì)材料或結(jié)構(gòu)的內(nèi)部缺陷進(jìn)行判定。使用簡便、造價(jià)合理等優(yōu)點(diǎn)使得該檢測技術(shù)應(yīng)用前景一片光明，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐之中。

2.4 激光檢測技術(shù)

激光檢測技術(shù)是通過激光光強(qiáng)越強(qiáng)，那么光電流便越強(qiáng)的原理來進(jìn)行檢測的。在檢測過程中，光能被光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成電能，這樣光電流便會(huì)隨著激光所發(fā)出光的光強(qiáng)變化而變化。由于在檢測之前便已確定了電流與位移之間的關(guān)系，所以光電流發(fā)生變化便可反映出彎沉位移所產(chǎn)生的變化量。由于激光自身擁有著分辨率、方向性、相干性及衍射性好的優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛用于距離測定、彎沉測定、車轍深度及平整度的測定等方面。

2.5 地質(zhì)雷達(dá)對路基進(jìn)行測損技術(shù)

地質(zhì)雷達(dá)對路基進(jìn)行測損主要依靠雷達(dá)波的折射—反射原理來進(jìn)行的。

如圖1所示為路基缺損檢測圖，該圖中所顯示的路面結(jié)構(gòu)自下而上分別為路基、基層以及面層，若路基某部位存在空洞等異常體，雷達(dá)波會(huì)出現(xiàn)異常的傳播情況。雷達(dá)設(shè)備可以通過分析所得數(shù)據(jù)得到地質(zhì)雷達(dá)圖像的剖面，從而根據(jù)剖面所呈現(xiàn)的狀況來判斷高速公路路基的缺損狀況。當(dāng)被測體中有異常時(shí)，被測體與異常區(qū)的界面兩側(cè)電性差異較大，會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的反射波。同時(shí)，這一界面也是物性的特變點(diǎn)，常常產(chǎn)生繞射波，而繞射波在時(shí)間剖面上表現(xiàn)為雙曲線，進(jìn)而其雷達(dá)圖像會(huì)呈現(xiàn)出紊亂的現(xiàn)象，并且同相軸出現(xiàn)不連續(xù)的狀況。這時(shí)便可以對出現(xiàn)異常的區(qū)域位置及深度作出判定，對路基的危害類型、位置及程度進(jìn)行最終評定。

圖1 路基缺損檢測圖

某省于2010年開始通車的高速公路混凝土路面長度為118 km，為雙向四車道。在該高速公路路段的橋頭及路基填方路段出現(xiàn)了一定量的沉降及路基變形，進(jìn)而引發(fā)路面出現(xiàn)了整體下陷裂縫及平整度下降等質(zhì)量問題。為解決出現(xiàn)的質(zhì)量問題，該高速公路路段管理人員決定選擇路基灌漿的方式來對該路段破損處進(jìn)行修補(bǔ)。為達(dá)到增加修補(bǔ)工作的目標(biāo)性及準(zhǔn)確性、減少盲目無用施工及有效控制施工造價(jià)等目的，該路段修補(bǔ)工程施工單位首先進(jìn)行了路基雷達(dá)檢測，以準(zhǔn)確確定需要修復(fù)的區(qū)域。在該工程中選擇了GSSI系列的SIR-3000地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測，該設(shè)備具有檢測精度高、檢測穩(wěn)定性好及數(shù)據(jù)分析快捷等優(yōu)點(diǎn)，可有效實(shí)施路基缺損檢測。

3 主要的檢測設(shè)備

3.1 彎沉檢測設(shè)備

落錘式彎沉檢測儀(FWD)是工程中使用較多的一種檢測儀器。該設(shè)備主要利用液壓系統(tǒng)的提升機(jī)釋放荷載塊對路面進(jìn)行沖擊。重錘的重量級起落高度將直接影響著所產(chǎn)生荷載的大小，傳感器會(huì)對動(dòng)態(tài)彎沉盆進(jìn)行測定。實(shí)踐證明，彎沉檢測儀能夠較合理地反映行車荷載，還具有測速快、測試精度高等優(yōu)點(diǎn)，是較為可靠的彎沉檢測設(shè)備之一。

3.2 斷面測試設(shè)備

斷面測試設(shè)備可用于平整度及車轍的測定。在工程實(shí)踐中較為普遍的是路面橫斷面儀及橫斷面尺。較為先進(jìn)的平整度及車轍的測量設(shè)備是連續(xù)式激光斷面儀，其測量范圍還包括橫坡、縱坡及轉(zhuǎn)彎曲率。其工作原理是利用輪跡位置處的激光傳感器以確定其與路面的距離，伴隨著車輛前進(jìn)便可得到路面的縱向平整度;利用橫向布置的多個(gè)激光傳感器來確定路面的高度，以確定橫斷面，進(jìn)而確定車轍深度。

3.3 抗滑性能測試設(shè)備

擺式摩擦系數(shù)儀雖然在我國應(yīng)用較為普遍，但其工作的特點(diǎn)對交通的影響太大，并且存在諸多不安全因素，不能與當(dāng)今高速運(yùn)轉(zhuǎn)的社會(huì)特點(diǎn)相適應(yīng)，已不能滿足高速公路對抗滑性能測試的要求。而自動(dòng)化的抗滑性能測試設(shè)備(橫向力系數(shù)測試儀、剎車式摩擦系數(shù)測試儀及不完全剎車式摩擦系數(shù)測試儀)能夠很好的適應(yīng)我國高速公路的發(fā)展要求，其應(yīng)用會(huì)越來越普遍。

4 無損檢測技術(shù)的應(yīng)用前景

在經(jīng)濟(jì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)代，高速公路路基路面的檢測、維修已不再僅僅局限于對質(zhì)量、工作性能的維修與改善，還應(yīng)具備準(zhǔn)確、高效的特點(diǎn)。高速公路路基路面無損檢測技術(shù)可以說是在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生的，能夠節(jié)約修復(fù)時(shí)間，節(jié)省工程造價(jià)，具有廣闊的發(fā)展前景。

5 結(jié)語

高速公路路基路面無損檢測技術(shù)能夠很好的確定路面以下破損區(qū)域，提高工作效率，降低施工造價(jià)，有效檢測出高速公路中的路基沉陷、路基不密實(shí)、路基空洞及路面不平整等質(zhì)量問題，是我國高速公路檢測的發(fā)展方向。

[1] 盛安連.路基路面檢測技術(shù)[M].北京:人民交通出版社，1996.

[2] 楊新安.路基檢測新技術(shù)[M].北京:中國鐵道出版社，2006.