談高速公路路基路面無損檢測技術

侯志鋒 王 冕 麻 斌

(1.山西省運城高速公路有限責任公司，山西運城 044000;2.中咨公路養護檢測技術有限公司，北京 100000;3.山西省忻州高速公路有限責任公司，山西忻州 034000)

0 引言

由于高速公路對我國國防系統、經濟建設及社會生活都具有重要的意義。由于我國高速公路系統內行駛車輛的車速較快，在地勢較平坦的區域一般設計行車車速都是120 km/h，但隨著汽車技術的不斷進步，汽車行車安全舒適性越來越高，高速行駛的危險性越來越小，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量要求也就越高。平整度、彎沉、橫向力系數等技術指標都對高速公路質量水平有著重要影響，決定著高速公路的服務水平。而高速公路建設過程中及使用期間的路基路面各項技術指標準確檢測，能夠很好地反映出高速公路的建設水平及實際的工作狀態，對于高速公路路基路面的維護、提高高速公路服務質量起著重要的作用，該檢測技術的不斷進步會給我國高速公路建設帶來顯著的經濟社會效益。伴隨著近年來計算機工程應用的普及，高速公路檢測系統也迎來了新的變化，便利、高精度的檢測技術不斷發展。而無損檢測技術就是其中一種發展前景很好的實用技術，下面將做詳細介紹。

1 傳統檢測技術的局限性

在傳統的高速公路施工檢測中，路基路面的質量檢測是通過隨機選點來進行的，通常采取鉆孔取樣及室內分析的方式來進行檢測，以獲得所要檢測的技術參數。但不可否認該檢測技術存在一定的局限性，如檢測結果不具備普遍性，所隨機選擇的檢測點的代表性不強;由于此檢測技術的固有特點決定了在選點過程中，其點位的布置不夠密集，所以很容易將一些存在質量問題的路段遺漏，為路基路面的質量控制埋下隱患;并且當高速公路建成投入實際使用后，其日常維護管理工作主要針對一些表面出現的問題進行的，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、積水及空洞等質量問題，也就無法及時有效地修復，而高速公路路基路面無損檢測技術能夠為高速公路質量控制及高速公路的日常維護提供精確、詳細、可靠的技術性數據。

2 主要的路基路面無損檢測技術

2.1 頻譜分析技術

頻譜分析檢測技術是通過對不同傳播介質中傳播表面波的傳播頻率進行分析來完成檢測的一種技術。其檢測原理分析如下:即在高速公路的路面上，進行短暫快速的一次沖擊，以該沖擊源為中心將會產生一系列的頻率波，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改變瑞雷面波的頻率及信號類型，這樣便可在多處布置傳感器，并檢測不同波的頻率。根據所接收波的頻率變化，通過頻率的分析技術，對不同深度的分層介質的力學性能進行分析，從而實現快速、準確的檢測。

2.2 圖像技術

圖像技術主要是指紅外成像及激光全息圖像技術。紅外成像技術是指通過對不同材料導熱性能不同原理的應用來工作的，借助精度較高的熱敏傳感器對結構內部的溫度分布及熱傳導進行檢測分析，并將檢測結果以圖像的方式顯示出來，以達到了解其內部情況的目的。而激光全息圖像技術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數據而獲得相關力學數據，該方法可為管理人員提供整個場地的狀況，并且檢測結果可靠性、直觀性較好。

2.3 超聲波檢測技術

超聲波檢測技術根據在介質中布置的不同位置的傳感器所測量的超聲波在介質中所傳播的波的各項參數，來判斷其路面結構內部的破損狀況的一種檢測方法。通過對超聲波傳播時間的測定來判斷其傳播速度，進而根據速度及介質之間的關系來判定介質材料的力學性能，如彈性模量、抗壓強度及抗折強度，還可對介質材料或結構的內部缺陷進行判定。使用簡便、造價合理等優點使得該檢測技術應用前景一片光明，現已被廣泛應用于工程實踐之中。

2.4 激光檢測技術

激光檢測技術是通過激光光強越強，那么光電流便越強的原理來進行檢測的。在檢測過程中，光能被光電轉換器轉化成電能，這樣光電流便會隨著激光所發出光的光強變化而變化。由于在檢測之前便已確定了電流與位移之間的關系，所以光電流發生變化便可反映出彎沉位移所產生的變化量。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點，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 地質雷達對路基進行測損技術

地質雷達對路基進行測損主要依靠雷達波的折射—反射原理來進行的。

如圖1所示為路基缺損檢測圖，該圖中所顯示的路面結構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，雷達波會出現異常的傳播情況。雷達設備可以通過分析所得數據得到地質雷達圖像的剖面，從而根據剖面所呈現的狀況來判斷高速公路路基的缺損狀況。當被測體中有異常時，被測體與異常區的界面兩側電性差異較大，會出現強烈的反射波。同時，這一界面也是物性的特變點，常常產生繞射波，而繞射波在時間剖面上表現為雙曲線，進而其雷達圖像會呈現出紊亂的現象，并且同相軸出現不連續的狀況。這時便可以對出現異常的區域位置及深度作出判定，對路基的危害類型、位置及程度進行最終評定。

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了一定量的沉降及路基變形，進而引發路面出現了整體下陷裂縫及平整度下降等質量問題。為解決出現的質量問題，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行修補。為達到增加修補工作的目標性及準確性、減少盲目無用施工及有效控制施工造價等目的，該路段修補工程施工單位首先進行了路基雷達檢測，以準確確定需要修復的區域。在該工程中選擇了GSSI系列的SIR-3000地質雷達進行探測，該設備具有檢測精度高、檢測穩定性好及數據分析快捷等優點，可有效實施路基缺損檢測。

3 主要的檢測設備

3.1 彎沉檢測設備

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

3.2 斷面測試設備

斷面測試設備可用于平整度及車轍的測定。在工程實踐中較為普遍的是路面橫斷面儀及橫斷面尺。較為先進的平整度及車轍的測量設備是連續式激光斷面儀，其測量范圍還包括橫坡、縱坡及轉彎曲率。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，伴隨著車輛前進便可得到路面的縱向平整度;利用橫向布置的多個激光傳感器來確定路面的高度，以確定橫斷面，進而確定車轍深度。

3.3 抗滑性能測試設備

擺式摩擦系數儀雖然在我國應用較為普遍，但其工作的特點對交通的影響太大，并且存在諸多不安全因素，不能與當今高速運轉的社會特點相適應，已不能滿足高速公路對抗滑性能測試的要求。而自動化的抗滑性能測試設備(橫向力系數測試儀、剎車式摩擦系數測試儀及不完全剎車式摩擦系數測試儀)能夠很好的適應我國高速公路的發展要求，其應用會越來越普遍。

4 無損檢測技術的應用前景

在經濟高速運轉的時代，高速公路路基路面的檢測、維修已不再僅僅局限于對質量、工作性能的維修與改善，還應具備準確、高效的特點。高速公路路基路面無損檢測技術可以說是在這種情況下應運而生的，能夠節約修復時間，節省工程造價，具有廣闊的發展前景。

5 結語

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

[1] 盛安連.路基路面檢測技術[M].北京:人民交通出版社，1996.

[2] 楊新安.路基檢測新技術[M].北京:中國鐵道出版社，2006.