道路無損檢測及其綜合評價技術現狀與發展

陳冰 陳湛榮

【摘要】隨著科學技術的不斷發展，道路檢測技術和裝備的進步日新月異。道路無損檢測因其快速，無損，精確等特點越來越受到行業內的青睞。論文針對當前道路無損檢測技術現狀及未來發展趨勢展開論述。介紹了當前主要的無損檢測技術，路地質雷達，光纖傳感，自動圖像識別以及落錘式彎沉儀的應用，同時對激光檢測技術，斷面儀的發展及應用進行了介紹。

【關鍵詞】道路工程；無損檢測；評價技術；現狀與發展

【Abstract】With the continuous development of science and technology， advances in road detection technology and equipment with each passing day. NDT road because of rapid， non-destructive， accurate and so more and more popular within the industry. Aiming at the current status of non-destructive testing technology and future trends start on the road. It describes the current application of the main non-destructive testing technology， road radar， optical fiber sensing， automatic image recognition and falling weight deflectometer， while the laser detection technology， development and application profiler were introduced.

【Key words】Road works；Non-destructive testing；Evaluation techniques；Situation and Development

1. 概述

（1）路基路面從運營開始便會產生各種疲勞及損害，使用后期便表現出路基路面脫空、沉陷、唧泥、裂縫、坑槽等典型損害，但到目前為止，在對道路無損檢測技術的檢測與監控效果方面，研究者觀點不盡相同，至于采用何種無損檢測技術最有效，國內學者還尚未達成共識。

（2）現階段，我國針對路基路面病害尚無理想、穩定的監測方法，通常病害形成后才能得到維修養護。我國道路無損檢測技術種類眾多，每種無損檢測技術都有自己擅長的病害檢測類型，而且至今還沒有準確檢測深層路基路面隱形病害的無損檢測技術；如果單獨開發新型無損檢測技術，既費時又費力，關鍵也不是我們擅長的領域。因此，我們可對目前道路無損檢測技術進行綜合評價，有必要時做適當改進，找出快速有效的無損檢測手段，及早檢測出道路結構層中存在的隱形病害，并對其采取針對性的養護措施，具有十分重要的意義。

（3）我國對道路無損檢測技術和設備進行了一系列的探索研究，取得了一定的研究成果，包括：路用地質雷達技術、光纖傳感監測技術、沖擊反射波技術、超聲波技術、落錘式彎沉儀、斷面儀、激光檢測技術、瞬態瑞雷面波分析技術等，檢測方法眾多，工作原理和檢測條件各不相同。

2. 主要無損檢測技術介紹

2.1地質雷達技術（GPR技術）。

（1）地質雷達技術以電磁場理論、電磁波傳播理論、地球物理學和現代信號處理技術為基礎，在我國應用時間并不長。地質雷達技術作為一種連續且快速的道路無損檢測技術，現階段主要用于路面結構層厚度，但也開始用于路面脫空、斷板等病害檢測，但由于測量精度和穩定性稍顯不足，探地雷達技術很少用于路面裂縫檢測。

（2）地質雷達技術通過發射天線往地下發射高頻率、寬脈沖電磁波束，電磁波在路面結構層內傳播時以指數形式衰退，且頻率越高衰減越快。假設路面結構是一個層狀且各向同性的均勻介質，當電磁波遇到各結構層的界面或異常后會發生反射，傳播路徑也相應發生變化，通過反射波變化特征、地面反射波與地下反射波時間差等參數，進而得出路基路面病害的埋置深度和病害類型。

（3）20世紀70年代，美國開始將地質雷達技術用于道路檢測，并相應的展開了一系列研究；1985年，美國聯邦公路局對地質雷達進行了車載試驗，隨后高頻率和空氣耦合性高的地質雷達開始用于檢測路面結構層厚度、路基路面脫空、路面病害位置等，并獲得成功，極大的提高了路面檢測效率。近年來，美國將地質雷達進行了改進，可用于診斷路面病害類型，效果較好。

（4）20世紀90年代初期，丹麥、瑞典等國開始將地質雷達技術用于道路檢測工作；隨后，芬蘭開始引進地質雷達技術，主要用于高速公路的質量評定和檢測，可用于探測地下空洞、脫空和路面裂縫。

（5）我國在20世紀70年代開始研究地質雷達探測技術，但20世紀90年代中后期才將其用于路面病害檢測，目前該技術在我國應用較為普遍，可成功對路面結構層位、路面病害位置進行檢測，但對深層路基病害、路面病害類型的檢測有待于進步研究，主要表現在探測深度有限、精度不足。

（6）大連理工大學的蔡迎春和鄭州大學的王復明等建立了地質雷達電磁波在路面結構中傳播的二維時域有限差分（2D-FDTD）方程，探索研究了探地雷達用于半剛性基層路面裂縫檢測的可行性，結果表明：當半剛性基層出現裂縫后，雷達反射波會在路面結構層間出現一個負反射波，且波幅隨著裂縫寬度的增加而增大；高頻、低噪音的探地雷達技術可用于檢測半剛性基層產生的各種裂縫；當基層裂縫寬度大于1cm時檢測效果更好。

（7）黃淮學院的李修忠通過理論分析和物理數值模擬，對多層均勻介質中垂直裂縫模型的雷達波場特性進行了研究，結果表明：基于垂直裂縫模型的探地雷達技術可對高速公路路面以下1m深度范圍內的隱形裂縫進行準確測定，能快速對高速公路的工作情況進行監測與監控，可對工后維修養護工作提供重要參考。

2.2光纖傳感技術。 光纖傳感檢測技術的工作原理是通過充分利用某些物理量的敏感特性并將外界物理量轉換成光信號，最終達到測量的目的。國內的光纖傳感檢測技術經過了三十多年來在多個領域的應用，舉得了突破性的發展。光纖傳感檢測技術可以有效地檢測道路和橋梁使用現狀和破損狀況，包括路基路面脫空、路表坑槽、應變特性、預應力混凝土內部應力等。相對傳統的傳感器而言，光纖應變傳感器靈活輕便、樣式齊全，最關鍵的是它受外界環境和被測對象影響較小，而且能夠承受高壓、腐蝕、易燃易爆等特殊境況，實用性非常強。然而，光纖應變傳感器的市場價格要比一般的傳感器高出很多，這給光纖應變傳感器在道路和橋梁檢測工作中的推廣帶來了很大的阻力。

2.3數字化圖像識別技術。數字化圖像識別技術可將路面病害以圖像的方式展現出來，形象直觀，使人們更方便的觀察到路面的使用現狀。該技術要依次對數據進行搜集、編碼、圖像數字化處理，通常包括圖像收集子系統和圖像解釋子系統。圖像數字化處理能實現對圖像的分割與組合，能對圖像進行形象化的描述。現階段典型的路面數字化圖像檢測系統有ARRB交通研究所和美國PAVEDEX公司開發的路面信息檢測車。

2.4落錘式彎沉儀。落錘式彎沉儀是國際上較為通用的路面無損檢測技術，應用較為廣泛，通過產生荷載脈沖來模擬行駛車輛車輪荷載的影響，用于測定在動態作用下產生的動態彎沉和彎沉盆，可與其他路面檢測設備一同評價路面的使用性能。鄭州大學的王復明教授將落錘式彎沉儀（FWD）用于高聚物注漿修復技術中，FWD具有試驗檢測速度快、數據處理速度快、精度高、重復性好等特點，能較好的模擬實際行車荷載對路面的作用。

2.5激光檢測技術。激光檢測技術是一種新型的無損檢測技術，不僅具有高亮度和高分辨率，還具有較好的方向性、相干性和衍射性。激光檢測技術在路面檢測中采用的原理主要是激光的光反射原理、光衍射原理和光時差原理，激光的光強越強則光電流越強，當光強發生變化時光電流也相應的發生變化，根據所標定的光電流與位移的關系，通過光電流的變化反算彎沉和位移的變化量，當作為路面檢測技術是正是利用了這一原理，因此，激光檢測技術可用于測量裂縫深度、彎沉、車轍和平整度等參數。

2.6斷面儀。平整度是路面使用性能的最重要的指標之一，直接影響到行車舒適性。平整度的測試設備有兩大類：反應類和斷面類。反應類的代表設備為顛簸累積儀，它測量后軸同車身之間懸掛系統的位移，當位移累積一定量后，就送出一脈沖信號給電子計數器。但此類設備有一顯著缺點：必須經常標定以確保測量結果的準確性。斷面類設備直接沿行駛車輛的輪跡測量路表高程，得到路表斷面，通過數學分析后采用綜合統計表征其平整度。以前主要用的是水準測試和梁式斷面儀，雖測試簡單、直觀，但測試速度較慢。近年來，人們逐漸采用激光斷面儀來評價路面的平整度。

3. 發展趨勢探討

與國外發達國家相比，我國道路無損檢測技術發展相對落后，目前尚不能單獨用于高精度的隱形病害檢測。比如地質雷達技術可用于準確檢測水泥混凝土板的脫空、橋面鋪裝層剝離、路面厚度、路面坑洞等，但目前為止尚不能準確給出脫空邊界、路面隱形裂縫等；比如落錘式彎沉儀，可用于評定路基路面彎沉、橋面鋪裝剝離判定，但往往需要采用不同的檢測方法來相互印證；再比如激光檢測技術，大大提高了檢測數據的精度，但是由于路面狀況復雜多變，必須對所測結果的可重復性、可再現性進行深人研究，歐洲和美國均進行過較大規模的可重復性和可再現性研究，并在其所使用的設備類型和品牌之間建立了相關關系，目前在我國使用的激光斷面儀有多種品牌，但還沒有進行過再現性研究。

4. 綜上所述

4.1雖然我國道路無損檢測技術眾多，但還未形成標準化路面檢測設備，同樣也未制定供道路工作者參考的與道路無損檢測相關的技術標準或規范。因此，有必要對我國現階段的道路無損檢測技術進行綜合評價，找出快速有效的路基路面檢測方法，及早發現路面隱形病害，及早進行針對性維修養護。

4.2因此，可以預見，道路無損檢測技術未來發展方向為：

（1）標準化、規范化的路面檢測設備；

（2）快速有效的路基路面隱形病害檢測設備及方法。