公路病害檢測常用方法淺析

史媛　馮玉華　楊傳燕

摘 要：本文詳細分析了幾種常見的公路病害檢測方法及其適用范圍，為后續(xù)公路病害的進一步研究提供了可參考的價值。

關(guān)鍵詞：公路病害;形成機理;檢測技術(shù)

1 引言

自改革開放以來，我國公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)得到了迅猛發(fā)展，截止到2015年末，全國的公路總里程為457.73萬公里，公路密度高達47.68公里/百平方公里（如圖1所示）[1]，面對如此龐大的公路里程數(shù)，傳統(tǒng)的檢測手段（如錘擊、鉆孔等）檢測效率太低，無法對大片區(qū)域做出快速準確的評估。因此，已經(jīng)不能滿足公路安全運營的需求，比如高速公路，會直接影響高速公路的使用年限。

而實現(xiàn)公路路況的快速無損檢測、分析與決策對于提高公路養(yǎng)護的科學(xué)化水平至關(guān)重要。本文針對公路路面常見病害的各種無損檢測技術(shù)進行了分析和探討。

圖1 2011-2015年全國公路總里程及公路密度

2.公路病害常用檢測方法

在公路病害檢測領(lǐng)域常用的方法主要有：探地雷達檢測、瑞雷面波檢測和激光三角法檢測。本文將詳細介紹這三種傳統(tǒng)的檢測方法。

2.1 探地雷達檢測[4，5]

探地雷達是一種新型的無損且高效的探測儀器，已經(jīng)在公路、機場、隧道、建筑、地下管道以及勘探等工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

該方法相較于傳統(tǒng)的鉆孔取芯和室內(nèi)試驗方法，可以快速準確的檢測出公路病害范圍，并通過分析可以判定出病害的種類和成因，特別是對探測公路的深層病害及地質(zhì)狀況具有更強的優(yōu)勢。

該方法利用了高頻電磁波的反射和接收技術(shù)。在探測時，通過發(fā)射天線向地下定向發(fā)射脈沖電磁波，當脈沖電磁波在傳播過程中遇到有電性差異的界面（介電常數(shù)和電導(dǎo)率不同）就會形成反射或者散射，通過對反射回來的脈沖電磁波進行接收、校正、疊加、濾波、和偏移等處理，并依據(jù)介質(zhì)的不同介電常數(shù)和電導(dǎo)率就可以確定出電磁波在介質(zhì)中的傳播速度，根據(jù)電磁波傳播時間就可以確定出界面的位置，再通過對接收的反射波形態(tài)、振幅、變化特征進行分析，并結(jié)合地球物理解釋模型就可以判定界面性質(zhì)，從而實現(xiàn)對病害的檢測。該方法實現(xiàn)了對路基開裂、沉陷、脫落、不密實、起伏、高含水區(qū)、軟臥層以及滑動面的無損檢測，并在目前的工程應(yīng)用中得到了推廣。

2.2 瑞雷面波檢測[6-8]

瑞雷波檢測方法是近年來發(fā)展起來的檢測新方法。與探地雷達相似，瑞雷波檢測是一種利用沿介質(zhì)表層傳播的瑞雷面波對混凝土內(nèi)部質(zhì)量進行的無破損、探測深度可控、高速快捷的檢測新方法。利用該方法可以很好的實現(xiàn)路基壓實度的快速檢測，可實時給出定量檢測結(jié)果，并且檢測結(jié)果直觀，克服了探地雷達定性檢測的缺點。

常用的瑞雷波檢測方法主要有瞬態(tài)法和穩(wěn)態(tài)法兩種，二者的區(qū)別在于震源深度不同。瞬態(tài)法通過錘擊使地面產(chǎn)生所需頻率范圍的瞬態(tài)激勵，并通過安置在地面上的多個檢波器來拾取介質(zhì)振動，其采集到的信號基本為瑞雷波的垂直分量，通過對原始數(shù)據(jù)進頻率濾波消除各種干擾信號，并對信號進行分析和處理后就可以獲得該地下結(jié)構(gòu)的頻散曲線。

穩(wěn)態(tài)激振法的基本原理是通過振動器激發(fā)出頻率范圍為2-9900Hz的瑞雷波，其頻率精度與所選的頻率數(shù)量級有關(guān)，且最高精度可達0.001Hz，這種頻率高精確的穩(wěn)定振動是保證準確探測的前提，因此稱為穩(wěn)態(tài)振動法。由于利用了層狀介質(zhì)中瑞雷波的頻散特性，穩(wěn)態(tài)法中的頻率通過信號發(fā)生器來控制。根據(jù)運算器根據(jù)1號和2號檢波器之間的實際距離參數(shù)和通過互相關(guān)方法計算出的兩個檢波器的時差便可計算出速度，再通過公式就可以確定出相應(yīng)的探測深度。在利用穩(wěn)態(tài)法進行實際探測時，由于采用分頻測試，激振頻率可以降至較低頻率（2-3Hz）進而實現(xiàn)較大深度的探測。但在實際應(yīng)用中該儀器過于龐大，且施工進度較慢，工作效率很低，因此不適合于大范圍推廣。

2.3 激光三角法檢測[9]

目前，國內(nèi)高端儀器設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的測量方法為激光三角法。該方法通過激光器以一定角度發(fā)射出一束激光照射到被檢測物表面，經(jīng)被檢測表面反射的激光利用透鏡收集并照射到CCD相機上，通過移動被檢測的位置并對采集的數(shù)據(jù)信號進行處理就可以得到被測物的移動信息。雖然該方法測量精度受相機和激光器的相對關(guān)系影響較大，但其分辨率可達到微米量級，完全可以實現(xiàn)對公路路面的車轍、沉陷、坑槽以及麻面的檢測，且具有無損快速檢測的優(yōu)點，但無法檢測被測物內(nèi)部的病害。

3.結(jié)語

本文詳細分析比較了三種常用的公路病害檢測技術(shù)，為后續(xù)開展公路病害檢測的研究以及合理選擇路面病害檢測方法提供了一定的理論指導(dǎo)。

參考文獻

[1]黃睿.高速公路路基路面早期病害檢測及處治技術(shù)研究 [D].西安：長安大學(xué)，2010.

[2]張全升.高速公路路面和路基病害檢測理論與方法研究[D].中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2007.

[3]徐明波.探地雷達在公路工程檢測中的應(yīng)用前景[J].工程與建設(shè).2016，30（2）.

[4]梅本榮，蔣宣艷.探地雷達在隧道檢測中的應(yīng)用[J].黑龍江交通科技，2014，37（5）：86-86.

[5]李力，楊成林.探地雷達和瑞雷波方法在水工混凝土質(zhì)量檢測中的應(yīng)用[J].水利水電技術(shù)，2001，32（5）：35-39.

[6]陳華，尹健民，肖國強，等.瞬態(tài)瑞雷波法檢測堆石體地基的強夯效果[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2001，20：1897-1899.

[7]張德津，李清泉.公路路面快速檢測技術(shù)發(fā)展綜述[J].Journal of Geomatics，2015，40（1）.