聲振法在水泥混凝土路面質量檢測中的應用

劉偉

摘 要 為研究聲振法在水泥混凝土路面脫空檢測中的應用，本文介紹聲振法檢測裝置組成及檢測基本原理，并依托于實際水泥混凝土脫空檢測項目，對比聲振法、探地雷達及原位鉆芯檢測精度，結果表明：聲振法與原位鉆芯脫空檢測結果較為契合，聲振法檢測精度較高，具有一定推廣價值。

關鍵詞 水泥混凝土路面;脫空檢測;聲振法

1引言

公路交通作為基礎設施中不可或缺的一環，在國民經濟中發揮著至關重要的作用。自改革開放以來，我國公路建設事業迅猛發展，公路基礎設施建設和道路養護維修等投入不斷加大，公路運輸不僅成長為一個獨立的基礎性經濟發展體系，同時也實現了起點到終點“最后一公里運輸”，為我國物資及人力資源運輸方式提供重要銜接手段。

水泥混凝土路面具有高強度、高耐久性、建設期較短、養護簡便等一系列優點，是我國公路交通中主要高等級公路形式之一，對我國經濟發展產生了強有力的推動作用。然而，混凝土路面在運營使用過程中也會出現各種各樣的病害，其中板底脫空是混凝土路面常見病害之一。脫空使得混凝土板應力重新分配，特別是板邊角位置的脫空，在行車作用下，板邊角處脫空產生較大應力和豎向位移，容易導致混凝土板邊角的折斷或碎裂等，嚴重影響混凝土路面的路用性能及使用壽命。因此，對于混凝土脫空位置及病害程度的確定顯得尤為重要。目前，混凝土路面脫空檢測技術主要有經驗法、彎沉判別法、探地雷達法等，其中經驗法受主觀因素影響較大;彎沉判別法操作簡單但檢測精度較低、速度較慢，不適用于連續檢測;探地雷達法效率較高，能夠直觀反映混凝土路面脫空情況，但其讀譜難度較大、技術要求較高。聲振法是近年新興的混凝土路面脫空檢測技術，具有檢測成本低、操作簡單、檢測效率高、技術要求低等優點，在水泥混凝土路面脫空檢測中逐漸得到應用[1， 2]。本文介紹聲振法檢測的基本原理，并依托具體應用實例，闡述聲振法檢測水泥混凝土路面脫空過程，以期為今后路面檢測提供理論指導。

2聲振法檢測基本原理

聲振法主要通過敲擊水泥混凝土路面板使其產生聲波，利用聲波振動在不同彈性介質中傳播狀態差異來判定水泥混凝土路面板支撐狀態，以下將詳細介紹其設備組成及檢測原理。

（1）聲振法設備簡介

目前較為成熟的聲振法檢測設備大致可分為非連續式聲振檢測裝置和連續式聲振檢測裝置。非連續式聲振檢測裝置由拾音器、連接線、數據處理裝置組成，主要通過外部振動激勵來產生振動（如手動錘擊、微型爆炸等），然后通過拾音器收集聲振信息，最后再電腦上成型聲壓曲線并進行處理。連續式聲振檢測裝置主要由承載部分、激勵裝置、振動傳感器、數據處理裝置等組成，可通過車輛拖行并對路面進行規律性激勵產生連續性聲振，經傳感器收集聲振信息后，有數據處理裝置進行振分析[3]。

（2）聲振法檢測中的振動理論

振動指物體在其平衡位置附近不斷往復運動的過程，振動在介質中傳播史時會因介質的性質不同而呈現不同的傳播狀態。聲波是一種機械振動，在介質中傳播時，由于介質總存在各種形式的阻尼，其振幅將出現衰減，而在混凝土、土體及空氣等不同介質中傳播時，由于介質對于振動的阻尼大小不同，聲波在水泥混凝土板、路基及空氣中傳播時振幅衰減情況也不同。因此，可以利用聲波振動的傳播性質來判斷水泥混凝土路面板下的支撐情況[4]。

（3）聲振法中的波動理論

音頻檢測的傳播介質必須是彈性介質，在外力作用下，彈性介質中質點產生位移，使得質點間間距改變，當外力撤銷后，質點在范德華力的作用下又會返回原來的位置，同時形變也向下一個區域傳播，進而形成聲波。敲擊板材主要產生其特有的萊姆波，而僅有萊姆波中的縱波可以在空氣中傳播，通過傳感器捕捉空氣中的縱波，將其轉換成電信號，再經過計算機測量分析，最終得出水泥混凝土路面板下脫空位置及脫空程度。

3工程檢測

（1）工程概況

某公路設計結構由上至下依次為25cm厚水泥混凝土面板、20cm厚水泥穩定碎石基層，通車3年后路面整體狀況良好，但部分路面板間出現錯臺，重載車輛通過時有明顯位移。

（2）脫空檢測

經現場初步視察，發現K21+750～K22+200試驗段水泥混凝土路面可能存在較為嚴重的脫空，故以該路段作為重點檢測目標，本文采用連續式聲振檢測裝置進行脫空檢測。

確定疑似脫空點。在路面疑似脫空區域進行標記供后期重點檢測。

儀器調試。專業人員將檢測車、激勵裝置與數據處理裝置連接好，在水泥混凝土路面上進行調試，確認激勵裝置能夠使水泥混凝土路面產生適當振幅的振動，該振動幅度以振動接收裝置能夠完整、清晰地辨識為標準。

儀器參數設定。根據現場情況及儀器狀態調整拾音器靈敏度，靈敏度調試以能夠過濾雜音、完整清晰地接受激勵振動為標準。

振動激勵。發動檢測車，并將檢測車速度控制在15km/h勻速前進，開啟激勵裝置，使激勵裝置按照一定頻率錘擊水泥混凝土路面。

數據收集與存儲。接收裝置開始收集聲振信息，專業人員全程觀察并標記特殊聲振產生的位置，例如，由于坑洞、錯臺等引起檢測裝置跳動的位置，因過往車輛振動噪聲過大而引起聲振信息受干擾的位置等，以供聲振信息修正處理使用。

儀器整理。試驗段聲振信息收集存儲完畢后，關閉連續式聲振檢測裝置，整理好各處的連接線路等，并斷開從檢測車尾部取下裝置，并小心地裝車拖走。

數據處理。根據計算機對檢測路段機械波加速度、振動時間和頻譜特征等聲振信息進行處理，得出水泥混凝土路面板脫空位置及范圍等信息，作為后期養護工作參考。

脫空情況判定。將采集的聲振信息進行系統性分析，考慮路面行車干擾、特殊聲振位置及其他自然聲音等情況，發現試驗段中K21+800、K21+900、K22+100等部位存在較為明顯的加速度較大、振動時間較長、主頻率較高等現象，因此將其判定為明顯脫空[5]。

4精度對比

采用聲振法檢測K21+750～K22+200試驗段水泥混凝土路面后，再利用探地雷達及鉆芯檢測對比檢測結果，對比結果如表1。

由表1可知，采用聲振法檢測的水泥混凝土路面脫空狀況與鉆芯結果探地雷達及鉆芯檢測結果基本一致，聲振法檢測水泥混凝土路面脫空狀況應用效果良好。從可操作性性及檢測效率上來看，聲振法具有一定優勢，故該檢測方法值得推廣。

5結語

聲振法是近年新興的水泥混凝土路面質量檢測技術，具有良好的應用前景。為研究聲振法在水泥混凝土路面脫空檢測中的應用情況，本文介紹聲振法檢測裝置類型與組成及檢測基本原理，并依托于實際檢測項目，對比聲振法、探地雷達及原位鉆芯檢測精度，結果表明：聲振法、探地雷達及原位鉆芯及三者檢測結果較為契合，聲振法檢測精度較高，具有一定推廣價值。

參考文獻

[1] 薛忠軍，王端宜，張肖寧，等.水泥混凝土路面不同脫空檢測方法識別率的對比驗證[J].公路，2007（1）：90-94.

[2] 彭永恒，馬榮.水泥混凝土路面脫空的壓漿技術及應用[J].大連民族學院學報，2009，11（1）：64-66.

[3] 劉衛東，王大鵬，彭鵬，等.聲振法判定水泥混凝土路面脫空的試驗研究[J].黑龍江工程學院學報（自然科學版），2011，25（3）：29-33.

[4] 李想，彭永恒，王旭，等.聲振法檢測水泥混凝土路面板縱縫脫空試驗與數值仿真分析[J].公路，2018，63（9）：252-256.

[5] 彭永恒，李想，宋宏偉，等.聲振法檢測室外水泥混凝土路面脫空試驗[J].沈陽建筑大學學報（自然科學版），2019， 35（1）：67-74.