基于養(yǎng)護設計需求檢測

筆者將基于養(yǎng)護設計需求檢測細分為路面結構損壞狀況檢測、結構層力學參數(shù)檢測，以及路面幾何參數(shù)檢測，并從檢測技術、適用范圍、優(yōu)缺點對比等方面，進行了詳細介紹。

01 路面結構損壞狀況檢測

在設計路面養(yǎng)護方案之前，除了分析路面表面病害之外，必要時還需要檢測路面結構內部損壞狀況，特別是對表面病害嚴重或結構強度不足的路面，從而根據(jù)發(fā)現(xiàn)的內部結構病害層位、類型、程度制定針對性的處置措施。路面結構病害狀況檢測分為破壞性檢測和無損檢測兩類。

目前，我國新型檢測設備集成化程度越來越高，能夠快速、準確地獲取路面評價、養(yǎng)護分析所需的各種參數(shù)和技術指標。

路面取芯、探坑法檢測

在指定位置取芯或開挖探坑獲取路面各結構層狀況，是觀察路面結構損害狀況最直接的檢測方法。當采用取芯方法時，可以一次性取出多層路面結構，觀察各結構層材料的完整性、層間的結合性、裂縫的貫穿情況等，并記錄和拍照，所取芯樣還可以用于室內芯樣強度及各類材料性能試驗。

當采用開挖方法時，一般使用風鎬等工具，采用逐層長方形階梯式開挖方式，檢查路面結構內部損壞狀況，從上往下各層開挖面積逐漸減小，直至開挖到無損壞的板體結構。當路面材料需回收利用時，可將開挖出的材料分類帶回實驗室，并開展回收材料性能試驗。取芯法和探坑法屬于破壞性試驗，為減少路面損壞或避免留下隱患，應盡量減少破壞性試驗數(shù)量并積極采用無損檢測方法。

探地雷達檢測

探地雷達利用電磁波在介質中傳播的原理來檢測介質內部結構狀況，電磁波在不同介質中的傳播速度不一樣，在介質分界面會發(fā)生透射和反射，根據(jù)天線接收到的反射電磁波信號及相應時長，可以推斷內部結構幾何形態(tài)和位置信息。雷達頻率越高，體積越小，波長越短，位置測試精度越高，可探測的距離越短；雷達頻率越低，體積越大，波長越長，位置測試精度越低，可探測的距離越長。不同頻率的探地雷達廣泛應用于公路檢測各個領域，比如低頻雷達可用于隧道地質超前預報，探測深度達數(shù)十米；高頻率雷達可精確測量1米以內的路面結構層厚度。

探地雷達用于路面結構檢測時，裝有雷達的車在路面上以一定的速度行駛，通過天線發(fā)射電磁脈沖，并在較短時間內穿透路面，由相應接收天線接收不同介質間界面反射波，系統(tǒng)記錄時長和路面結構中的介電常數(shù)變化情況。根據(jù)已知的各種路面材料的介電常數(shù)及波速，可以計算路面各結構層的界面位置、損壞位置等信息。一對天線沿行進方向可以測得一條測線上的雷達數(shù)據(jù)，當使用多個雷達組成雷達陣列時，通過多收多發(fā)的設置，以及不同頻率天線組合，可以測得路面內部結構的三維雷達圖像，從而探測路面各結構層厚度、脫空、裂縫、陷落、松散、積水等各類內部結構病害，并可用于城市道路地下管線探測。

探地雷達特別是三維雷達陣列實現(xiàn)了路面結構內部損壞情況的快速自動化無損檢測，可以識別結構內部缺陷類型、位置及大小，可為養(yǎng)護設計提供重要的基礎數(shù)據(jù)支撐，提高養(yǎng)護方案設計的準確性，同時可以減少鉆芯及探坑數(shù)量，降低對既有路面結構的破壞。

FWD方法水泥混凝土路面板底脫空檢測

板底脫空是水泥混凝土路面的一種常見病害，除了可以用人工判斷、探地雷達檢測之外，落錘式彎沉儀（FWD）檢測也是一種常用的檢測方法。FWD的沖擊荷載作用于水泥混凝土路面時，面板會產(chǎn)生彎沉變形，正常情況下離荷載作用點位置越遠變形越小，根據(jù)布置在面板上距離荷載作用點不同距離的多個位移傳感器，所測得的彎沉變形結果，可以推斷面板下是否存在脫空病害及病害程度，具體判定方法包括多級加載法、彎沉盤判斷法等。

02 結構層力學參數(shù)檢測

在路面養(yǎng)護工程實施過程中，一般先根據(jù)路面技術狀況檢測結果開展養(yǎng)護決策分析，劃分養(yǎng)護路段并推薦優(yōu)選的養(yǎng)護措施，然后再做出養(yǎng)護工程設計。在開始具體的養(yǎng)護工程設計前，當原有結構強度不足時，需要檢測原有路面結構回彈模量等力學參數(shù)，并參與結構計算，以確定需要維修或結構補強的具體方式。由于舊路結構層力學參數(shù)測試涉及的數(shù)學模型、影響因素較為復雜，現(xiàn)階段多數(shù)采用經(jīng)驗與理論計算相結合的方式獲得，相關理論和試驗方法還有待進一步研究。

承載板法

目前，國內市場上集成了多種檢測功能的國產(chǎn)多功能綜合檢測車層出不窮。

承載板法檢測路面結構回彈模量是最直接的檢測方法。在待測表面上放置一塊規(guī)定尺寸的剛性圓形承載板，通過荷載裝置對其分級加載，用位移傳感器測試承載處的變形深度，消除影響因素后獲得不同荷載下的回彈變形，計算出各級荷載下的回彈模量，最后采用線性回歸方法得出路面結構層回彈模量。

該方法測得的回彈模量為表面綜合靜態(tài)回彈模量，當需要分層檢測各結構層表面回彈模量時，可以結合探坑法分層開挖，挖至各層相應深度實施承載板法回彈模量試驗。由于回彈模量是路面結構計算的重要參數(shù)，在需要結構補強的路面養(yǎng)護設計前應完成此項檢測，但該項檢測速度慢、操作復雜且需要中斷交通，一般作為其他快速、無損檢測方法的補充。

彎沉法

彎沉和回彈模量都可以用來表征路面結構強度，兩者之間有較高的相關性，因此可以利用貝克曼梁、落錘式彎沉儀（包括LWD、FWD、HWD）或其他方法檢測的彎沉值，結合經(jīng)驗公式或比對換算關系直接計算路面回彈模量，該方法具有一定的經(jīng)驗性。

落錘式彎沉儀檢測時，可以根據(jù)與荷載點距離的不同布置多個位移傳感器，因此可以測得包含不同位置變形量的彎沉盤數(shù)據(jù)，基于瀝青路面結構多層層狀彈性體模型的假設，以及原有路面結構的材料參數(shù)，利用計算機程序可以解析出每層路面結構層的回彈模量結果。該方法相對于其他只能測得頂面綜合回彈模量方法來說，可以分別獲得各結構層回彈模量，用于路面結構計算更加合理，還可以結合交通量數(shù)據(jù)計算出路面結構的理論剩余壽命。

動力錐貫入儀法

動力錐貫入儀法（DCP）優(yōu)點為輕便、快捷，是一種現(xiàn)場檢測無結合料路面結構層強度的方法，其利用落錘自由下落所產(chǎn)生的動能，通過貫入桿傳遞到錐頭，使錐頭克服材料的阻力灌入帶結構層材料中，多次錘擊并記錄每次的貫入量，可以計算得出動貫入阻力，基于材料強度與貫入阻力之間的相關性，并根據(jù)經(jīng)驗公式將動貫入阻力換算成加州承載比CBR或抗壓強度等力學參數(shù)。在使用探坑法調查路面內部損壞狀況時，經(jīng)常同步使用DCP測試路面結構內部各層強度。

03 路面幾何參數(shù)檢測

路面幾何參數(shù)包括路面橫坡、縱坡，以及路線曲率半徑（平曲線半徑、豎曲線半徑），這些幾何參數(shù)與車輛行駛安全、路面排水相關，在養(yǎng)護設計時需要予以考慮。

路面幾何參數(shù)檢測分為人工法和機器自動測試法兩種。人工法采用水準儀、全站儀等儀器檢測，其特點是速度慢、效率低，但準確性較高。在大規(guī)模路況檢測時一般采用幾何數(shù)據(jù)測試系統(tǒng)，連續(xù)自動化采集各項幾何參數(shù)。該系統(tǒng)由承載車、激光位移傳感器、加速度傳感器、陀螺儀、距離傳感器等部分組成，其中承載車、距離傳感器、激光位移傳感器可以與其他檢測系統(tǒng)共用，通過陀螺儀測得車架姿態(tài)角度、兩個激光位移傳感器，測得相應位置與路面的距離及高差，可以計算出路面橫坡，結合加速度傳感器的數(shù)據(jù)可以計算得出縱坡及曲率半徑信息。路面幾何數(shù)據(jù)測試系統(tǒng)檢測速度快、效率高，近幾年各廠商已經(jīng)開始大量裝配到綜合路況檢測車上，并用于路況檢測。

公路路面技術狀況檢測與評價不僅對檢驗和控制工程質量至關重要，而且還決定著公路資產(chǎn)管理及養(yǎng)護決策的科學化程度。（攝影：張嘯天）