無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在瀝青路面檢測(cè)中的應(yīng)用

摘? 要：當(dāng)前，我國(guó)公路行業(yè)已進(jìn)入“建養(yǎng)并重”發(fā)展期，瀝青路面是我國(guó)高等級(jí)公路的主要路面結(jié)構(gòu)形式，隨著公路使用年限的不斷增加，瀝青路面早期病害愈加嚴(yán)重，因此對(duì)路面開(kāi)展相應(yīng)檢測(cè)成為必然。研究表明無(wú)損檢測(cè)技術(shù)不會(huì)對(duì)路面造成破壞性損傷，同時(shí)，具有精度高、操作方便、檢測(cè)速度快等優(yōu)勢(shì)。本文闡述幾種不同路面無(wú)損檢測(cè)方法，以三維探地雷達(dá)技術(shù)為研究對(duì)象，結(jié)合工程案例，對(duì)三維探地雷達(dá)檢測(cè)效果進(jìn)行探討，以期提高瀝青路面結(jié)構(gòu)病害信息檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：無(wú)損檢測(cè)技術(shù);瀝青路面;三維探地雷達(dá)

中圖分類(lèi)號(hào)：U416.217? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ?文章編號(hào)：2096-6903（2020）02-0000-00

0引言

改革開(kāi)放40年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，公路作為國(guó)家最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，也隨之步入高速發(fā)展階段。在我國(guó)公路建設(shè)里程持續(xù)增加的同時(shí)，很多已有公路工程面臨著養(yǎng)護(hù)維修的局面。傳統(tǒng)道路檢測(cè)技術(shù)不僅會(huì)對(duì)路面結(jié)構(gòu)造成破壞性損傷，還存在工作效率低、代表性差等缺陷。面對(duì)與日俱增的公路養(yǎng)護(hù)量，傳統(tǒng)道路檢測(cè)技術(shù)無(wú)法滿足現(xiàn)代道路建設(shè)需要。為克服上述缺陷，提高檢測(cè)精度，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在公路瀝青路面脫空、沉陷、裂縫等病害檢測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用。

1無(wú)損檢測(cè)法類(lèi)型

無(wú)損檢測(cè)是為了克服有損檢測(cè)缺陷的一種檢測(cè)方法，是指被檢測(cè)對(duì)象使用性能不受到任何損害或影響的前提下，檢測(cè)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化情況。主要依托先進(jìn)的設(shè)備、技術(shù)，采用物理、化學(xué)等方法進(jìn)行測(cè)試與檢查。無(wú)損檢測(cè)是一個(gè)國(guó)家工業(yè)化水平的象征。在公路工程無(wú)損檢測(cè)中，常用的無(wú)損檢測(cè)方法包括激光路面平整度檢測(cè)、探地雷達(dá)路面厚度檢測(cè)、落錘式彎沉檢測(cè)路面承載力等。具體如下：

1.1激光路面平整度檢測(cè)

在路面平整度檢測(cè)中，最常用的檢測(cè)方法如3 m直尺法、顛簸累積值法、激光平整度儀檢測(cè)法等。激光斷面儀是最常見(jiàn)的一種路面平整度檢測(cè)設(shè)備，在路面檢測(cè)中不僅可以檢測(cè)路面平整度，還可以檢測(cè)路面車(chē)轍和構(gòu)造深度等。其主要構(gòu)成包括激光傳感器、加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集儀器等。其本質(zhì)是采用激光測(cè)距原理一標(biāo)準(zhǔn)剛性梁上安裝多個(gè) （兩個(gè)以上） 激光位移傳感器， 剛性梁可安裝在車(chē)尾部，隨著承載車(chē)的行走， 測(cè)試儀會(huì)自動(dòng)記錄激光發(fā)射口到路面的距離， 并繪制折線圖輸出， 可以直觀了解路面的變化情況[1]。

1.2探地雷達(dá)路面厚度檢測(cè)

探地雷達(dá)又稱(chēng)為透地雷達(dá)，是利用發(fā)射天線將高頻電磁波反射到地下，隨后通過(guò)接收天線對(duì)反射回地面的電磁波進(jìn)行接收。在地下介質(zhì)中，電磁波傳播過(guò)程中將遇到電性差異的分界面，這種情況下，便會(huì)產(chǎn)生反射現(xiàn)象。根據(jù)接收到的信息，如波形、振幅強(qiáng)度等，可判定地下介質(zhì)的實(shí)際情況。相比其他檢測(cè)方法，探地雷達(dá)的適用性更廣泛，可用于巖石、泥土、混凝土、瀝青等各類(lèi)材料[2]。

1.3落錘式彎沉路面承載力檢測(cè)

在路面承載力檢測(cè)中，多采用落錘式彎沉檢測(cè)系統(tǒng)，其主要構(gòu)成成分包括加載系統(tǒng)、控制與數(shù)據(jù)采集處理、位移傳感器等。在計(jì)算機(jī)控制下，通過(guò)液壓傳動(dòng)裝置將重錘提升到一定高度，隨后自由下落。強(qiáng)大沖擊力作用于承載板，并向路面?zhèn)鬟f。此時(shí)形成的脈沖載荷將會(huì)促使路面在極短時(shí)間內(nèi)變形。設(shè)置在各個(gè)位置的傳感器便可對(duì)路面結(jié)構(gòu)層的變形情況進(jìn)行真實(shí)記錄，并向計(jì)算機(jī)傳送，測(cè)算出所需數(shù)據(jù)信息。

2工程概況

某高速公路工程全長(zhǎng)147 km，雙向六車(chē)道。設(shè)計(jì)時(shí)速根據(jù)路段不同，分為兩類(lèi)，即120 km/h、100 km/h。公路建設(shè)中出現(xiàn)瀝青路面沉陷情況，如圖1所示。表面沉陷區(qū)域呈弧形，長(zhǎng)、寬各為11.5 m、3.8 m。為了解及掌握沉陷區(qū)域下部結(jié)構(gòu)情況，更好地進(jìn)行處治，決定采用三維探地雷達(dá)檢測(cè)瀝青路面沉陷病害。

3三維探地雷達(dá)工作原理

作為一種新型的無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，探地雷達(dá)設(shè)備是以現(xiàn)代電子技術(shù)和電磁技術(shù)為基礎(chǔ)的高端設(shè)備，檢測(cè)準(zhǔn)確性和效率較高，已在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。三維探地雷達(dá)檢測(cè)不會(huì)對(duì)路面造成破壞性的損傷。其工作原理為利用定距發(fā)射天線，將具有穿透性的高頻電磁波發(fā)射到路面結(jié)構(gòu)內(nèi)，并通過(guò)相應(yīng)的接收天線接收定向反射信號(hào)。隨后經(jīng)雷達(dá)主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理。最終通過(guò)計(jì)算機(jī)重建三維性質(zhì)的路面結(jié)構(gòu)檢測(cè)信息。在地下穿越不同介質(zhì)層時(shí)，電磁波可進(jìn)行反射與折射，以電信號(hào)的形式，如電磁波的波形、振幅等，來(lái)展現(xiàn)路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的不同信息[3]。

4三維探地雷達(dá)檢測(cè)性能

4.1檢測(cè)深度

探地雷達(dá)可探測(cè)的最大深度即為探地雷達(dá)檢測(cè)深度性能。主要影響因素包括介質(zhì)介電特性、電磁波自身特性等。據(jù)相關(guān)研究可知，在路面結(jié)構(gòu)中，電磁波頻率越高，傳播過(guò)程中能量衰減越快，檢測(cè)深度越小。基于電磁波傳播特性，探地雷達(dá)中心頻率選擇將會(huì)對(duì)檢測(cè)深度造成一定影響。因此，檢測(cè)時(shí)遵循“高頻測(cè)淺層、低頻測(cè)深層”的原則，并結(jié)合目標(biāo)物深度位置選擇天線頻率，可參考表1。

作為以頻率步進(jìn)技術(shù)為主的三維探地雷達(dá)，其天線頻率范圍為0.2～3.0 GHz，10m為其理論有效檢測(cè)深度。

4.2 檢測(cè)分辨率

探地雷達(dá)對(duì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行分辨的能力被稱(chēng)為探地雷達(dá)分辨率性能，主要分為兩種形式，即水平、豎直分辨率。水平分辨率是指探地雷達(dá)可識(shí)別的水平方向上的結(jié)構(gòu)物最小尺寸。豎向分辨率是指探地雷達(dá)可區(qū)分的最小薄層厚度，或通過(guò)計(jì)算所取得的最小薄層厚度。在薄層厚度太小的情況下，很難區(qū)分其層頂和層底反射波，甚至出現(xiàn)互相干擾現(xiàn)象，增加分層難度。經(jīng)研究表明，電磁波頻率和介質(zhì)介電常數(shù)均會(huì)影響探地雷達(dá)檢測(cè)分辨率。隨著頻率增加，介質(zhì)介電常數(shù)也將增大，此時(shí)表明探地雷達(dá)檢測(cè)分辨率越小。

作為以頻率步進(jìn)技術(shù)為主的三維探地雷達(dá)，雷達(dá)天線頻率范圍為200 MHz～3 GHz，在各個(gè)深度范圍之內(nèi)，均可生成效果良好的分辨率雷達(dá)圖像，無(wú)需頻率選擇[4]。

5三維探地雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果分析

通過(guò)檢測(cè)，圖2為三維探地雷達(dá)掃描檢測(cè)的平面圖，此外，結(jié)合三維探地雷達(dá)縱斷面圖，即圖3（a）、圖3（b）可知，沿行車(chē)道方向k136+161～k136+175段右幅存在沉陷區(qū)域，寬度約3.8 m、沉陷面積為46 m2左右。此外，還可發(fā)現(xiàn)，路基區(qū)域脫空現(xiàn)象較為嚴(yán)重，約1.5 m深，但未明確區(qū)分出空洞頂、低部的反射信號(hào)，因此，脫空高度很難準(zhǔn)確計(jì)算。

經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在檢測(cè)中還存在部分開(kāi)裂現(xiàn)象，如樁號(hào)K136+161左幅段，樁號(hào)K136+172左幅段，沉陷寬1.2 m，面積在10 m2左右。同時(shí)，路基區(qū)域脫空現(xiàn)象嚴(yán)重，約1.5 m深[5]。

相比之下，右幅的脫空高度、面積更大。在上述左幅段未明確區(qū)分出空洞頂、低部的反射信號(hào)，無(wú)法進(jìn)行脫空高度計(jì)算。根據(jù)分析可知，“兩黑夾一白”為上述兩處脫空雷達(dá)圖像的展現(xiàn)形式，且反射系數(shù)為負(fù)值，表明此處屬于充水脫空。

為檢驗(yàn)在瀝青路面脫空病害檢測(cè)中三維探地雷達(dá)測(cè)定結(jié)果是否準(zhǔn)確，本文采用地質(zhì)鉆探的方式進(jìn)行對(duì)比分析。經(jīng)鉆探發(fā)現(xiàn)，孔洞存在于路面結(jié)構(gòu)以下1.5～3.0m之間，1.5m為空洞高度。通過(guò)對(duì)比鉆探結(jié)果，可確定三維探地雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性較高。但也存在一定問(wèn)題，當(dāng)脫空高度為1.5m的情況下，三維探地雷達(dá)在洞頂反射、洞底反射中很難明確區(qū)分出來(lái)。通過(guò)分析可知，主要原因在于脫空處深度較大，同時(shí)，三維探地雷達(dá)檢測(cè)前，曾出現(xiàn)降雨情況，進(jìn)而大大增加了路面結(jié)構(gòu)層的含水率。這種情況下在路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)，高頻電磁波能量衰減幅度較大，因此，探測(cè)到空洞的僅為低頻電磁波，大大降低了脫空高度的識(shí)別率（6）。

6結(jié)語(yǔ)

綜上所述，目前常見(jiàn)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)包含超聲波檢測(cè)法、探地雷達(dá)檢測(cè)法等。其中三維探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用較多，其是探地雷達(dá)技術(shù)革新的新型產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)三維畫(huà)面展示，能夠有效提高路面結(jié)構(gòu)層病害探測(cè)的準(zhǔn)確性，對(duì)道路質(zhì)量評(píng)定和養(yǎng)護(hù)施工具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 張書(shū)林.無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用分析[J].交通世界（中旬刊），2017（6）：86-87.

[2] 孫梁.無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在公路橋梁中的應(yīng)用研究[J].交通世界（上旬刊），2016（1）：14-15.

[3] 林欽國(guó)，熊斌丹.PQI用于瀝青混合料密度檢測(cè)的影響因素分析[J].公路交通技術(shù)，2016（2）：46-50+56.

[4] 張松波.無(wú)損檢測(cè)在瀝青路面施工均勻性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].交通世界（上旬刊），2016（6）：72-73.

[5] 李細(xì)偉，陳敏.基于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的半剛性基層瀝青路面損傷狀態(tài)分析[J].公路，2017（8）：40-43.

[6] 胡先進(jìn).無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在公路隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用研究[J].黑龍江交通科技，2016（5）：157-159.

收稿日期：2020-01-09

作者簡(jiǎn)介：趙杰（1984—），女，河南南陽(yáng)人，本科，工程師，研究方向：公路工程。