探討路面養護項目基層注漿加固質量的無損檢測方法

李 軍

（貴州高速公路集團有限公司,貴州 貴陽 550000）

0 引言

取芯法是檢測瀝青路面基層注漿加固效果的常用手段，可評估彎沉情況與路面結構強度變化。鉆芯法具有直觀性的特點，彎沉檢測為間接評價措施，且操作中會對路面結構有所損害，而路面基層注漿施工驗收需要更加合理的無損檢測手段[1-3]。該研究以服役期瀝青路面基層的聚合物注漿試驗路段作為研究對象，比較分析2D 地質雷達同軸圖像法、高頻彈性波反射波法、瞬態面波法三種無損檢測手段在注漿前后相關參數檢測方面的效果，分析三種無損檢測手段對注漿處置效果評價的可行性。

1 工程概況

某注漿加固試驗路位于高速公路下行線K800～K801，路面結構包括瀝青混凝土（15 cm）、低劑量水泥級配碎石基層（18 cm）、水泥碎石底基層（40 cm）和土基層，全線長100 m。基層注漿加固前需鉆芯進行FWD 和病害檢測，隨后通過注漿填充底層脫空達到固結松散碎石的目的[4]。取芯結果顯示，19 個取芯樣本中，上下水穩層間、下水穩層與級配碎石層間多有松散夾層存在，且橫向裂縫為主要病害類型，FWD 荷載中心有明顯彎沉。注漿加固后，基層松散夾層固結，上下水穩層形成水泥黏合整體，路面強度整體得到提升。

2 地質雷達法檢測

兩介質介電參數存在差異，地質雷達發射的電磁波會在介質交界面處發生反射、透射，且符合反射定律和透射定律，反射系數和透射系數分別用R與T表示，其大小直接決定反射波和透射波的能量大小，計算方法見式（1）和（2）：

兩介質介電常數存在差異，電磁波傳播至界面處會出現電磁波能量與相位變化。路面結構穩定均一，其介電常數為常數，當結構中出現脫空、不密實等病害，該區域介電常數會出現差異。該項目選用具備二維Mala 功能的地質雷達儀，完成了現場無損地質雷達檢測。

注漿加固前情況如下：上基層底深約35 m，雷達檢測顯示950～960 m 段和983～990 m 段反射波有明顯紊亂與下沉，表明該區域松散明顯；964～970 m 段和975～981 m段出現雷達反射信號增強，表明該區域有明顯松散夾層或脫空。其他檢測段，雷達反射信號均勻，且層厚無明顯變化，證實無明顯脫空、松散等現象。

注漿加固后情況如下：920～1 000 m 段，注漿后該區域介電常數明顯異于周邊，透射波反射能量減少，證實該區域形成了相對緊密的漿液固結層。注漿后，深約35 m處上基層底部界面位置雷達反射波有明顯信號增強，同軸連續性強，界面下反射波信號有相對減弱[5]。

3 極小偏移距高頻彈性波反射波法檢測

3.1 基本原理

彈性波垂直反射法是通過彈性波脈沖發射裝置，使彈性波在介質中傳播，當遇到松散、脫空等質量缺陷時，由于波阻抗數據變化，接收器的表現會出現差異。通過對反射信號的振幅、相位、頻率等指標綜合檢測，可反映特定性能[6]。

正常情況下，電源瞬態激振在路面上產生R 波、S波、P 波等振動信號，其信號包括多種反射波相互疊加、彼此作用形成的特定波形。表面激振隨著路面內部脫空、松散而呈現出信號變化，導致彈性波異常。無缺陷路面傳感器接收的信號頻譜圖及脫空、松散路面傳感器接收的信號頻譜圖見圖1～2。分析發現，路面結構無異常情況時，接收器接收的信號，表現為高頻特性（圖1，主頻1 466 Hz），路面結構出現松散、脫空質量問題時，表現為低頻特性且衰減速度慢（圖2，主頻977 Hz）。路面基層經注漿加固后，接收器所接收的振動信號頻幅增加，會接近于高頻特性。

圖1 無缺陷路面位置點采集時域信號及其頻譜圖

圖2 路面結構層存在松散、脫空等缺陷的路面采集時域信號及頻譜圖

3.2 結果分析

注漿前后對應的主頻變化曲線如圖3 所示，對圖3分析可知：

圖3 注漿前后采集信號主頻變化曲線圖

（1）注漿加固前，接收器采集的振動信號主頻分布在950～960 m 段、965～970 m 段、976～982 m 段和983～970 m段4個區間內，主頻均小于1 000 Hz，呈現出低頻特征，而920～930 m 段處呈現出高頻特性，主頻約1 300 Hz，表明相比于920～930 m 段，上述4 個區間的基層松散、脫空等現象更為嚴重。經施工鉆孔內窺鏡觀察，上述4段區域存在明顯土層孔隙和松散，注漿加固取芯后得以改善，與檢測結果相吻合。

（2）注漿加固后，接收器接收的彈性波振動信號頻率升高，950～990 m 段區間主頻增加明顯，注漿后呈現高頻特性，主頻約1 200 Hz，相比于注漿前不足1 000 Hz，頻譜明顯增加。由此可知，注漿加固后，原松散、脫空區域加固效果顯著，內部基層密實度明顯增加，高頻性有所改善[7]。

（3）1 000～1 020 m 段未注漿加固，注漿前后接收器獲取信號主頻無明顯變化，符合實際施工情況。

4 瞬態面波法檢測

瑞雷波在不同介質中的傳播速度存在顯著差異是瞬態面波法檢測的物理前提，為確定路面結構層介質特性奠定了基礎[8]。檢測時，于現場按照0.5 m 間距布置4 個采集設備，以錘子敲擊地面作為垂直脈沖信號來源，距離檢測波0.5 m 處為震源，并按照5 m 間隔分別在地面進行面波采集。以采集的面波點繪制波列圖，完成速度擬合后，并對0.3～0.6 m 區域內各點剪切波速度進行計算，得出圖4 為注漿前后剪切波速度變化曲線。由圖4 可知：

圖4 注漿前后剪切波波速度變化曲線圖

（1）注漿加固前，920～950 m 區間內，剪切波波速為650 m/s，950～1 000 m 區間內剪切波波速僅為45 m/s，證實950～1 000 m 區間內有明顯松散、脫空等異常現象，經現場鉆芯取樣后內窺鏡觀測證實。

（2）注漿加固后，920～1 000 m 區域內剪切波波速明顯提高，表明原松散、脫空區域病害得以改善，區域密實度增加，現場鉆芯后檢測結果得以證實。

（3）1 000～1 020 m 區間內未實施基層注漿加固，檢測結果證實面波點剪切波波速無明顯變化。

對上述三種無損檢測方法進行分析，結論為：①920～950 m 區域內，注漿加固前剪切波波速有明顯變化，注漿加固后反射波法檢測結果顯示，區域內主頻幅無明顯變化；②施工環節，1 000 m 位置鉆孔注漿加固，漿液滲入后分布于1 000～1 005 m 區間。注漿加固前后，以極小偏移距高頻彈性波法檢測結果顯示區域內主頻無明顯變化，以瞬態面波法檢測結果顯示區域內主頻有顯著變化；③綜合分析可知，路面結構層內部狀況變化，以瞬態面波法檢測剪切波波速敏感性更高，該檢測方法在注漿加固前后路面結構層性能評估方面適用性高；④由圖4可知，結合瞬態面波法與極小偏移距高頻彈性波法檢測結果，920～950 m 區域路面基層存在松散、脫空異常且缺陷程度小于950～1000 m 區域。現場鉆芯取樣后內窺鏡觀測結果證實此結果。

綜上所述，注漿加固前后路面結構層松散、脫空等缺陷檢測應用2D 地質雷達法所呈現的圖像無法精確判斷，需結合經驗加以評估[9]。注漿前后，地質雷達同軸圖像有明顯變化，即基層內部實密度得以改善，故可將該方法作為注漿效果定性評估依據，同時可作為輔助性判斷手段，用于基層注漿加固驗收[10]。

5 結論

綜上所述，經鉆芯取樣后內窺鏡觀測驗證，對比2D地質雷達同軸圖像法、高頻彈性波反射波法、瞬態面波法三種無損檢測方法效果，結論如下：

（1）瞬態面波法檢測剪切波波速能夠相對準確地反映路面結構層內部情況，通過對不同路段剪切波波速差異對比可反映出路面缺損程度，在路面結構內部缺陷檢測中效果可觀。該方法還可通過對注漿加固前后波速水平差異分析，作為注漿質量半定量評價的參考。

（2）極小偏移距高頻彈性波法反射波法檢測結果與瞬態面波法有所差異，該檢測方法顯示主頻無明顯變化，通過該方法對注漿前后主頻變化檢測，可作為注漿質量半定量評定的參考。

（3）基層注漿前后，地質雷達法檢測顯示同軸頻譜圖像有明顯變化，可將該方法作為基層注漿質量評估和定性評價的參考。但是注漿前后雷達圖像無法準確識別松散、脫空等異常，還需憑借經驗判斷。