地質(zhì)雷達(dá)及落錘彎沉儀在檢測中的應(yīng)用

周長宏

摘要：瀝青路面彎沉與厚度是評(píng)價(jià)道路可靠性、使用年限等的重要參數(shù)，也是進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工控制和竣工驗(yàn)收的重要指標(biāo)。多年以來，一直采用傳統(tǒng)的鉆芯取樣法檢測路面厚度和貝克曼梁法檢測路面彎沉，這些方法檢測速度較慢，對(duì)交通影響較大，需要較多的檢測人員。本文通過對(duì)本溪市具有代表性結(jié)構(gòu)的新建路面厚度和彎沉的檢測，探討了地質(zhì)雷達(dá)和落錘式彎沉儀在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性、準(zhǔn)確性及相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)；瀝青厚度；落錘彎沉

中圖分類號(hào)：U416.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3024（2016）06-164-01

1.地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)研究

1.1地質(zhì)雷達(dá)的組成及工作原理

1.1.1地質(zhì)雷達(dá)的組成

SIR-20型探地雷達(dá)系統(tǒng)，該設(shè)備是由美國GSSI公司生產(chǎn)的系列探地雷達(dá)系統(tǒng)的一種，該系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分，硬件是由天線、主機(jī)、顯示器、外接鍵盤、電源、各種連接電纜及測量輪和打標(biāo)器等組成，軟件包括在數(shù)據(jù)采集過程中的系統(tǒng)主機(jī)控制操作軟件以及后期資料處理軟件。

1.1.2地質(zhì)雷達(dá)的工作原理

地質(zhì)雷達(dá)是基于地下介質(zhì)的電阻率、介電常數(shù)等電性參數(shù)的差異，利用高頻電磁脈沖波的反射探測目的體及地質(zhì)現(xiàn)象的一種物探手段。高頻電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)。其路徑、電磁場強(qiáng)度和波形將隨所通過介質(zhì)的電性特征及幾何形態(tài)而變化。

1.2厚度檢測機(jī)理

檢測過程中，電磁波波在地下介質(zhì)中傳播的過程中，當(dāng)遇到不同的路面結(jié)構(gòu)層時(shí)，部分能量發(fā)生折射，其余能量發(fā)生反射并返回地面，由于電磁波在各不同介質(zhì)中的傳播速度不同，根據(jù)發(fā)射器和接收器所接收的不同層面的反射波信息，可獲得雷達(dá)脈沖在地下傳播過程中的雙程旅行時(shí)間，由于電磁波在單一介質(zhì)中的傳播速度是固定的。然后計(jì)算厚度。

1.3地質(zhì)雷達(dá)厚度檢測的準(zhǔn)確性和可靠性試驗(yàn)

1.3.1準(zhǔn)確性試驗(yàn)

（1）通過三個(gè)已有鉆孔連一條地質(zhì)雷達(dá)剖面，剖面長度約80m，用第一個(gè)鉆孔的芯樣厚度及雷達(dá)波傳播時(shí)間標(biāo)定速度，并根-據(jù)雷達(dá)傳播時(shí)間計(jì)算第二、三個(gè)孔位的厚度。結(jié)果表明，第二、三孔位的計(jì)算厚度與芯樣實(shí)測厚度誤差分別為0.7mm和-1.4mm。

（2）通過四個(gè)任選點(diǎn)位連一地質(zhì)雷達(dá)剖面，剖面長度約為200m。首先鉆開第一個(gè)點(diǎn)位，并據(jù)其芯樣厚度標(biāo)定雷達(dá)波速度，然后預(yù)報(bào)其它三個(gè)點(diǎn)的厚度，最后鉆開這些點(diǎn)位，并將其芯樣厚度與預(yù)報(bào)厚度做比較。結(jié)果表明，第二、三、四個(gè)點(diǎn)位的預(yù)報(bào)誤差分別為-0.23cm、+0.17cm和+0.4cm。

除以上有針對(duì)性的專門試驗(yàn)外，在生產(chǎn)性檢測工作中也做了大量的驗(yàn)證工作，誤差一般不超過3.0mm。

1.3.2可靠性試驗(yàn)

（1）同一路段不同時(shí)期檢測結(jié)果的可重復(fù)性

在沈本產(chǎn)業(yè)大道上，我們?nèi)芜x了一段約800m長的路段，沿其車道分隔線，分別于不同日期進(jìn)行了兩次地質(zhì)雷達(dá)測量，所得面層厚度結(jié)果表明兩次檢測結(jié)果相當(dāng)一致，可重復(fù)陛相當(dāng)好。

（2）同一路段不同路徑檢測結(jié)果的可重復(fù)性

我們在高速公路上任選了一段約1km長的路段，分別沿其行車道中心線和超車道中心線進(jìn)行了兩次地質(zhì)雷達(dá)測量，盡管剖面形態(tài)在細(xì)節(jié)上有一定差異，但總評(píng)結(jié)果非常一致。

2.落錘式彎沉儀檢測技術(shù)研究

2.1落錘式彎沉儀組成

落錘式彎沉儀簡稱FWD。FWD有拖掛式和車載式兩種，較常見的是拖掛式落錘彎沉儀。拖掛式落錘彎沉儀由牽引車和拖掛體兩大部分組成，牽引車上裝有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及電源控制系統(tǒng)。

2.2FWD的工作原理

FWD的工作原理是通過計(jì)算機(jī)控制下的液壓系統(tǒng)提升并落下重錘，對(duì)路面施加脈沖荷載，荷載的大小通過改變錘重的提升高度可在相當(dāng)大的范圍內(nèi)調(diào)整，并通過剛性圓盤作用到路面上，路面的變形由5個(gè)～9個(gè)位移傳感器測出。FWD測速快，精度高，并較好地模擬了行車荷載的動(dòng)力作用，能夠量測到各級(jí)荷載作用下的路表面動(dòng)彎沉曲線，能夠準(zhǔn)確地反映彎沉盆的形狀。

2.3貝克曼梁式彎沉儀與F3ND對(duì)比試驗(yàn)分析

2.3.1相關(guān)性分析

貝克曼梁法在我國是路面設(shè)計(jì)彎沉指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)測定方法，應(yīng)用非常廣泛，為了充分發(fā)揮FWD的優(yōu)點(diǎn)，促進(jìn)FWD在國內(nèi)路基路面檢測中的應(yīng)用。有必要開展兩者之間的對(duì)比試驗(yàn)研究，研究比較不同設(shè)備、測試方法在相同工況下彎沉測試數(shù)據(jù)的相關(guān)陛，求出其回歸方程式LR=aLrvcD+b（式中分別代表貝克曼梁、落錘式彎沉儀測定的彎沉值），從而定量分析FWD與貝克曼梁的相關(guān)關(guān)系，對(duì)于確定在實(shí)際工程檢測中兩者能否相互替換具有現(xiàn)實(shí)意義。我們在本溪境內(nèi)幾條新建公路上分別用兩種方法試驗(yàn)得出的彎沉值線性回歸分析結(jié)果，兩者在瀝青路面上的相關(guān)性最好。底基層上的相關(guān)性次之，土基上的相關(guān)性最差。但其線性相關(guān)系數(shù)均大于0.95。

2.3.2重復(fù)性分析

為了對(duì)比FWD與貝克曼梁對(duì)路面的測試結(jié)果，以評(píng)價(jià)此兩種儀器的檢測性能，分別進(jìn)行了重復(fù)性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析可知，F(xiàn)WD在兩天內(nèi)所測得的路面彎沉值的相關(guān)系數(shù)在0.95左右，且兩天的變異系數(shù)相差不大，差值在0.01左右，變異系數(shù)均小于0.20：而采用貝克曼梁法在兩天內(nèi)所測得的路面彎沉值的相關(guān)系數(shù)均未超過90%。且兩天的變異系數(shù)相差較多，差值在0.02～0.16之間，變異系數(shù)均超過了0.2。這說明，F(xiàn)WD作為新型的彎沉檢測設(shè)備，在精度、穩(wěn)定性和檢測效率方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于貝克曼梁式彎沉儀。

3.結(jié)束語

地質(zhì)雷達(dá)作為一種可靠的、能夠密集采樣的無損檢測手段，因其連續(xù)準(zhǔn)確全面檢測全路段質(zhì)量狀況，可以客觀地評(píng)價(jià)面層厚度，保證工程施工質(zhì)量。FWD與貝克曼梁相比具有很大的優(yōu)越性，同時(shí)二者又存在著良好的線性相關(guān)陛。FWD彎沉檢測可以作為一種控制道路施工質(zhì)量的有效手段。