無損檢測(cè)在公路路基路面中的應(yīng)用

張淑娟 劉丹丹

摘 要：改革開放40年來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速騰飛，公路是國(guó)家最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，也隨之步入了高速發(fā)展階段。在我國(guó)公路建設(shè)里程持續(xù)增加的同時(shí)，很多早期修建的公路工程也面臨著養(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)造成破壞性的損傷，還存在工作效率低、代表性差等缺陷，面對(duì)著與日俱增的公路養(yǎng)護(hù)量，已無法滿足現(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。本文在全面了解路面檢測(cè)中無損檢測(cè)類型的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體案例，提出車載落錘式彎沉檢測(cè)法，以期全面提升檢測(cè)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：無損檢測(cè);路基路面;探地雷達(dá)

1 路面檢測(cè)中無損檢測(cè)法的類型

無損檢測(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。作為工業(yè)發(fā)展必不可少的有效工具，無損檢測(cè)是一個(gè)國(guó)家工業(yè)化水平的象征。在公路工程無損檢測(cè)中，常用的無損檢測(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，能夠在很短時(shí)間內(nèi)完成路面平整度檢測(cè)。其本質(zhì)是采用了激光測(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，剛性梁可安裝在車尾部。隨著承載車的行走，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。

1.2 探地雷達(dá)路面厚度檢測(cè)

探地雷達(dá)也被叫做透地雷達(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

某公路工程全長(zhǎng)32.903 km，重載超載現(xiàn)象嚴(yán)重。此外，建成通車時(shí)間較長(zhǎng)，在行車荷載和自然因素等長(zhǎng)期作用下，路面早期病害嚴(yán)重，甚至已對(duì)道路使用性能造成了一定影響。本路段整體路段情況分為兩段，其中K0+000～K8+180段，是在老縣道基礎(chǔ)上拓寬，現(xiàn)有路線長(zhǎng)度為8 180 m，12 m為路面寬度。其他路段則是在原路線基礎(chǔ)上改建，起訖樁號(hào)為K8+180～K77+739。2013年因路面病害嚴(yán)重，對(duì)嚴(yán)重路段原路面病害進(jìn)行了挖除處治，輕微病害段僅做修補(bǔ)處理，隨后在其上進(jìn)行了瀝青混凝土薄層罩面加鋪處理。

3 路況情況分析

本工程存在較為嚴(yán)重的超載重載情況，加之自然因素等長(zhǎng)期作用下，路面早期病害問題嚴(yán)重。隨著使用年限的不斷增加，路面病害進(jìn)一步加劇，甚至出現(xiàn)了嚴(yán)重的沉陷、坑槽等病害，大大降低了路面的使用性能。本工程于2013年進(jìn)行了一次薄層中修罩面處治，但僅能起到恢復(fù)表面功能的效果，未達(dá)到良好的原路面結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)作用，因此，路面病害問題仍很嚴(yán)峻。甚至出現(xiàn)了反射裂縫等現(xiàn)象。為避免路面病害持續(xù)發(fā)展，為有效控制路面病害，提高路面使用性能，做好路面結(jié)構(gòu)狀況檢測(cè)至關(guān)重要。近年來，無損檢測(cè)已成為路面結(jié)構(gòu)性能檢測(cè)的重要手段。彎沉檢測(cè)是路面養(yǎng)護(hù)維修當(dāng)中最關(guān)鍵的一項(xiàng)指標(biāo)，其目的是為了檢測(cè)路面強(qiáng)度，了解道路使用性能，為后期養(yǎng)護(hù)提供可靠的數(shù)據(jù)支持，從而保證行車舒適性和安全。作為一種檢測(cè)效率高、操作簡(jiǎn)單、精確度高的無損檢測(cè)技術(shù)，車載落錘式彎沉儀已廣泛運(yùn)用到各種等級(jí)的路面結(jié)構(gòu)性能檢測(cè)。在動(dòng)態(tài)荷載作用下，通過車載落錘式彎沉儀可產(chǎn)生動(dòng)態(tài)彎沉與彎沉盆，從而對(duì)路面強(qiáng)度、承載力進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。車載落錘式彎沉儀是一種常見的路面無損檢測(cè)設(shè)備，將其用于路面檢測(cè)，可有效提升測(cè)定的精準(zhǔn)度。

4 車載落錘式彎沉檢測(cè)分析

4.1 試驗(yàn)檢測(cè)流程

在路面無損檢測(cè)中，采用車載落錘式彎沉儀檢測(cè)時(shí)，需先布設(shè)測(cè)點(diǎn)，并按照既定的流程進(jìn)行試驗(yàn)操作。

（1）測(cè)點(diǎn)布置。根據(jù)路面實(shí)際情況，確定測(cè)點(diǎn)位置和數(shù)量。一般，可將測(cè)點(diǎn)布設(shè)到行車道輪跡帶上，并利用距離傳感器定位，從而獲取彎沉值。

（2）試驗(yàn)過程中，要根據(jù)具體情況，適當(dāng)調(diào)節(jié)車載落錘式彎沉儀的承壓板位置，保證其始終與測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)，隨后放下所有傳感器，并將落錘裝置啟動(dòng)。待車載落錘式彎沉儀自由下落后，將有巨大沖擊力產(chǎn)生，在此過程中傳感器可自動(dòng)捕捉到落錘對(duì)路面結(jié)構(gòu)所形成的位移變化，通過計(jì)算機(jī)設(shè)備便可自動(dòng)記錄與計(jì)算該變形情況，從而獲取路面動(dòng)態(tài)彎沉盆。

4.2 試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

通過車載落錘式彎沉儀對(duì)本路段進(jìn)行彎沉檢測(cè)，所得結(jié)果如下：彎沉值分布范圍在15～30（0.01 mm），占40%左右，彎沉值在30（0.01 mm）以上的，占30%左右。由此說明，本工程的彎沉值、變異系數(shù)偏大，相比設(shè)計(jì)彎沉，實(shí)測(cè)彎沉值較大。

為了有效控制計(jì)算誤差，在計(jì)算時(shí)，需對(duì)溫度、濕度等環(huán)境因素是否會(huì)影響彎沉盆進(jìn)行綜合考慮。一般可做溫度場(chǎng)試驗(yàn)，將傳感器埋設(shè)到路線內(nèi)，從而獲取路面結(jié)構(gòu)層的實(shí)測(cè)溫度，并得到溫度修正系數(shù)。結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行彎沉季節(jié)修正，所選計(jì)算公式如下：

其中，代表彎沉可由表示;全部測(cè)點(diǎn)彎沉的平均值可由表示;全部測(cè)點(diǎn)彎沉的標(biāo)準(zhǔn)差可由S表示;保證率有關(guān)的系數(shù)可由Z0表示;溫度修正系數(shù)可由K3表示;季節(jié)修正系數(shù)可由K1表示。

通過公式可得彎沉結(jié)果，彎沉平均值為25（0.01 mm），標(biāo)準(zhǔn)差為15.26（0.01 mm），變異系數(shù)為61.02%，代表值為50.01（0.01 mm）。

4.3 路面結(jié)構(gòu)承載力評(píng)價(jià)

經(jīng)分析，本路段路面結(jié)構(gòu)彎沉較大，局部路段土基模量小，存在嚴(yán)重的路面病害問題，路面結(jié)構(gòu)已無法達(dá)到當(dāng)前交通流量需求，因此，需進(jìn)行改造處治?；诮?jīng)濟(jì)性原則，為充分利用原路面結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡可能降低挖補(bǔ)量，僅挖補(bǔ)嚴(yán)重病害路段。方案為彎沉40（0.01 mm）以上部分做挖補(bǔ)補(bǔ)強(qiáng)處治，待基層底基層挖除之后，可填補(bǔ)水泥穩(wěn)定碎石，20 cm～30 cm厚。此外，銑刨面層瀝青混合料，或加鋪冷再生瀝青混合料。由此可見，適當(dāng)調(diào)節(jié)路面結(jié)構(gòu)組合形式，如調(diào)整基層或面層厚度，提升土基承載力，便可滿足重載交通需求。

5 結(jié)束語

綜上所述，傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)多為鉆芯取樣法，該檢測(cè)法將會(huì)破壞路面結(jié)構(gòu)，且取芯檢測(cè)點(diǎn)位密度較小，不利于檢測(cè)的準(zhǔn)確性。無損檢測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)鉆芯取樣技術(shù)的不足，更具高效化、精確性。尤其是超聲波檢測(cè)法的應(yīng)用，可以便捷、低成本、準(zhǔn)確地檢測(cè)出評(píng)價(jià)公路工程的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，如壓實(shí)度、密度、平整度、厚度、滲水系數(shù)等。這也是有效控制公路工程質(zhì)量的關(guān)鍵，與公路事業(yè)能否穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展意義重大。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙建三，郭云開，唐平英，等.公路路基工程質(zhì)量無損檢測(cè)綜合技術(shù)試驗(yàn)研究[J].長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，21（1）：34-38.

[2]趙建三，李亭.瑞雷波法應(yīng)用于高速公路路基工程質(zhì)量無損檢測(cè)試驗(yàn)研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，30（1）：107-112.