在役高速公路路基性能評價及快速檢測技術(shù)分析

徐天檄

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高速公路也得到了快速發(fā)展，并且已經(jīng)具備了一定的規(guī)模及體系，因此在役高速公路的養(yǎng)護(hù)已是高速公路發(fā)展及建設(shè)的重點(diǎn)，其路基性能的評價及檢測成為一項(xiàng)重要的研究內(nèi)容。本文結(jié)合某高速公路工程探討了三種路基性能評價的方法，分別為線性加權(quán)評價法、灰色類聚評價法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價法，并列舉了幾種快速檢測的技術(shù)。

Abstract： With the rapid development of China's economy， the expressway has also developed rapidly and already has a certain scale and system. Therefore， the maintenance of in-service expressway is the focus of expressway development and construction， and its evaluation of roadbed performance and testing has become an important research content. In this paper， three kinds of roadbed performance evaluation methods are discussed in combination with a highway engineering. They are linear weighted evaluation method， gray class evaluation method and BP neural network evaluation method， and several quick detection techniques are listed.

關(guān)鍵詞：高速公路路基；性能評價；檢測技術(shù)

Key words： expressway subgrade；performance evaluation；detection technology

中圖分類號：U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）35-0165-02

0 引言

隨著我國交通運(yùn)輸行業(yè)的快速發(fā)展，交通負(fù)荷量也越來越重。公路的承重主體即為路基，路基不僅受車輛壓力的影響，還會受到自然環(huán)境等因素的影響，會經(jīng)常出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象。為了保證交通運(yùn)輸?shù)臅惩?，延長高速公路的使用壽命，就必須對損壞的路段進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)，因此加強(qiáng)對在役高速公路性能的評價及檢測技術(shù)水平是十分有必要的。本文結(jié)合某高速公路運(yùn)輸干道分析高速公路性能評價方法及快速檢測技術(shù)。

1 某高速公路路基分析研究

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，某高速公路的交通量不斷擴(kuò)增，原有的四車道不得不改為八車道才能滿足需求。該高速公路投入運(yùn)營的二十年間，由于交通量不斷增長，路基負(fù)荷量越來越大，加上受自然環(huán)境因素的影響，致使路基的性能發(fā)生了改變，部分路基產(chǎn)生了一定程度的病害。因此，對在役高速公路路基性能的評價及檢測技術(shù)的研究有著十分重要的意義。

2 在役高速公路路基性能評價

2.1 線性加權(quán)評價法

線性加權(quán)評價法的基本流程是：第一步，先計(jì)算出各路面的綜合破損率（DR），再將DR值代入換算公式中，從而計(jì)算路面狀況指數(shù)，所得到的數(shù)值越大，說明路況越好；第二步，根據(jù)路面的彎沉指數(shù)計(jì)算其強(qiáng)度指數(shù)（SSI），計(jì)算得到的數(shù)值越大，表明路段強(qiáng)度越好；第三步，計(jì)算出路面抗滑指數(shù)（BPN）和路面行駛質(zhì)量指數(shù)（RQI），它們的數(shù)值越大，路況越理想；第四步，利用得到的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值計(jì)算出路面綜合評價指標(biāo)（MQI）。線性加權(quán)評價法的特征是通過選定權(quán)值，然后利用加權(quán)求和的方法，計(jì)算出一個統(tǒng)一的數(shù)值，根據(jù)該數(shù)值的大小來劃分路段。

對在役高速公路路基性能的評價中使用線性加權(quán)評價法的優(yōu)點(diǎn)是：只需要進(jìn)行實(shí)地勘察，然后收集相關(guān)的資料，實(shí)地檢測的工作量少，能有效節(jié)約人力、物力以及財(cái)力，并且對路基性能評價結(jié)果有一定的精確度。

2.2 灰色聚類評價法

由于當(dāng)前還比較缺乏對高速路路基性能的評價模型，因而我們將路面性能評價模型作為參考及借鑒。路面性能評價體系包括分項(xiàng)指標(biāo)及綜合性指標(biāo)，路面性能評估方法包括回歸模型法及系統(tǒng)分析法。這些方法運(yùn)用于高速路路基性能評價中都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，但對路基性能進(jìn)行評估時要根據(jù)實(shí)際情況運(yùn)用科學(xué)有效的方法。目前灰色聚類評價運(yùn)用于瀝青路面的性能測試已取得理想效果，因而可以借鑒到路基性能的評價中。路基性能受諸多因素的影響，例如使用條件、作用負(fù)載、結(jié)構(gòu)層性質(zhì)及環(huán)境因素等，由于這些因素對路基作用機(jī)理及性能的影響程度還不能完全掌握，因而我們可以用灰色聚類評估法對這一“灰色”特征進(jìn)行分析評價。采集和處理已知部分的信息，并對這些信息進(jìn)行定量及定性分析，然后按照灰類進(jìn)行劃分、歸納，從而完成對高速公路路基性能的評價?；疑垲愒u價方法用于高速公路路基評價的特征是誤差小、精確度高。

2.3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價法

人工智能研究中人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是其中重要組成部分，該系統(tǒng)是由人腦構(gòu)造基本單元組成，通過模擬人腦的思維過程，從而得到的一種計(jì)算思維模型。該系統(tǒng)主要有信息協(xié)同處理及分布式儲存、學(xué)習(xí)能力強(qiáng)、具有集體運(yùn)算的能力、容錯性強(qiáng)、善于綜合聯(lián)想及推廣、數(shù)據(jù)擬合能力好等特質(zhì)。BP網(wǎng)絡(luò)通常應(yīng)用于模式識別、數(shù)據(jù)壓縮、函數(shù)逼近、矢量分類，運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對高速路路基性能進(jìn)行評價，其中的復(fù)雜對應(yīng)關(guān)系可以精確的模擬出來，并且自動確定其中的權(quán)值。

3 快速檢測技術(shù)

3.1 探地雷達(dá)檢測

探地雷達(dá)是一種新型的高速路檢測技術(shù)，近幾年才在我國得到應(yīng)用。探地雷達(dá)技術(shù)的工作原理是：將高頻電磁波由地面的發(fā)射天線傳送至地下，當(dāng)電磁波經(jīng)異常發(fā)射體或地層返回至地面，電磁波反射信號由接受天線接收，通過分析返回電磁波的振幅及時頻特征，以此了解路面下層的信息，從而得出檢測結(jié)果。探測雷達(dá)的工作頻率影響探測的深度和分辨能力，當(dāng)工作頻率高時探測的深度小，分辨能力強(qiáng)；當(dāng)工作頻率低時探測的深度大，分辨能力弱。當(dāng)工作頻率不變時，探測的深度受場地介質(zhì)電阻的影響，電阻率小，則探測深度小，電阻率大，則探測的深度大。探地雷達(dá)通常用來初步檢測相對不利路段，能總體上判別檢測路段路基填筑的情況。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時，要消除高頻傳輸及擴(kuò)散引發(fā)的低頻組分，消除噪聲的影響及自然環(huán)境引起的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，根據(jù)具體情況分析頻率譜、振幅譜，通過分析得到濾波器的參數(shù)，然后對慮波進(jìn)行處理，去除干擾、突出有利反射波。endprint

探地雷達(dá)檢測技術(shù)不僅可以檢測路面的厚度，還可以分析出路基松散情況、瀝青剝落情況、各層結(jié)構(gòu)松散情況、橋面鋪裝剝離情況及路面板塊脫空情況等。探地雷達(dá)檢測方法具有快速、無損、信息量大及精度高的特點(diǎn)，而且檢測過程中不會對交通造成影響，在高速路路基質(zhì)量檢測中得以廣泛應(yīng)用。探地雷達(dá)技術(shù)使高速公路無破損檢測問題得到了解決，試驗(yàn)證明檢測效果理想。無論是公路改建擴(kuò)建，還是舊路的維修養(yǎng)護(hù)，或者新建設(shè)的高速路，都可以運(yùn)用該方法對公路質(zhì)量進(jìn)行檢測評價，因此具有巨大的推廣意義。

3.2 瞬態(tài)瑞利波檢測

瞬態(tài)瑞利波法作為一種新技術(shù)主要應(yīng)用于巖石工程原位測試，該法是通過分析瑞利波在介質(zhì)中的傳播速度及頻散特性與巖石物理力學(xué)性質(zhì)的關(guān)系，從而解決工程的問題。瑞利波到達(dá)速度、彈性或密度不同的介質(zhì)界面上時，會出現(xiàn)折射、反射的現(xiàn)象，并且產(chǎn)生界面波。瑞利波在均勻的介質(zhì)中其振幅會隨著深度的增大而逐漸減小，瑞利波的波長影響其播深度，波長越長，傳播的深度越大。介質(zhì)的彈性參數(shù)影響瑞利波的傳播速度，主要包括：介質(zhì)的剪切波速度、壓縮速度及密度，其中剪切波的速度是主要影響的參數(shù)。瑞利波在地層傳播經(jīng)過水平分層地層時，由于各界面包含了多個模態(tài)，使得彈性波途徑各個界面時不斷透射、反射、諧振，加上地表疊加、干涉的過程，致使瑞利比的波長及彈性能量不斷變化。瑞利波的模態(tài)組成受各地層的彈性結(jié)構(gòu)影響，應(yīng)用瑞利波探測方法就必須研究分析各地層結(jié)構(gòu)的瑞利波模態(tài)特征。

地層深度增加時其剛度也隨之增加，這是最常見、最簡單的地層分層結(jié)構(gòu)。在這樣的地層結(jié)構(gòu)中瑞利波的能量大部分都集中在基階模態(tài)中，根據(jù)簡單的頻散特征就能求出地層的彈性參數(shù)。若地表覆蓋的是高剛度地層，或者地層中存在軟弱夾層，瑞利波的能量就會分散到基階及各個高階模態(tài)中，頻散特征就會變得十分復(fù)雜。若要計(jì)算出地層的彈性分層結(jié)構(gòu)就需將多個模態(tài)綜合利用。

相關(guān)試驗(yàn)表明，應(yīng)用瞬態(tài)瑞利波檢測高速路路基性能的是有效、可靠的，該方法不僅操作簡單、快捷，而且檢測精確度較高，容易普檢。

3.3 DCP檢測

DCP檢測法即利用動力錐貫入儀（DCP）對高速路路基性能進(jìn)行檢測，動力錐貫入儀主要用于判斷二灰土基層、路基、底基層及無粘結(jié)基層的各種深度的承載能力，通常的評價指標(biāo)為回彈模量及CBR值。動力錐貫入儀是一種小型輕便的觸探儀，主要應(yīng)用于基土原位的測試，其主要組成部分中圓錐頭的直徑為20mm，錘重為4.6kg及8kg，錐尖為60度，落距為575mm，貫入桿長為1000mm，讀尺為1000mm。動力錐貫入儀每擊一次的貫入值在讀尺中直接讀出，貫入值與相應(yīng)的路基性能存在一定的關(guān)系，如土基強(qiáng)度、加州承載比、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度等。通過儀器的標(biāo)準(zhǔn)貫入，即得到各地層的貫入值，再根據(jù)貫入值換算為相應(yīng)的指標(biāo)，由此判定路基各地層的承載能力及整個路基的承載能力。

DCP檢測法的特點(diǎn)是測定不受場地的限制，操作簡單、快捷，主要應(yīng)用于路基承載能力評價及施工過程的檢測。

3.4 鉆探檢測

鉆探檢測就是對路基進(jìn)行鉆孔取樣，然后對取出的樣本進(jìn)行分析研究，根據(jù)各個樣本的指標(biāo)判斷路基的性能。鉆探取樣時對二灰土、二灰碎石、瀝青路面應(yīng)全部取樣。采取試樣主要是運(yùn)用鉆機(jī)干鉆的方法，對于填土土基的采樣則用壓入法。采樣完成后需用水泥漿封好取樣孔，并做好現(xiàn)場清理工作。取到的石灰石、二灰碎石須進(jìn)行抗壓強(qiáng)度的分析，填土土基須進(jìn)行干重度檢測及物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，粉煤炭及糞土須進(jìn)行可分試驗(yàn)，弱膨脹土須進(jìn)行膨脹壓力、自由膨脹率的試驗(yàn)。

鉆探檢測方法應(yīng)用于高速路路基性能的檢測，有著其他檢測方法不可比擬的優(yōu)勢，由于該方法是直接對路基進(jìn)行鉆探取樣、檢測，檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度高，更能反映路基的實(shí)際性能狀態(tài)。但是運(yùn)用該法鉆探取樣時由于占用的面積大，因而會給交通帶來嚴(yán)重影響。

4 結(jié)束語

隨著我國交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，高速路的車流量急速增加，公路負(fù)荷量越來越大，給我國高速公路的維護(hù)及建設(shè)帶來巨大的難題，影響交通的正常運(yùn)輸。因此，我們要加強(qiáng)對在役高速公路路基性能評價方法的研究，并不斷提高快速檢測的方法技術(shù)水平，從而保證在役高速公路的使用性及安全性，保證交通運(yùn)輸業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張德津，李清泉.公路路面快速檢測技術(shù)發(fā)展綜述[J].測繪地理信息，2015（01）：1-8.

[2]王楹.高速公路路基路面使用性能檢測評定與養(yǎng)護(hù)規(guī)劃[J].公路與汽運(yùn)，2016（03）：125-127.

[3]陳育書.路面快速檢測技術(shù)與科學(xué)決策實(shí)踐[J].廣東公路交通，2016（04）：25-28.

[4]龍曙東，龍劭一.婁新高速公路新老路基土性能快速檢測與數(shù)據(jù)分析研究[J].湖南交通科技，2012（04）：28-30，34.

[5]李振存.在役高速公路路基性能評價及快速檢測技術(shù)[J].長沙理工大學(xué)，2014.

[6]李慧申，廖衛(wèi)東，李向東.灰色聚類評估在高速公路原有路況評價中的應(yīng)用[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)城市科學(xué)版，2005（6）：18.endprint