無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在高速公路施工檢測(cè)中的應(yīng)用研究

■陳曉亮

(河北省交通建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司，石家莊 050000)

0 引言

隨著我國(guó)西部開(kāi)發(fā)的力度增大，該地區(qū)地廣人稀，地理結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自然環(huán)境惡劣，交通基礎(chǔ)設(shè)施比較滯后，大部分地區(qū)的道路存在里程長(zhǎng)且等級(jí)低的現(xiàn)象[1-3]。西部地區(qū)面臨新一輪的道路新建或改建，為提升公路工程的整體施工質(zhì)量和路用性能，需提高公路施工檢測(cè)過(guò)程中的技術(shù)水平[4]。傳統(tǒng)的路基路面檢測(cè)以人工檢測(cè)為主，不僅需要耗費(fèi)大量的人力、物力，還會(huì)造成路面結(jié)構(gòu)的破壞[5]。因此，需研究新疆地區(qū)自動(dòng)化水平較高的公路檢測(cè)新技術(shù)，以達(dá)到快速無(wú)損檢測(cè)的目的。

公路檢測(cè)技術(shù)水平的提升可服務(wù)于路基路面設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)整、道路施工質(zhì)量控制、道路綜合質(zhì)量評(píng)定等。路基檢測(cè)指標(biāo)一般包括壓實(shí)度和彎沉值兩個(gè)方面，路面檢測(cè)指標(biāo)包括壓實(shí)度、壓實(shí)厚度、路面彎沉和路面平整度等[6-8]。本文以某高速公路建設(shè)為依托，對(duì)公路施工檢測(cè)中應(yīng)用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究分析，有利于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在中西部地區(qū)公路工程中的推廣應(yīng)用。

1 工程概況

該工程項(xiàng)目路線全長(zhǎng)68.66km。主線采用高速公路標(biāo)準(zhǔn)，路基寬26m，雙向6車(chē)道，設(shè)計(jì)速度100km/h。在公路建設(shè)過(guò)程中，為校驗(yàn)施工質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)，采用無(wú)損檢測(cè)方法對(duì)壓實(shí)度、彎沉值、平整度等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)路段路面結(jié)構(gòu)為5cm中粒式瀝青混凝土面層，基層采用25cm的水泥穩(wěn)定砂礫，底基層采用35cm級(jí)配碎石底基層。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 路基路面壓實(shí)度快速檢測(cè)

圖1 道路結(jié)構(gòu)示意圖

壓實(shí)度是路面檢測(cè)混凝土密度與室內(nèi)混凝土標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)密度之比，壓實(shí)度檢測(cè)方法一般包括灌砂法、環(huán)刀法等，但該方法需要對(duì)路面進(jìn)行取芯，不僅會(huì)造成路面結(jié)構(gòu)的損壞，還需要消耗大量人力、物力，不適合在新建地區(qū)中廣泛推廣。在本工程項(xiàng)目中，采用土壤無(wú)核濕密度儀法進(jìn)行公路路基壓實(shí)度檢測(cè)，采用瀝青無(wú)核密度儀對(duì)瀝青路面壓實(shí)度進(jìn)行快速檢測(cè)。

2.1 快速檢測(cè)路基壓實(shí)度

(1)土壤無(wú)核濕密度儀檢測(cè)原理

土壤無(wú)核濕密度儀檢測(cè)的基本原理是時(shí)域反射技術(shù)，在路基土壤中插入金屬鋼針，以脈沖發(fā)生器進(jìn)行電磁脈沖，對(duì)信號(hào)的傳播時(shí)間和電壓信號(hào)進(jìn)行采集、處理。最終獲取土體實(shí)際的干密度、濕度，其基本原理見(jiàn)圖2。

圖2 土壤無(wú)核濕密度儀檢測(cè)原理圖

(2)土壤無(wú)核濕密度儀檢測(cè)應(yīng)用

高速公路檢測(cè)段基層材料采用的是水泥穩(wěn)定碎石材料，為研究土壤無(wú)核濕密度儀在路基壓實(shí)度檢測(cè)中的具體表現(xiàn)，分別采用土壤無(wú)核濕密度儀檢測(cè)法和灌砂法對(duì)路基壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

表1 土壤無(wú)核濕密度儀路基壓實(shí)度測(cè)試結(jié)果

表2 灌砂法路基壓實(shí)度測(cè)試結(jié)果

通過(guò)兩種方法對(duì)路基測(cè)試結(jié)果顯示，干密度相對(duì)誤差為0.5%左右，壓實(shí)度相對(duì)誤差為0.7%左右。

2.2 快速檢測(cè)瀝青面層壓實(shí)度

(1)無(wú)核密度儀檢測(cè)原理

瀝青無(wú)核密度儀檢測(cè)的基本原理是通過(guò)電磁表面接觸法測(cè)試混合料的密度，無(wú)核密度儀在進(jìn)行檢測(cè)前，需要對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定，該儀器需要實(shí)測(cè)周邊四個(gè)方向的密度從而進(jìn)行密度標(biāo)定。該儀器科研實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化計(jì)算壓實(shí)度、平均密度和孔隙率等指標(biāo)，較為直接地判別瀝青路面的均勻性，可提高路面檢測(cè)的工作效率，其基本原理見(jiàn)圖3。

圖3 無(wú)核密度儀檢測(cè)原理圖

(2)無(wú)核密度儀檢測(cè)應(yīng)用

高速公路檢測(cè)段上面層采用的是AC-13級(jí)配瀝青混合料，中面層采用的是AC-16級(jí)配瀝青混合料，采用無(wú)核密度儀對(duì)瀝青路面的中上面層的壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，并與取芯測(cè)試的試件壓實(shí)度進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果如表3、表4所示。

表3 AC-13瀝青混合料壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果

表4 AC-16瀝青混合料壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)AC-13瀝青路面上面層和AC-16瀝青路面中面層壓實(shí)度的檢測(cè)對(duì)比，研究認(rèn)為，無(wú)核密度儀對(duì)于上面層檢測(cè)的效果更優(yōu)，中面層及以下的探測(cè)結(jié)果相對(duì)誤差較大，但仍舊符合公路檢測(cè)規(guī)范中的相關(guān)要求。其根本原因是無(wú)核密度儀的探測(cè)信號(hào)會(huì)隨探測(cè)深度的變大而削弱。

3 路基路面彎沉快速檢測(cè)

彎沉檢測(cè)儀器包括車(chē)載式落錘彎沉儀、貝克曼梁、便攜式落錘彎沉儀和激光自動(dòng)彎沉儀四種?？紤]到西部地區(qū)地勢(shì)起伏較大，車(chē)載式落錘彎沉儀和激光自動(dòng)彎沉儀自動(dòng)化水平較高且容易攜帶使用，因此在實(shí)際道路檢測(cè)過(guò)程中使用較多。

3.1 車(chē)載式FWD快速檢測(cè)彎沉

(1)車(chē)載式落錘彎沉儀工作原理

車(chē)載式落錘彎沉儀即裝載在拖車(chē)上的落錘彎沉儀，主要包括位移傳感器、加載設(shè)備、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等主要部分。其工作原理是：在計(jì)算機(jī)控制模式下，將重錘儀通過(guò)液壓提升置一定高度后自由下落，給路面施加脈沖荷載使路面位移傳感器檢測(cè)路面表層的變形狀況，系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理即可快速輸出路面彎沉值，其基本原理見(jiàn)圖4。

圖4 車(chē)載式落錘彎沉儀檢測(cè)原理圖

(2)車(chē)載式落錘彎沉儀應(yīng)用

檢測(cè)過(guò)程中采用不同結(jié)構(gòu)層的瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面作為測(cè)試對(duì)象，彎沉測(cè)試的路段區(qū)間每間隔20m檢測(cè)一次，在同一布測(cè)位置需要錘擊3次，以第2次和第3次測(cè)定數(shù)據(jù)的平均值作為該點(diǎn)實(shí)際彎沉代表值。研究將車(chē)載式落錘彎沉儀與普通貝克曼梁法測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總對(duì)比，結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同檢測(cè)方案下彎沉值數(shù)據(jù)對(duì)比

通過(guò)激光自動(dòng)彎沉儀和貝克曼梁法對(duì)路面彎沉進(jìn)行測(cè)試，研究認(rèn)為：二者在檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果上整體趨勢(shì)較為接近，但具體的檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果仍存在一定偏差。由于激光自動(dòng)彎沉儀裝載在檢測(cè)車(chē)底部，檢測(cè)車(chē)行駛速度的大小會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成一定影響。因此，激光自動(dòng)彎沉儀檢測(cè)需要對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格調(diào)整。

通過(guò)車(chē)載式落錘彎沉儀和貝克曼梁法對(duì)路面彎沉進(jìn)行測(cè)試，研究認(rèn)為：二者在檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果上較為接近，相對(duì)誤差較小，車(chē)載式落錘彎沉儀檢測(cè)數(shù)據(jù)略小于貝克曼梁檢測(cè)數(shù)據(jù)。

3.2 激光自動(dòng)彎沉儀

(1)激光自動(dòng)彎沉儀工作原理

激光自動(dòng)彎沉儀是以激光測(cè)距為基礎(chǔ)的彎沉記錄儀器，該方法和普通貝克曼梁檢測(cè)原理相近，采用杠桿的位移來(lái)表征路面結(jié)構(gòu)的變形，激光距離傳感器主要用于測(cè)試路面變形致較平位置的距離，即彎沉值大小，其基本原理見(jiàn)圖6。

(2)激光自動(dòng)彎沉儀應(yīng)用

高速公路采用的激光自動(dòng)彎沉儀具體參數(shù)規(guī)格見(jiàn)表5，以隨機(jī)選擇的200m檢測(cè)路段獲取50個(gè)點(diǎn)位彎沉數(shù)據(jù)，將激光自動(dòng)彎沉儀與普通貝克曼梁法測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總對(duì)比，結(jié)果如圖7所示。

圖6 激光自動(dòng)彎沉儀檢測(cè)原理圖

表5 激光自動(dòng)彎沉儀參數(shù)規(guī)格

圖7 不同檢測(cè)方案下彎沉值數(shù)據(jù)對(duì)比

4 探地雷達(dá)路面厚度無(wú)損檢測(cè)

(1)探地雷達(dá)路面厚度無(wú)損檢測(cè)原理

探地雷達(dá)是一種連續(xù)、自動(dòng)化的路面厚度無(wú)損檢測(cè)方法，在檢測(cè)過(guò)程中無(wú)需像鉆芯法一樣破壞路面結(jié)構(gòu)。其次，它可以實(shí)現(xiàn)路段的連續(xù)檢測(cè)，可大大提高檢測(cè)工作效率，從一定程度上獲取的樣本數(shù)量較多，其分析統(tǒng)計(jì)的結(jié)果數(shù)據(jù)也更為可靠，可更為精準(zhǔn)地反映路面真實(shí)厚度情況。與此同時(shí)，灘地雷達(dá)在工作過(guò)程中，可以識(shí)別路面裂縫、混凝土板層脫空等施工缺陷。一般而言，探地雷達(dá)可分為高頻和低頻兩種檢測(cè)天線，高頻雷達(dá)可探測(cè)50cm內(nèi)的路面結(jié)構(gòu)情況，低頻雷達(dá)可探測(cè)1m左右厚度的路面結(jié)構(gòu)，其基本原理見(jiàn)圖8。

圖8 探地雷達(dá)路面厚度無(wú)損檢測(cè)原理圖

(2)探地雷達(dá)路面厚度無(wú)損檢測(cè)應(yīng)用

對(duì)高速某段瀝青路面進(jìn)行瀝青混凝土層厚度檢測(cè)，將探地雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)的路面厚度與實(shí)際鉆芯試驗(yàn)厚度進(jìn)行對(duì)比，其試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 兩種方式下路面厚度檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

將探地雷達(dá)和路面取芯得到的路面厚度進(jìn)行對(duì)比分析，研究認(rèn)為：兩種方式在檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果方面較為接近，絕對(duì)誤差在5%以內(nèi)，符合公路檢測(cè)的具體規(guī)范要求，說(shuō)明探地雷達(dá)對(duì)路面厚度檢測(cè)的科學(xué)性和有效性。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)高速公路改擴(kuò)建或新建工程中進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，可以建立以壓實(shí)度、彎沉、厚度等道路檢測(cè)關(guān)鍵指標(biāo)的評(píng)價(jià)體系，針對(duì)新疆地區(qū)道路工程的特殊性和復(fù)雜性，選用適用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可以提高施工現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)效率和道路鋪筑質(zhì)量水平。在簡(jiǎn)化檢測(cè)流程的同時(shí)，縮短了道路檢測(cè)周期，節(jié)約了大量的人力，推動(dòng)了道路交通整體的發(fā)展水平。