公路病害檢測(cè)常用方法淺析

史媛　馮玉華　楊傳燕

摘 要：本文詳細(xì)分析了幾種常見的公路病害檢測(cè)方法及其適用范圍，為后續(xù)公路病害的進(jìn)一步研究提供了可參考的價(jià)值。

關(guān)鍵詞：公路病害;形成機(jī)理;檢測(cè)技術(shù)

1 引言

自改革開放以來，我國公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)得到了迅猛發(fā)展，截止到2015年末，全國的公路總里程為457.73萬公里，公路密度高達(dá)47.68公里/百平方公里（如圖1所示）[1]，面對(duì)如此龐大的公路里程數(shù)，傳統(tǒng)的檢測(cè)手段（如錘擊、鉆孔等）檢測(cè)效率太低，無法對(duì)大片區(qū)域做出快速準(zhǔn)確的評(píng)估。因此，已經(jīng)不能滿足公路安全運(yùn)營的需求，比如高速公路，會(huì)直接影響高速公路的使用年限。

而實(shí)現(xiàn)公路路況的快速無損檢測(cè)、分析與決策對(duì)于提高公路養(yǎng)護(hù)的科學(xué)化水平至關(guān)重要。本文針對(duì)公路路面常見病害的各種無損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了分析和探討。

圖1 2011-2015年全國公路總里程及公路密度

2.公路病害常用檢測(cè)方法

在公路病害檢測(cè)領(lǐng)域常用的方法主要有：探地雷達(dá)檢測(cè)、瑞雷面波檢測(cè)和激光三角法檢測(cè)。本文將詳細(xì)介紹這三種傳統(tǒng)的檢測(cè)方法。

2.1 探地雷達(dá)檢測(cè)[4，5]

探地雷達(dá)是一種新型的無損且高效的探測(cè)儀器，已經(jīng)在公路、機(jī)場(chǎng)、隧道、建筑、地下管道以及勘探等工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

該方法相較于傳統(tǒng)的鉆孔取芯和室內(nèi)試驗(yàn)方法，可以快速準(zhǔn)確的檢測(cè)出公路病害范圍，并通過分析可以判定出病害的種類和成因，特別是對(duì)探測(cè)公路的深層病害及地質(zhì)狀況具有更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

該方法利用了高頻電磁波的反射和接收技術(shù)。在探測(cè)時(shí)，通過發(fā)射天線向地下定向發(fā)射脈沖電磁波，當(dāng)脈沖電磁波在傳播過程中遇到有電性差異的界面（介電常數(shù)和電導(dǎo)率不同）就會(huì)形成反射或者散射，通過對(duì)反射回來的脈沖電磁波進(jìn)行接收、校正、疊加、濾波、和偏移等處理，并依據(jù)介質(zhì)的不同介電常數(shù)和電導(dǎo)率就可以確定出電磁波在介質(zhì)中的傳播速度，根據(jù)電磁波傳播時(shí)間就可以確定出界面的位置，再通過對(duì)接收的反射波形態(tài)、振幅、變化特征進(jìn)行分析，并結(jié)合地球物理解釋模型就可以判定界面性質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)病害的檢測(cè)。該方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)路基開裂、沉陷、脫落、不密實(shí)、起伏、高含水區(qū)、軟臥層以及滑動(dòng)面的無損檢測(cè)，并在目前的工程應(yīng)用中得到了推廣。

2.2 瑞雷面波檢測(cè)[6-8]

瑞雷波檢測(cè)方法是近年來發(fā)展起來的檢測(cè)新方法。與探地雷達(dá)相似，瑞雷波檢測(cè)是一種利用沿介質(zhì)表層傳播的瑞雷面波對(duì)混凝土內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行的無破損、探測(cè)深度可控、高速快捷的檢測(cè)新方法。利用該方法可以很好的實(shí)現(xiàn)路基壓實(shí)度的快速檢測(cè)，可實(shí)時(shí)給出定量檢測(cè)結(jié)果，并且檢測(cè)結(jié)果直觀，克服了探地雷達(dá)定性檢測(cè)的缺點(diǎn)。

常用的瑞雷波檢測(cè)方法主要有瞬態(tài)法和穩(wěn)態(tài)法兩種，二者的區(qū)別在于震源深度不同。瞬態(tài)法通過錘擊使地面產(chǎn)生所需頻率范圍的瞬態(tài)激勵(lì)，并通過安置在地面上的多個(gè)檢波器來拾取介質(zhì)振動(dòng)，其采集到的信號(hào)基本為瑞雷波的垂直分量，通過對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)頻率濾波消除各種干擾信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析和處理后就可以獲得該地下結(jié)構(gòu)的頻散曲線。

穩(wěn)態(tài)激振法的基本原理是通過振動(dòng)器激發(fā)出頻率范圍為2-9900Hz的瑞雷波，其頻率精度與所選的頻率數(shù)量級(jí)有關(guān)，且最高精度可達(dá)0.001Hz，這種頻率高精確的穩(wěn)定振動(dòng)是保證準(zhǔn)確探測(cè)的前提，因此稱為穩(wěn)態(tài)振動(dòng)法。由于利用了層狀介質(zhì)中瑞雷波的頻散特性，穩(wěn)態(tài)法中的頻率通過信號(hào)發(fā)生器來控制。根據(jù)運(yùn)算器根據(jù)1號(hào)和2號(hào)檢波器之間的實(shí)際距離參數(shù)和通過互相關(guān)方法計(jì)算出的兩個(gè)檢波器的時(shí)差便可計(jì)算出速度，再通過公式就可以確定出相應(yīng)的探測(cè)深度。在利用穩(wěn)態(tài)法進(jìn)行實(shí)際探測(cè)時(shí)，由于采用分頻測(cè)試，激振頻率可以降至較低頻率（2-3Hz）進(jìn)而實(shí)現(xiàn)較大深度的探測(cè)。但在實(shí)際應(yīng)用中該儀器過于龐大，且施工進(jìn)度較慢，工作效率很低，因此不適合于大范圍推廣。

2.3 激光三角法檢測(cè)[9]

目前，國內(nèi)高端儀器設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的測(cè)量方法為激光三角法。該方法通過激光器以一定角度發(fā)射出一束激光照射到被檢測(cè)物表面，經(jīng)被檢測(cè)表面反射的激光利用透鏡收集并照射到CCD相機(jī)上，通過移動(dòng)被檢測(cè)的位置并對(duì)采集的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理就可以得到被測(cè)物的移動(dòng)信息。雖然該方法測(cè)量精度受相機(jī)和激光器的相對(duì)關(guān)系影響較大，但其分辨率可達(dá)到微米量級(jí)，完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)公路路面的車轍、沉陷、坑槽以及麻面的檢測(cè)，且具有無損快速檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，但無法檢測(cè)被測(cè)物內(nèi)部的病害。

3.結(jié)語

本文詳細(xì)分析比較了三種常用的公路病害檢測(cè)技術(shù)，為后續(xù)開展公路病害檢測(cè)的研究以及合理選擇路面病害檢測(cè)方法提供了一定的理論指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

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