公路路基病害的無損檢測技術(shù)應(yīng)用

吳志列

【摘 ?要】目前我國處于運營期的公路工程由于受到設(shè)計理念或施工技術(shù)等方面的限制，再遭遇降雨、溫度變化等自然環(huán)境的影響可能存在滑坡、坍塌等 。為了提高公路工程的建設(shè)水平、加強公路服務(wù)水平、確保其功能滿足交通運輸需要，應(yīng)當在公路施工及運營期間，對路基可能出現(xiàn)的病害展開動態(tài)的、全面的檢測，同時如何準確判斷路基可能出現(xiàn)的病害，選擇經(jīng)濟可行的病害檢測技術(shù)也成為國內(nèi)外學(xué)者及工程技術(shù)人員亟待解決的問題。

【關(guān)鍵詞】公路;路基病害;無損檢測;技術(shù)應(yīng)用

引言

公路工程在建設(shè)過程中及后期運營階段，應(yīng)當對路基的質(zhì)量展開全面的監(jiān)檢測管理，從而滿足公路交通運輸?shù)男枨?，并提高公路的服?wù)質(zhì)量。近年來，檢測技術(shù)的飛速發(fā)展為公路工程的質(zhì)量監(jiān)測提供了很高的便利性、經(jīng)濟效益等。在公路施工過程中，路基厚度會影響到路基的壓實度、工后沉降等參數(shù)。與此同時，由于施工工藝和填筑材料性能的差異性，路基厚度很難恰好達到設(shè)計的要求值。傳統(tǒng)的路基施工厚度無損檢測方法是對每個施工環(huán)節(jié)的路基分層壓實度進行檢測，而且往往是采用隨機選點的方式開展的，并將現(xiàn)場鉆探取樣與室內(nèi)分析結(jié)合起來分析。目前，在進行國內(nèi)外路基厚度檢測時，選擇便利、高精度的檢測技術(shù)就成了主要趨勢。其中，應(yīng)用最為廣泛的就是無損檢測技術(shù)。因此，研究無損檢測技術(shù)在公路路基施工厚度中的應(yīng)用意義重大，這不僅能更好地確保公路路基的施工質(zhì)量，還可以提高公路工程的整體建設(shè)水平，為類似公路路基厚度施工檢測提供科學(xué)的指導(dǎo)。

1.工程概況

某公路工程項目路線總長70km，主線采用高速公路標準進行建設(shè)，路基寬度為26m，雙向6車道，設(shè)計速度為100km/h。在高速公路工程建設(shè)過程中，工作人員主要采用無損檢測法進行施工質(zhì)量檢測，包括路基路面的壓實度、路基路面的彎沉值、路面平整度等，記錄指標數(shù)值。檢測路段的路面結(jié)構(gòu)為5cm中粒式瀝青混凝土+1cm下封層+25cm水泥穩(wěn)定砂礫基層+35cm級配碎石底基層，利用無損檢測技術(shù)全面檢測路基的壓實度和彎沉值，檢測路面的壓實度、壓實厚度以及路面厚度，根據(jù)檢測結(jié)果，分析工程施工質(zhì)量，及時發(fā)現(xiàn)施工中存在的問題，確保高質(zhì)量施工。

2.路基病害及原因

2.1路基沉陷

公路路基沉陷指的是路基表面豎向位移較大，使得地基土出現(xiàn)下沉并向兩側(cè)擠壓所引起的路基不均勻沉陷現(xiàn)象。出現(xiàn)這種病害的原因在于：（1） 路基填料或壓實方法選取不當。（2） 路基分層壓實厚度不合理、不同填料混合壓實、含水量控制不當?shù)仍驅(qū)е侣坊鶋簩嵭Ч患眩瑝簩嵍冗_不到規(guī)范要求。（3） 公路路基施工期間排水設(shè)施處理不當，出現(xiàn)積水現(xiàn)象。

2.2滑坡

公路路基滑坡指的是路基邊坡巖土體在重力作用下，沿著某一軟弱帶整體向下滑動。產(chǎn)生路基滑坡的原因分為內(nèi)在因素和外在因素兩大類，前者包括土體填料性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件等，后者包括降雨、溫度變化、人類活動等。

2.3坍塌

公路路基坍塌指的是路塹邊坡在各種不利荷載作用下，巖土體發(fā)生崩塌并墜落的現(xiàn)象。路基坍塌相對于一般病害而言，有快速性、突變性等特點，對行車安全危害較大。同時形成公路路基坍塌的原因主要有坡度較大（55°以上）、降雨、地震、人工開挖及爆破等。

3.公路路基病害的無損檢測技術(shù)應(yīng)用

3.1探地雷達法

（1）工作原理。地質(zhì)雷達法是一種地下甚高頻～微波段電磁波反射探測法。地質(zhì)雷達的探測原理是：發(fā)射器通過發(fā)射天線向地下定向發(fā)射電磁波，電磁波在傳播的路徑中當遇到有電性（介電常數(shù)和電導(dǎo)率）差異的界面時即發(fā)生反射，反射波由接收器接收，在時域上得到反射回波及其往返旅行時間，并首先沿2天線所在表面形成直達波被最先接收到，作為系統(tǒng)起始零點，取反射波往返時間的一半，乘以相應(yīng)介質(zhì)的雷達波速度便得出反射目標所在深度，再根據(jù)反射波的形狀、幅度及其在橫向和縱向上的組合特征和變化情況進行目標識別。因此，如果路基與地基間的土質(zhì)存在較大的差異性，則二者交界面處的介電常數(shù)也不同（如黏土層與軟土層的介電常數(shù)分別為7～8和25～35，2土層之間存在著明顯的電性差異），這就使得地質(zhì)雷達發(fā)出的電磁波出現(xiàn)折射和反射現(xiàn)象，然后，再依據(jù)電磁波的傳播時間就可以得到路基的實際施工厚度。

（2）實施方法。①現(xiàn)場測試?，F(xiàn)場測試的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是天線頻率的選擇和測線的布置。地質(zhì)雷達天線頻率的選擇要考慮2個方面的因素：路基的大概厚度。地質(zhì)雷達天線的頻率與其分辨率、探測深度密切相關(guān)，即天線頻率越高，分辨率越低，地質(zhì)雷達的探測深度越淺。路基土與地基土交界面的介電常數(shù)。介電常數(shù)會影響地質(zhì)雷達發(fā)出的電磁波的折射和反射，從而影響測試結(jié)果的準確性。一般介電常數(shù)可以通過在路基某處剖面上開挖測試得出。地質(zhì)雷達天線的頻率確定之后，就要根據(jù)路基施工的實際情況來布設(shè)測點。測試斷面的選擇主要依據(jù)公路路基相關(guān)規(guī)范標準，測試操作嚴格遵循地質(zhì)雷達操作手冊。② 數(shù)據(jù)處理。地質(zhì)雷達的數(shù)據(jù)可以采用IDSP等軟件來進行處理，并借此分析得到需要的路基施工厚度值。地質(zhì)雷達的數(shù)據(jù)核心是如何分析脈沖波形圖。在分析波形圖時，首先要對現(xiàn)場測試的原始數(shù)據(jù)進行降噪處理，隨后通過調(diào)整增益大小來補償或抑制雜波的出現(xiàn)，最后使用濾波工具對數(shù)據(jù)中的高頻波突出顯示。在現(xiàn)場測試時，為了得到更多有效的電磁波信號，往往用寬頻采集，并在原始數(shù)據(jù)中記錄干擾波。與此同時，波形圖的處理還應(yīng)當使用專門軟件基于時域和頻域來分析計算參數(shù)。

（3）工程應(yīng)用。某公路在路基施工作業(yè)結(jié)束之后，為了驗證路基的填筑厚度是否滿足設(shè)計文件的要求，采用了探地雷達法來檢測路基的厚度?，F(xiàn)場試驗選擇的是SIR3000雷達，測試天線的頻率選擇了400MHz，并每隔10m布設(shè)了1條測線。與此同時，在地質(zhì)不良地段對測線的間距進行了適當?shù)募用?，最終得到了連續(xù)的測試信號。將測試數(shù)據(jù)進行處理之后，能夠得到波的傳播形態(tài)，并通過深度剖面得到路基的厚度。試驗結(jié)果表明：探地雷達法應(yīng)用于路基施工厚度檢測是可行的，且同一橫斷面厚度檢測結(jié)果的誤差僅在3%左右，滿足工程要求。

3.2高密度電阻率法在路基滑坡厚度檢測中的應(yīng)用

（1）高密度電阻率法探測基本原理。高密度電阻率法是在地下被探測體與周圍介質(zhì)之間的電性存在差異性的基礎(chǔ)上來建立直流電場，并按照預(yù)先布設(shè)的電極進行掃描，得到地下一定范圍內(nèi)的空間電阻率變化趨勢，最終查明可能存在的路基病害。使用高密度電阻率法來檢測路基滑坡厚度時要遵循以下幾項原則：第一，測量點距必須按照所探測滑坡的范圍來確定;第二，在觀測裝置沿測線移動過程中，每次移動的距離應(yīng)當在勘探范圍內(nèi)是連續(xù)的;第三，數(shù)據(jù)測量時應(yīng)當采用正負交替的供電方式。

（2）高密度電阻率法的應(yīng)用。①探測設(shè)備選型。不同探測設(shè)備對地質(zhì)體的敏感程度各有差異，溫納四級分辨能力不佳，而偶極、微分分辨能力較高;同時如果地形起伏大，溫納四級影響不大。故筆者用高密度電阻率法探測路基滑坡厚度時采用的儀器是重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所設(shè)計的高密度電阻率測量系統(tǒng)。該測量系統(tǒng)以數(shù)字直流激電儀為測控主機，并搭配了多路電極轉(zhuǎn)換器。②探測方案。在探測設(shè)備選型完成后，應(yīng)當根據(jù)路基滑坡體覆蓋層的幾何特征、滑移范圍等來確定高密度電阻率法檢測技術(shù)方案。筆者選擇ZK2+330里程附近的滑坡段進行滑坡病害檢測，其檢測步驟如下：高密度電阻率測量系統(tǒng)調(diào)教歸零→確定檢測斷面→布置測線（應(yīng)采用多電極排列檢測同一測線）→檢測路基滑坡厚度和滑移范圍→數(shù)據(jù)處理→結(jié)合鉆孔取芯法對比分析。

3.3聲波探測法在路基施工厚度檢測中的應(yīng)用

（1）工作原理。目前，聲波探測法是應(yīng)用于橋梁樁基礎(chǔ)施工過程中的完整性檢測，但其用于路基施工厚度的檢測時效果也較好。聲波探測法的基本原理是：將一對一發(fā)雙收式或自發(fā)自收式的換能器放置在待測的路基中，換能器會發(fā)射出聲波。如果聲波的入射角等于第一臨界角，則聲波在被測物體中的折射角度為90°。此時聲波會沿著鉆孔不斷滑行，最終聲波又折射回鉆孔中由換能器接收，由此可以計算得出路基的厚度。

（2）實施方法。使用聲波探測法測定路基厚度時，需要準備的儀器有聲波檢測儀、換能器、計算機等。具體實施方法如下：①使用鉆孔設(shè)備在路基上鉆出孔徑稍大于聲測管的孔，并在孔中布置聲測管;②向孔中注入清水，并采用鋼筋插入孔中檢查孔的通暢性;③將一對自發(fā)自收式換能器放到聲測管的內(nèi)部，并將換能器自鉆孔底部拉出，從而得到各土層的測試信號;④將測試數(shù)據(jù)導(dǎo)入計算機，并采用專門的軟件進行分析，從而準確地計算出路基的厚度。

3.4實度快速檢測技術(shù)的應(yīng)用

路基路面壓實度是高速公路質(zhì)量檢測的重點內(nèi)容。路基路面壓實度是室內(nèi)檢測的混凝土標準密度與路面檢測的混凝土密度之比。傳統(tǒng)的檢測方法是環(huán)刀法和灌砂法，這些方法會對路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的損傷，并且難度較大，存在較多的限制。因此，該工程選擇土壤無核濕密度儀法進行路基壓實度檢測，選擇瀝青無核密度儀對路面壓實度進行快速檢測，提高了檢測效率和精度。

（1）用土壤無核濕密度儀檢測路基壓實度。土壤無核濕密度儀的檢測原理主要是利用時域反射技術(shù)，將金屬鋼針插入路基土壤中，通過脈沖發(fā)生器進行電磁脈沖，收集檢測信號，并對信號進行處理，獲取路基土體的干密度與濕度數(shù)值，進行高質(zhì)量檢驗。本工程檢測的基層材料為水泥穩(wěn)定碎石材料，利用土壤無核濕密度儀獲取材料的濕密度、含水量、干密度以及壓實度，進而分析路基的壓實度。

（2）用無核密度儀檢測瀝青面層壓實度。瀝青無核密度儀的檢測原理主要是利用電磁表面接觸法進行混合料密度測量。在檢驗測量前應(yīng)對儀器進行調(diào)整和標定。需要從四個方向進行實測以標定密度，達到檢驗的目的。該檢測方法具有較大的優(yōu)勢，靈活利用儀器實現(xiàn)了孔隙率、壓實度以及平均密度的自動計算，可通過獲取的數(shù)值分析瀝青路面的均勻性，并提升檢測質(zhì)量和效率。研究發(fā)現(xiàn)，無核密度儀可以高精度、高效率地檢測瀝青上層密度，中下層檢測結(jié)果雖然存在一定的誤差，但在允許范圍內(nèi)。誤差產(chǎn)生的主要原因在于無核密度儀的檢測信號受探測深度影響，深度越深，其對信號的削弱度越大，最終影響檢測精度。

4.結(jié)語

高效率的開展水利工程建筑設(shè)計工作， 實現(xiàn)對建筑工序和作業(yè)人員的有效控制， 對水利工程建設(shè)進行總平面設(shè)計， 積極掌握主體建筑物的總平面布局， 根據(jù)建筑基本特點來進行造型設(shè)計， 積極引進三維設(shè)計技術(shù)， 充分利用現(xiàn)代化的建筑設(shè)計理論來設(shè)計建筑造型， 給人們提供一個更為優(yōu)美的水體環(huán)境， 促使水利工程走向市場化的發(fā)展道路。

參考文獻

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