路基無損檢測技術(shù)應(yīng)用研究

文/黃浩

1 前言

隨著公路投入使用的時間增加，公路的路面會在行車荷載、降雨、紫外線照射下出現(xiàn)不同程度的損害。路基雖沒有直接暴露在表面，但由于行車荷載向下傳遞、雨水下滲、地下水上升等因素，逐漸使路基變形，承載能力降低，出現(xiàn)一系列病害。長此以往，這些病害會逐漸向上發(fā)展，影響路面的穩(wěn)定和駕駛員的行車舒適性，因此，定期對路面進(jìn)行檢測和維修十分重要。傳統(tǒng)的檢測技術(shù)需要對路基路面鉆芯取樣，不僅設(shè)備沉重，而且后期芯樣檢測結(jié)果也與真實(shí)路基情況有著較大的差異。本文以實(shí)際工程為例，探究無損檢測技術(shù)在路基檢測中的應(yīng)用，以期為路基病害的檢測提供新的思路。

2 工程概況

我國南方地區(qū)某公路，全長30.64km，雙向四車道，面層材料為瀝青混合料，共三層，基層采用水泥穩(wěn)定碎石作為基層。該地區(qū)長期受降雨和行車荷載的影響，一些已投入使用的公路出現(xiàn)了較多的車轍、裂縫等病害。需根據(jù)實(shí)際情況，且已經(jīng)在不同標(biāo)段使用不同的養(yǎng)護(hù)方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，但公路狀況仍難以得到較好的改善。因此，本項(xiàng)目為確保新建公路在修筑完工后，可以長期保持穩(wěn)定，對公路病害的成因和無損檢測技術(shù)在路基中的應(yīng)用展開研究。

3 工程實(shí)踐

本研究路基檢測主要依據(jù)的是《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG 3450—2019）、《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)〈第一冊土建工程〉》（JTG F80/1—2017）；檢測內(nèi)容主要為路基厚度、含水量、承載比、壓實(shí)度、彎沉變形等；檢測方法為探地雷達(dá)法、無核密度法、FWD 法。

3.1 路基厚度檢測

本文路基的檢測采用的是探地雷達(dá)法。探地雷達(dá)法(Ground-Penetrating Radar，簡稱GPR)是一種用于確定地下介質(zhì)分布的廣譜(1MHz～1GHz)電磁技術(shù)。它是利用超高頻脈沖電磁波為震源，多以自激自收的形式，可采用連續(xù)、間斷兩種方式探測地下介質(zhì)分布的一種地球物理勘探方法，具有快速、無損、連續(xù)檢測、實(shí)時顯示等特點(diǎn)[1]。

探地雷達(dá)檢測原理是根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)這一超高頻短脈沖電磁波在結(jié)構(gòu)介質(zhì)中傳播規(guī)律確定的。電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、電磁場強(qiáng)度與波形將隨所通過介質(zhì)的電性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化。因此，根據(jù)接收到波的旅行時間(亦稱雙程走時)、幅度與波形資料，可計(jì)算出該異常部位的深度[2]。

本文使用傳統(tǒng)的鉆芯取樣法與探地雷達(dá)法對比，驗(yàn)證探地雷達(dá)法在路基厚度檢測中的實(shí)際應(yīng)用效果，觀察路面基層雷達(dá)圖像的異常情況，分析探地雷達(dá)的精度與準(zhǔn)確性。檢測結(jié)果見表1。

表1 路基厚度檢測結(jié)果

根據(jù)上表檢測結(jié)果可以看出鉆芯取樣法與探地雷達(dá)法的檢測結(jié)果存在差異，差異值在0～10mm 之間。本文以鉆芯取樣法所測得的路基厚度為標(biāo)準(zhǔn)值，以探地雷達(dá)法所測厚度為檢測值，以總差異值/測點(diǎn)總厚度作為無損檢測的不可靠值。上述檢測結(jié)果表明：本次檢測，探地雷達(dá)的不可靠值為2.31%，其檢測精度可以滿足檢測要求。

3.2 壓實(shí)度檢測

傳統(tǒng)的壓實(shí)度檢測方法包括鉆芯取樣法、環(huán)刀法、挖坑灌砂法，無損檢測的方法包括無核密度儀法、核子密度濕度儀測定法。傳統(tǒng)的檢測方法在檢測時，需要耗費(fèi)大量的人力和時間；而采用土壤無核密度檢測法，不僅省時省力，且不會造成路基的損害。土壤無核密度檢測法利用了時域反射原理，根據(jù)不同介質(zhì)的介電常數(shù)，繼而計(jì)算出壓實(shí)度；為了保證測量的精度，往往需要在多個測點(diǎn)進(jìn)行測量，一般為3～10 個，并建立特定土模和回歸系數(shù)方程。

依據(jù)本項(xiàng)目施工情況，1＃、2＃土模測點(diǎn)分別位于K0+200、K0+400 處，該標(biāo)段屬于最先施工段，壓實(shí)成型較早，經(jīng)過一段時間的沉降和環(huán)境作用，基本處于干燥狀態(tài)。本文以該測點(diǎn)作為本次檢測干密度和含水率的標(biāo)準(zhǔn)；3＃、4＃土模測點(diǎn)分別位于K2+200、K2+400 處，以K2+200、K2+400 處的含水率和干密度，代表潮濕測點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)。測量結(jié)果見表2。

表2 土模密度與含水率測量

標(biāo)定完土模之后，本文分別使用挖坑灌砂法與EDG（無核密度）法進(jìn)行檢測，并對比兩種檢測結(jié)果存在的差異。EDG 法所測路基壓實(shí)度見表3；挖坑灌砂法所測壓實(shí)度時，需使用酒精燃燒法測定含水率。檢測結(jié)果見表4。

表3 EDG 法檢測結(jié)果

表4 挖坑灌砂法檢測結(jié)果

兩種方法檢測壓實(shí)度結(jié)果誤差在0.32%～1.01%，EDG 法檢測壓實(shí)度結(jié)果一般大于挖坑灌砂法檢測結(jié)果，無核密度儀使用說明中表明，檢測密度的精度范圍在±3%，因此檢測結(jié)果的誤差符合使用要求。同時，根據(jù)上述檢測結(jié)果看出，EDG 法測量結(jié)果偏大，故在使用EDG 法應(yīng)使用修正方法使得測量結(jié)果盡可能地接近真實(shí)壓實(shí)度，一般情況下為測量結(jié)果減去1%～2%，作為壓實(shí)度檢測結(jié)果。對兩種測量的差值取絕對值，然后求和取6 個測點(diǎn)的平均值，再將測量結(jié)果加上或減去該平均值，即作為壓實(shí)度真實(shí)值，本文修正后的結(jié)果見表5。

根據(jù)表5 可以看出，本文在對測量結(jié)果進(jìn)行修正之后，總誤差值降低了2.9%，表明在修正之后，EDG 法測量結(jié)果可以更加接近真實(shí)測量值。因此，在使用EDG法進(jìn)行壓實(shí)度檢測之后，應(yīng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

表5 壓實(shí)度修正結(jié)果

3.3 彎沉檢測

彎沉檢測的主要方法有貝克曼梁法、FWD（落錘式彎沉儀）、PFWD（火焰離子化檢測儀）法、激光自動彎沉儀法四種。貝克曼梁法是最為傳統(tǒng)的測量方法，雖價格便宜，但是測量時需要耗費(fèi)大量人力物力，因此逐漸的已經(jīng)被其他測量方式取代。落錘式彎沉儀在近些年來使用較為廣泛，雖價格貴于貝克曼梁法，但其僅需1～2人即可，且可以測量路基的動態(tài)彎沉，與貝克曼梁法的測量結(jié)果有著較大差別。最新的研究成果中，關(guān)于道路彎沉的檢測已經(jīng)在國外開發(fā)出了滾輪式彎沉儀，這種方法在測量彎沉?xí)r，可以在70～80km/h 的行車速度下進(jìn)行道路彎沉的測量，既不需要封閉交通，也可以適用于任何路基，但價格昂貴，目前在國內(nèi)暫時未得到應(yīng)用[3]。本文使用FWD 的方法進(jìn)行路基的彎沉檢測，檢測結(jié)果見表6。

表6 路基彎沉檢測結(jié)果

4 結(jié)語

本文依托實(shí)際項(xiàng)目，通過對路基厚度、壓實(shí)度、彎沉的檢測，介紹了路基無損檢測的幾種常用方法，包括探地雷達(dá)法、無核密度儀法以及FWD 法，并將無損檢測的檢測結(jié)果與傳統(tǒng)檢測的檢測結(jié)果進(jìn)行對比。結(jié)果表明：探地雷達(dá)法的檢測結(jié)果與鉆芯取樣法差異較?。粺o核密度法檢測結(jié)果略大于挖坑灌砂法，需要進(jìn)行修正，修正值為壓實(shí)度的1%～2%。