探討路面養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目基層注漿加固質(zhì)量的無損檢測(cè)方法

李 軍

（貴州高速公路集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽 550000）

0 引言

取芯法是檢測(cè)瀝青路面基層注漿加固效果的常用手段，可評(píng)估彎沉情況與路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變化。鉆芯法具有直觀性的特點(diǎn)，彎沉檢測(cè)為間接評(píng)價(jià)措施，且操作中會(huì)對(duì)路面結(jié)構(gòu)有所損害，而路面基層注漿施工驗(yàn)收需要更加合理的無損檢測(cè)手段[1-3]。該研究以服役期瀝青路面基層的聚合物注漿試驗(yàn)路段作為研究對(duì)象，比較分析2D 地質(zhì)雷達(dá)同軸圖像法、高頻彈性波反射波法、瞬態(tài)面波法三種無損檢測(cè)手段在注漿前后相關(guān)參數(shù)檢測(cè)方面的效果，分析三種無損檢測(cè)手段對(duì)注漿處置效果評(píng)價(jià)的可行性。

1 工程概況

某注漿加固試驗(yàn)路位于高速公路下行線K800～K801，路面結(jié)構(gòu)包括瀝青混凝土（15 cm）、低劑量水泥級(jí)配碎石基層（18 cm）、水泥碎石底基層（40 cm）和土基層，全線長100 m。基層注漿加固前需鉆芯進(jìn)行FWD 和病害檢測(cè)，隨后通過注漿填充底層脫空達(dá)到固結(jié)松散碎石的目的[4]。取芯結(jié)果顯示，19 個(gè)取芯樣本中，上下水穩(wěn)層間、下水穩(wěn)層與級(jí)配碎石層間多有松散夾層存在，且橫向裂縫為主要病害類型，F(xiàn)WD 荷載中心有明顯彎沉。注漿加固后，基層松散夾層固結(jié)，上下水穩(wěn)層形成水泥黏合整體，路面強(qiáng)度整體得到提升。

2 地質(zhì)雷達(dá)法檢測(cè)

兩介質(zhì)介電參數(shù)存在差異，地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射的電磁波會(huì)在介質(zhì)交界面處發(fā)生反射、透射，且符合反射定律和透射定律，反射系數(shù)和透射系數(shù)分別用R與T表示，其大小直接決定反射波和透射波的能量大小，計(jì)算方法見式（1）和（2）：

兩介質(zhì)介電常數(shù)存在差異，電磁波傳播至界面處會(huì)出現(xiàn)電磁波能量與相位變化。路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定均一，其介電常數(shù)為常數(shù)，當(dāng)結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)脫空、不密實(shí)等病害，該區(qū)域介電常數(shù)會(huì)出現(xiàn)差異。該項(xiàng)目選用具備二維Mala 功能的地質(zhì)雷達(dá)儀，完成了現(xiàn)場無損地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)。

注漿加固前情況如下：上基層底深約35 m，雷達(dá)檢測(cè)顯示950～960 m 段和983～990 m 段反射波有明顯紊亂與下沉，表明該區(qū)域松散明顯；964～970 m 段和975～981 m段出現(xiàn)雷達(dá)反射信號(hào)增強(qiáng)，表明該區(qū)域有明顯松散夾層或脫空。其他檢測(cè)段，雷達(dá)反射信號(hào)均勻，且層厚無明顯變化，證實(shí)無明顯脫空、松散等現(xiàn)象。

注漿加固后情況如下：920～1 000 m 段，注漿后該區(qū)域介電常數(shù)明顯異于周邊，透射波反射能量減少，證實(shí)該區(qū)域形成了相對(duì)緊密的漿液固結(jié)層。注漿后，深約35 m處上基層底部界面位置雷達(dá)反射波有明顯信號(hào)增強(qiáng)，同軸連續(xù)性強(qiáng)，界面下反射波信號(hào)有相對(duì)減弱[5]。

3 極小偏移距高頻彈性波反射波法檢測(cè)

3.1 基本原理

彈性波垂直反射法是通過彈性波脈沖發(fā)射裝置，使彈性波在介質(zhì)中傳播，當(dāng)遇到松散、脫空等質(zhì)量缺陷時(shí)，由于波阻抗數(shù)據(jù)變化，接收器的表現(xiàn)會(huì)出現(xiàn)差異。通過對(duì)反射信號(hào)的振幅、相位、頻率等指標(biāo)綜合檢測(cè)，可反映特定性能[6]。

正常情況下，電源瞬態(tài)激振在路面上產(chǎn)生R 波、S波、P 波等振動(dòng)信號(hào)，其信號(hào)包括多種反射波相互疊加、彼此作用形成的特定波形。表面激振隨著路面內(nèi)部脫空、松散而呈現(xiàn)出信號(hào)變化，導(dǎo)致彈性波異常。無缺陷路面?zhèn)鞲衅鹘邮盏男盘?hào)頻譜圖及脫空、松散路面?zhèn)鞲衅鹘邮盏男盘?hào)頻譜圖見圖1～2。分析發(fā)現(xiàn)，路面結(jié)構(gòu)無異常情況時(shí)，接收器接收的信號(hào)，表現(xiàn)為高頻特性（圖1，主頻1 466 Hz），路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)松散、脫空質(zhì)量問題時(shí)，表現(xiàn)為低頻特性且衰減速度慢（圖2，主頻977 Hz）。路面基層經(jīng)注漿加固后，接收器所接收的振動(dòng)信號(hào)頻幅增加，會(huì)接近于高頻特性。

圖1 無缺陷路面位置點(diǎn)采集時(shí)域信號(hào)及其頻譜圖

圖2 路面結(jié)構(gòu)層存在松散、脫空等缺陷的路面采集時(shí)域信號(hào)及頻譜圖

3.2 結(jié)果分析

注漿前后對(duì)應(yīng)的主頻變化曲線如圖3 所示，對(duì)圖3分析可知：

圖3 注漿前后采集信號(hào)主頻變化曲線圖

（1）注漿加固前，接收器采集的振動(dòng)信號(hào)主頻分布在950～960 m 段、965～970 m 段、976～982 m 段和983～970 m段4個(gè)區(qū)間內(nèi)，主頻均小于1 000 Hz，呈現(xiàn)出低頻特征，而920～930 m 段處呈現(xiàn)出高頻特性，主頻約1 300 Hz，表明相比于920～930 m 段，上述4 個(gè)區(qū)間的基層松散、脫空等現(xiàn)象更為嚴(yán)重。經(jīng)施工鉆孔內(nèi)窺鏡觀察，上述4段區(qū)域存在明顯土層孔隙和松散，注漿加固取芯后得以改善，與檢測(cè)結(jié)果相吻合。

（2）注漿加固后，接收器接收的彈性波振動(dòng)信號(hào)頻率升高，950～990 m 段區(qū)間主頻增加明顯，注漿后呈現(xiàn)高頻特性，主頻約1 200 Hz，相比于注漿前不足1 000 Hz，頻譜明顯增加。由此可知，注漿加固后，原松散、脫空區(qū)域加固效果顯著，內(nèi)部基層密實(shí)度明顯增加，高頻性有所改善[7]。

（3）1 000～1 020 m 段未注漿加固，注漿前后接收器獲取信號(hào)主頻無明顯變化，符合實(shí)際施工情況。

4 瞬態(tài)面波法檢測(cè)

瑞雷波在不同介質(zhì)中的傳播速度存在顯著差異是瞬態(tài)面波法檢測(cè)的物理前提，為確定路面結(jié)構(gòu)層介質(zhì)特性奠定了基礎(chǔ)[8]。檢測(cè)時(shí)，于現(xiàn)場按照0.5 m 間距布置4 個(gè)采集設(shè)備，以錘子敲擊地面作為垂直脈沖信號(hào)來源，距離檢測(cè)波0.5 m 處為震源，并按照5 m 間隔分別在地面進(jìn)行面波采集。以采集的面波點(diǎn)繪制波列圖，完成速度擬合后，并對(duì)0.3～0.6 m 區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)剪切波速度進(jìn)行計(jì)算，得出圖4 為注漿前后剪切波速度變化曲線。由圖4 可知：

圖4 注漿前后剪切波波速度變化曲線圖

（1）注漿加固前，920～950 m 區(qū)間內(nèi)，剪切波波速為650 m/s，950～1 000 m 區(qū)間內(nèi)剪切波波速僅為45 m/s，證實(shí)950～1 000 m 區(qū)間內(nèi)有明顯松散、脫空等異?，F(xiàn)象，經(jīng)現(xiàn)場鉆芯取樣后內(nèi)窺鏡觀測(cè)證實(shí)。

（2）注漿加固后，920～1 000 m 區(qū)域內(nèi)剪切波波速明顯提高，表明原松散、脫空區(qū)域病害得以改善，區(qū)域密實(shí)度增加，現(xiàn)場鉆芯后檢測(cè)結(jié)果得以證實(shí)。

（3）1 000～1 020 m 區(qū)間內(nèi)未實(shí)施基層注漿加固，檢測(cè)結(jié)果證實(shí)面波點(diǎn)剪切波波速無明顯變化。

對(duì)上述三種無損檢測(cè)方法進(jìn)行分析，結(jié)論為：①920～950 m 區(qū)域內(nèi)，注漿加固前剪切波波速有明顯變化，注漿加固后反射波法檢測(cè)結(jié)果顯示，區(qū)域內(nèi)主頻幅無明顯變化；②施工環(huán)節(jié)，1 000 m 位置鉆孔注漿加固，漿液滲入后分布于1 000～1 005 m 區(qū)間。注漿加固前后，以極小偏移距高頻彈性波法檢測(cè)結(jié)果顯示區(qū)域內(nèi)主頻無明顯變化，以瞬態(tài)面波法檢測(cè)結(jié)果顯示區(qū)域內(nèi)主頻有顯著變化；③綜合分析可知，路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部狀況變化，以瞬態(tài)面波法檢測(cè)剪切波波速敏感性更高，該檢測(cè)方法在注漿加固前后路面結(jié)構(gòu)層性能評(píng)估方面適用性高；④由圖4可知，結(jié)合瞬態(tài)面波法與極小偏移距高頻彈性波法檢測(cè)結(jié)果，920～950 m 區(qū)域路面基層存在松散、脫空異常且缺陷程度小于950～1000 m 區(qū)域?，F(xiàn)場鉆芯取樣后內(nèi)窺鏡觀測(cè)結(jié)果證實(shí)此結(jié)果。

綜上所述，注漿加固前后路面結(jié)構(gòu)層松散、脫空等缺陷檢測(cè)應(yīng)用2D 地質(zhì)雷達(dá)法所呈現(xiàn)的圖像無法精確判斷，需結(jié)合經(jīng)驗(yàn)加以評(píng)估[9]。注漿前后，地質(zhì)雷達(dá)同軸圖像有明顯變化，即基層內(nèi)部實(shí)密度得以改善，故可將該方法作為注漿效果定性評(píng)估依據(jù)，同時(shí)可作為輔助性判斷手段，用于基層注漿加固驗(yàn)收[10]。

5 結(jié)論

綜上所述，經(jīng)鉆芯取樣后內(nèi)窺鏡觀測(cè)驗(yàn)證，對(duì)比2D地質(zhì)雷達(dá)同軸圖像法、高頻彈性波反射波法、瞬態(tài)面波法三種無損檢測(cè)方法效果，結(jié)論如下：

（1）瞬態(tài)面波法檢測(cè)剪切波波速能夠相對(duì)準(zhǔn)確地反映路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部情況，通過對(duì)不同路段剪切波波速差異對(duì)比可反映出路面缺損程度，在路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷檢測(cè)中效果可觀。該方法還可通過對(duì)注漿加固前后波速水平差異分析，作為注漿質(zhì)量半定量評(píng)價(jià)的參考。

（2）極小偏移距高頻彈性波法反射波法檢測(cè)結(jié)果與瞬態(tài)面波法有所差異，該檢測(cè)方法顯示主頻無明顯變化，通過該方法對(duì)注漿前后主頻變化檢測(cè)，可作為注漿質(zhì)量半定量評(píng)定的參考。

（3）基層注漿前后，地質(zhì)雷達(dá)法檢測(cè)顯示同軸頻譜圖像有明顯變化，可將該方法作為基層注漿質(zhì)量評(píng)估和定性評(píng)價(jià)的參考。但是注漿前后雷達(dá)圖像無法準(zhǔn)確識(shí)別松散、脫空等異常，還需憑借經(jīng)驗(yàn)判斷。