無損檢測技術在高速公路路基路面測定中的應用

竇體超

（云南交投集團云嶺建設有限公司，昆明 650200）

1 引言

隨著現(xiàn)代交通體系的不斷發(fā)展，高速公路作為連接城市和地區(qū)的重要紐帶，對交通安全和效率的要求越發(fā)嚴格。然而，高速公路路基和路面的質(zhì)量問題常常影響行車舒適性和道路壽命。傳統(tǒng)的有損檢測技術存在一定的局限性，因為應用這些技術時可能需要中斷交通、耗時耗力，并且在檢測過程中可能對道路造成不必要的破壞。

無損檢測技術在眾多工程領域得到了廣泛應用，尤其是在航空、航天和核能等高精尖行業(yè)，并顯現(xiàn)出了卓越的性能[1]。如今，無損檢測技術正逐漸在高速公路工程中得到應用，以實現(xiàn)更準確、高效和非侵入性的路基路面測定。無損檢測技術能夠在不破壞或僅有最低程度的破壞的情況下，對路基和路面的結(jié)構完整性、材料性能等關鍵參數(shù)進行準確測定。這不僅極大地提高了檢測效率，還減少了維護成本和社會影響。通過應用如圖像檢測、紅外熱成像、超聲波檢測等先進技術，工程師能夠在更短的時間內(nèi)對高速公路的路基和路面進行全面、深入的評估。本研究旨在通過這些技術協(xié)助工程師實現(xiàn)實時監(jiān)測、快速評估和精確定位路基路面的問題，從而采取及時有效的維護和修復措施。本文將探索這些技術在交通基礎設施領域的應用前景，以推動高速公路工程的持續(xù)優(yōu)化和發(fā)展。

2 高速公路路基路面無損檢測技術應用分析

2.1 高速公路病害類型及傳統(tǒng)檢測技術的局限性

高速公路在持續(xù)的壓力作用下往往面臨著多種損傷問題的威脅，其中，裂縫現(xiàn)象最為普遍。裂縫主要有兩種類型，第一種是順向裂縫，這種問題經(jīng)常出現(xiàn)在公路的中心位置，其主要誘因包括溫度應力、載荷產(chǎn)生的應力以及地基不均勻沉降等。同時，頻繁經(jīng)過的貨運車輛也會引發(fā)疲勞性順向裂縫。另一個原因是季節(jié)性的變化，導致路面的瀝青材料的溫度發(fā)生變化，進而產(chǎn)生順向裂縫。第二種是橫向裂縫，其產(chǎn)生與路面基層的收縮裂縫和環(huán)境溫度變化有關，這對高速公路的耐用性產(chǎn)生了嚴重影響。如果不能立即進行修復，這些裂縫會急劇擴大，進而造成安全問題。公路邊緣的侵蝕也會嚴重降低公路的整體性能，實際上，這與路肩緊密度不足、邊坡排水不暢等因素有關[2]。與高速公路施工過程中存在的材料質(zhì)量問題、結(jié)構設計不當?shù)葐栴}有直接關聯(lián)，這些因素可能在很大程度上威脅公路的使用效果和壽命。高速路面常見病害問題如圖1 所示。

圖1 高速公路路面常見病害

定期進行高速公路的質(zhì)量檢測至關重要，這不僅可以提前對高速公路的裂縫、松散等問題進行風險評估，同時能及時地制定出預防措施。傳統(tǒng)的道路檢測方法主要是隨機選點，鉆孔取樣，然后在實驗室進行分析處理以獲取所需參數(shù)。然而，傳統(tǒng)的檢測方法具有明顯的局限性。由于檢測點是隨機選擇的，所以，很可能會忽視某些關鍵區(qū)域。此外，檢測點分布的密度不均也可能導致存在缺陷的區(qū)域被漏檢。雖然這種傳統(tǒng)的檢測方法能夠在一定程度上揭示高速公路的狀況，但是無法全面反映高速公路的整體質(zhì)量狀況。而無損檢測技術可以彌補這些問題，實施全面的高速公路路基和路面質(zhì)量檢測，避免潛在問題被忽視。同時，無損檢測技術可以提高數(shù)據(jù)的準確性，提供更可靠的數(shù)據(jù)支持，為后續(xù)的維修和保養(yǎng)工作提供依據(jù)。

2.2 頻譜分析檢測技術

隨著計算機科技和精密測量技術的不斷進步，對道路檢測技術的優(yōu)化和發(fā)展已發(fā)生了重大變革。其中，非侵入性或稱無損檢測技術正在展示出深厚的發(fā)展?jié)摿?。在高速公路的建設和維護流程中，各種無損檢測技術得到了廣泛的使用。以頻譜分析檢測技術為例，這種技術通過改變沖擊錘的質(zhì)量或使用不同類型的錘頭來產(chǎn)生包含多個頻率成分的雷利地面波。將傳感器布置在不同的位置能夠檢測到波的傳播頻率。頻譜分析檢測技術利用頻譜域的互譜分析和相干分析技術，旨在測定不同深度地層中介質(zhì)的力學參數(shù)。與傳統(tǒng)方法相比，頻譜分析檢測技術提供了更快速的反應和更高的檢測頻率。頻譜分析檢測技術的具體流程如圖2 所示。

圖2 頻譜分析檢測技術流程示意圖

頻譜分析檢測技術在高速公路的應用中，通過激發(fā)一種短時頻域波形，在結(jié)構層中進行各向同性的擴散，從而產(chǎn)生雷利地面波。這一過程中，沖擊力和沖擊方式的微調(diào)將直接影響頻域波形的特性，可通過調(diào)整沖擊力和沖擊方式控制地面波的頻率。在這個過程中，傳感器能夠獲取并記錄頻譜中的變化，并處理不同狀態(tài)的雷利地面波。在這個復雜且精確的沖擊-觀測-分析過程中，每一個頻點的細微變化都可能揭示路基和路面的性質(zhì)和質(zhì)量狀況。因此，頻譜分析測驗技術能夠通過對地面波頻率變化的敏感度和精確度，實現(xiàn)對高速公路路面和路基質(zhì)量的精細化、高效的檢測和評估。

2.3 圖像檢測技術

圖像檢測技術在這一領域的應用，極大地提高了檢測的效率和精確性。圖像檢測技術利用高分辨率的圖像采集設備，獲取路面的詳細信息，包括裂縫、坑洞、磨損等等。這些信息被輸入復雜的圖像分析算法中，如深度學習模型，進行準確的路面狀況識別和評估。該技術不僅能夠?qū)崟r檢測路面的微小變化，通過持續(xù)監(jiān)測還可以預測潛在的路面問題，以實現(xiàn)早期干預和處理。例如，對于某些初期的裂縫，可以通過圖像識別技術進行早期發(fā)現(xiàn)，以減少可能的道路損壞和維修成本。此外，圖像檢測技術還可以輔助進行更復雜的路面性能評估，如路面的摩擦系數(shù)、路面的反光性等，為高速公路的安全運行提供更全面的保障。圖像檢測技術為高速公路路基路面的無損檢測提供了一種有效、高效的解決方案[3]，同時也為其他基礎設施的無損檢測提供了借鑒和參考。圖像檢測技術流程示意圖如圖3 所示。

圖3 圖像檢測技術流程

圖像檢測技術的應用系統(tǒng)中，光學系統(tǒng)能夠?qū)⑽矬w的三維信息轉(zhuǎn)化為二維圖像，而且可以根據(jù)不同的路面狀況調(diào)整焦距，以確保數(shù)據(jù)采集的準確性。穩(wěn)壓電源調(diào)光電源則負責提供穩(wěn)定的電力供應，保證照明系統(tǒng)和光學系統(tǒng)的正常工作，這對于在復雜的外部環(huán)境下進行路基路面無損檢測十分重要。電荷耦合器件（Charge Coupled Device,CCD）將光學系統(tǒng)捕捉到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，以實現(xiàn)數(shù)字化信息處理。電信號通過圖像采集卡進行數(shù)字化處理，轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C可以處理的數(shù)據(jù)，計算機接收這些數(shù)據(jù)，運用預設的圖像處理和分析算法，對路面狀況進行評估和識別。這一流程中的每個環(huán)節(jié)都在為圖像檢測技術的應用提供支持，對路面的全方位、高精度、實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在問題，以保障高速公路的安全運行。

3 無損檢測技術在高速公路路基與路面中的應用前景

無損檢測技術在實際高速公路路基與路面中的應用前景非常廣闊。作為一種非破壞性的檢測方法，能夠在不影響路基與路面完整性的情況下，準確評估路基的結(jié)構狀況和性能。這種技術的應用可以提供重要的數(shù)據(jù)支持，幫助相關人員更好地了解、監(jiān)測和維護公路基礎設施。首先，無損檢測技術可以對高速公路路基與路面進行全面的結(jié)構評估。通過使用圖像檢測、紅外熱像儀和聲波檢測等手段對路基與路面的厚度、密實度、材料性質(zhì)等進行準確測量和評估能夠確定結(jié)構的健康狀況、剩余壽命和承載能力，為后續(xù)的維護和修復工作提供指導。其次，無損檢測技術可以幫助相關人員及早發(fā)現(xiàn)路基與路面的缺陷和結(jié)構問題，通過檢測路面平整度、損傷范圍、裂縫等信息，快速發(fā)現(xiàn)潛在的問題，例如，使用紅外線熱像儀可以檢測路面溫度分布異常。及時發(fā)現(xiàn)這些問題有助于采取相應的維修措施，避免嚴重的損壞和交通事故發(fā)生。

無損檢測技術在高速公路路基與路面養(yǎng)護中也能發(fā)揮重要作用，通過持續(xù)監(jiān)測和定期檢測，可以實時追蹤路面和路基病害的變化和演化趨勢，有助于制訂科學合理的養(yǎng)護計劃和維護策略，提高養(yǎng)護效益，并延長公路基礎設施的使用壽命。

隨著技術的不斷創(chuàng)新和突破，無損檢測設備將更加精確、靈敏和智能化，利用人工智能和模式識別技術可以更好地分析和解讀采集到的數(shù)據(jù)。且該技術在實際應用中的經(jīng)驗累積也將不斷豐富，為更多特定場景和問題提供解決方案。隨著技術的不斷發(fā)展，無損檢測技術將發(fā)揮更加重要的作用，為保障公眾的交通出行提供可靠的基礎設施支持。

4 結(jié)語

高速公路作為重要的交通基礎設施，其路基路面結(jié)構的質(zhì)量直接影響著道路安全、駕駛體驗和維護成本。傳統(tǒng)的檢測方法可能會對路面造成損害，而現(xiàn)代無損檢測技術已在交通設施檢測中取得了重大突破。這類技術廣泛應用于航空、核科學和材料工程等領域，主要通過應用圖像檢測、紅外熱像儀和聲波檢測等手段，在不影響交通和破壞路面的情況下，為道路評估提供快速而精確的方法。本文就無損檢測技術在高速公路路面和路基檢測中的應用效果進行了介紹，該技術的應用可以減少檢測時間和相關成本，并避免對路面的破壞，從而確保道路的使用壽命。因此，無損檢測技術為高速公路檢測提供了一種高效、精確且經(jīng)濟的維護技術選擇，既提升了道路質(zhì)量和安全性，對未來的交通設施管理和維修工作也有重大意義。