無損檢測(cè)技術(shù)在公路工程檢測(cè)中的應(yīng)用分析

韓堃

摘 要：隨著交通事業(yè)的不斷發(fā)展，智能化、無損化以及快速化是未來公路工程檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的主要方向。本文闡述了無損檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)與類型，并結(jié)合具體工程實(shí)例，論述了無損檢測(cè)技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用價(jià)值。研究表明，無損檢測(cè)技術(shù)有效提升了公路工程檢測(cè)的效率與質(zhì)量，為道路工程的發(fā)展提供了新的方向。

關(guān)鍵詞：無損檢測(cè)技術(shù) 公路工程 道路檢測(cè) 探地雷達(dá)技術(shù)

1 引言

自改革開放以來，我國交通事業(yè)建設(shè)進(jìn)入了蓬勃發(fā)展階段，公路工程規(guī)模不斷擴(kuò)大，道路工程施工建設(shè)質(zhì)量成為人們關(guān)注的重點(diǎn)問題，關(guān)系著人們的出行安全。由于地理環(huán)境與施工技術(shù)的不同，各地公路性能存在明顯的差異，隨之而來的道路檢測(cè)維護(hù)工作難度發(fā)生了質(zhì)的變化。公路病害問題是近年來影響公路行駛安全的重要原因，也是公路工程檢測(cè)養(yǎng)護(hù)的難題之一[1]。為了解決此問題，本文將對(duì)無損檢測(cè)技術(shù)在公路檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行深入的分析，為推動(dòng)無損檢測(cè)技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供一點(diǎn)幫助。

2 無損檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)及分類

2.1 無損檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)

無損檢測(cè)技術(shù)是指在不損害或者不影響被檢測(cè)對(duì)象本身性能的基礎(chǔ)上，利用物質(zhì)的聲、光、磁電等特性對(duì)被檢測(cè)對(duì)象是否存在損害或缺陷等問題進(jìn)行全面檢測(cè)的一種新型檢測(cè)方式。于傳統(tǒng)的檢測(cè)方式相比，無損檢測(cè)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）非破壞性。非破壞性是指在利用無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)公路工程在進(jìn)行維護(hù)檢測(cè)時(shí)，在獲得全面詳細(xì)的檢測(cè)結(jié)果的同時(shí)，不會(huì)對(duì)公路本身造成影響與破壞。

（2）互容性?；ト菪允侵笝z測(cè)方式能夠互相結(jié)合使用，在對(duì)公路公測(cè)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，同一個(gè)檢測(cè)地點(diǎn)可以同時(shí)或依次采用不同的檢測(cè)方法，并且由于無損檢測(cè)具有非破壞性，可以重復(fù)多次的對(duì)被檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)。

（3）動(dòng)態(tài)性。動(dòng)態(tài)性是指在公路病害的檢測(cè)過程中，可根據(jù)檢測(cè)進(jìn)度與發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，從而保證能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)出病害的類型、位置與范圍等。

（4）嚴(yán)格性。嚴(yán)格性是指無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用條件較為嚴(yán)格，在公路工程檢測(cè)中應(yīng)用無損檢測(cè)技術(shù)需要配備專業(yè)的檢測(cè)設(shè)備與儀器，同時(shí)需要專業(yè)的技術(shù)人員按照規(guī)定的操作流程進(jìn)行檢測(cè)。

（5）檢測(cè)結(jié)果分歧性。檢測(cè)結(jié)果分歧性是指在公路工程檢測(cè)中，檢測(cè)結(jié)果因檢測(cè)人員的不同可能會(huì)產(chǎn)生些許的分歧，特別是在無損檢測(cè)技術(shù)中，超聲波技術(shù)在應(yīng)用時(shí)需要兩個(gè)檢測(cè)人員共同完成。

2.2 無損檢測(cè)技術(shù)的分類

2.2.1 圖像檢測(cè)技術(shù)

圖像檢測(cè)技術(shù)是指以紅外成像原理或者全息成像原理為理論基礎(chǔ)，對(duì)公路工程進(jìn)行檢測(cè)的一種技術(shù)，主要分為紅外成像技術(shù)與激光全息技術(shù)。其中紅外成像技術(shù)基于紅外成像原理，利用熱敏傳感器對(duì)公路表面由于物質(zhì)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的溫度進(jìn)行檢測(cè)，然后將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過圖形的形式表現(xiàn)出來，從而判斷公路是否存在病害問題。而基于全息成像理論的激光全息成像技術(shù)，主要利用專業(yè)的全息成像設(shè)備對(duì)公路的破損情況進(jìn)行檢測(cè)，然后對(duì)檢測(cè)得到的全息圖像中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，從而判斷公路的實(shí)際破損程度，與紅外成像技術(shù)相比，激光全息成像技術(shù)準(zhǔn)確度更高，更接近道路的實(shí)際情況[2]。

2.2.2 激光檢測(cè)技術(shù)

激光檢測(cè)技術(shù)在公路工程檢測(cè)中的應(yīng)用，主要基于光的衍射原理、反射原理以及時(shí)差原理，其中，光的衍射原理主要用于檢測(cè)路面結(jié)構(gòu)中狹縫寬度；光的反射原理用于檢測(cè)公路的彎沉位移，而光的時(shí)差原理則用于對(duì)公路工程的時(shí)差問題進(jìn)行有效處理[3]。激光檢測(cè)技術(shù)作為無損檢測(cè)技術(shù)分類中重要的新型技術(shù)，具有分辨率較高、檢測(cè)方向性較好的特點(diǎn)，因此，近年來，在公路工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

2.2.3 探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)

探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)是無損檢測(cè)檢測(cè)技術(shù)中在公路工程檢測(cè)中應(yīng)用的典型代表，探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用原理是通過利用高頻電磁波向地面發(fā)射電磁信號(hào)，電磁信號(hào)在地層中遇到故障時(shí)發(fā)生發(fā)射的一種先進(jìn)的無損檢測(cè)技術(shù)。探地雷達(dá)發(fā)出的高頻電磁波在進(jìn)入地面后，遇到不同介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的反射信號(hào)，于是公路檢測(cè)人員可通過這些信號(hào)對(duì)公路病害的種類、病害范圍、具體位置等進(jìn)行具體的了解與分析，并利用智能化軟件將電磁信號(hào)轉(zhuǎn)化為可視的圖片或三維圖像，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)公路工程的全面檢測(cè)，同時(shí)檢測(cè)人員還可根據(jù)接收到的圖像數(shù)據(jù)，判斷公路工程受損的嚴(yán)重程度，為施工管理單位制定相應(yīng)的道路養(yǎng)護(hù)方案提供可靠的參考數(shù)據(jù)。

2.2.4 超聲波檢測(cè)技術(shù)

超聲波檢測(cè)技術(shù)主要基于超聲波反射原理，并根據(jù)不同介質(zhì)的特征，通過對(duì)發(fā)射出去并遇到介質(zhì)反射回來的超聲波的有效參數(shù)進(jìn)行全面的分析，從而對(duì)被檢測(cè)公路的實(shí)際使用狀況展開評(píng)價(jià)，并制定科學(xué)的養(yǎng)護(hù)方案。超聲波檢測(cè)技術(shù)在公路工程檢測(cè)中的應(yīng)用，可以通過對(duì)對(duì)應(yīng)時(shí)間段內(nèi)超聲傳播的位移進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算出在不同介質(zhì)條件下超聲波的傳播速度，從而由介質(zhì)與波速之間關(guān)系，對(duì)公路的抗壓強(qiáng)度等力學(xué)性能進(jìn)行判斷[4]。

3 無損檢測(cè)技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用

3.1 工程概況

此次檢測(cè)路段為甘肅省LQ高速公路試驗(yàn)段G1，始建于2004年，至今為止已使用19年左右，公路類型為雙向四車道的高速公路，設(shè)計(jì)車輛行駛最高時(shí)速為100km/h，公路試驗(yàn)段總長約為5km，所處地勢(shì)南北方向較高，而東西方向較低，氣候?qū)儆诒睖貛О敫珊禋夂?，氣候干燥，降雨較少，公路施工時(shí)，采用的工程材料主要為瀝青，試驗(yàn)段瀝青路面結(jié)構(gòu)如表1所示。

3.2 路面檢測(cè)情況

由于探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)是最早應(yīng)用于道路檢測(cè)，并且發(fā)展最為成熟的無損檢測(cè)技術(shù)，因此本次公路病害問題檢測(cè)主要利用探地雷達(dá)技術(shù)，根據(jù)《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》[5]規(guī)定，公路使用狀況的評(píng)價(jià)檢測(cè)主要包含了對(duì)路面的結(jié)構(gòu)性能、使用性能、承載能力、安全性能等道路指標(biāo)的檢查，以此來評(píng)價(jià)道路的平整度、抗滑性以及路面破損情況等，具體評(píng)價(jià)體系見表2。

公路使用狀況的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)（PQI）是指各分項(xiàng)指標(biāo)按照相應(yīng)的權(quán)重進(jìn)行相加而得到的結(jié)果，具體計(jì)算公式如下

3.2.1 路面破損情況

甘肅省的高速公路工程的路面結(jié)構(gòu)大多為半剛性的基層瀝青路面，根據(jù)探地雷達(dá)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)段路面的病害問題主要分為裂縫、車轍、坑槽以及維護(hù)不善等，其中車轍是目前公路病害的主要形式之一，而破損類型可分為裂縫類、變形類、松散類與其他類四種，對(duì)于瀝青公路路面的破損情況指標(biāo)（PCI），可通過公式進(jìn)行計(jì)算：

其中，DR表示路面破損率（%），a0=15.00，a1=0.412，Ai表示累計(jì)損壞的，面積（m2），A表示檢測(cè)的路面面積（m2），wi表示路面損害換算的權(quán)重或系數(shù)；i表示路面損壞類型以及損壞程度（輕、中、重），i0=21。

3.2.2 路面行駛質(zhì)量

對(duì)于本次公路工程來說，瀝青公路路面的平整度一般情況下主要表現(xiàn)為路面的凹凸不平，而具體的檢測(cè)分析，我們通常使用調(diào)查指標(biāo)中的國際平整度指數(shù)（IRI）與路面行駛質(zhì)量指數(shù)（RQI）來進(jìn)行計(jì)算：

3.2.3 路面車轍深度

在公路工程的檢測(cè)過程中，公路病害出現(xiàn)頻率最高的就是車轍問題，因此，在《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》中，將車轍作為單獨(dú)的檢測(cè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之一，通常通過路面凹陷的深度來進(jìn)行初步判斷，然后使用探地雷達(dá)技術(shù)對(duì)車轍深度進(jìn)行具體的測(cè)量，最后使用計(jì)算公式對(duì)路面車轍深度（RDI）進(jìn)行計(jì)算：

其中，RD表示車轍深度（mm），車轍深度參數(shù)RDa=10.0，RDb=40.0，模型參數(shù)a0=1.0，a1=3.0。

3.2.4 路面抗滑性能

在對(duì)本次高速公路工程的抗滑進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可使用基于橫向力參數(shù)（SFC）的計(jì)算公式對(duì)高速公路路面的抗滑性能指數(shù)（SRI）進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算公式如下，

其中，標(biāo)定參數(shù)SRImin=35.0，模型參數(shù)a0=28.6，a1=-0.105。

通過探底檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，甘肅省LQ高速公路試驗(yàn)段G1路面使用情況檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

根據(jù)上表可得，雖然試驗(yàn)段公路使用狀況的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)（PQI）指數(shù)較高，但是在各項(xiàng)指數(shù)中RDI最差，說明公路存在較為嚴(yán)重的車轍問題，并且路面破損情況不容樂觀，極大程度地影響了公路的使用安全，相關(guān)部門應(yīng)充分重視公路病害問題，及時(shí)采取有效的養(yǎng)護(hù)措施。

4 無損檢測(cè)技術(shù)在公路工程檢測(cè)中的應(yīng)用價(jià)值

4.1 無損檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

根據(jù)國家相關(guān)規(guī)定，交通部門要定期做好公路的檢測(cè)養(yǎng)護(hù)工作，在公路檢測(cè)過程中，無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，使得公路使用狀況的檢測(cè)更加全面且高效，更有利于對(duì)公路進(jìn)行有針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)，與傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)相比，無損檢測(cè)技術(shù)在公路檢測(cè)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

4.1.1 提高了公路檢測(cè)的準(zhǔn)確性

公路在長期使用過程中，除了本身內(nèi)部結(jié)構(gòu)性能隨著時(shí)間發(fā)生的不可避免的變化之外，還會(huì)受到外部荷載的反復(fù)施壓以及自然環(huán)境等因素的影響[6]，從而使得公路的使用壽命縮短，使用質(zhì)量下降，因此，為保證人們的交通安全，須對(duì)公路病害問題進(jìn)行全面的檢測(cè)。以往使用的有損檢測(cè)技術(shù)在檢測(cè)過程中會(huì)對(duì)公路造成一定的損失，并且檢測(cè)效率較低，但是對(duì)外部檢測(cè)環(huán)境要求較高。而無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，會(huì)大幅提升公路工程檢測(cè)的效率與準(zhǔn)確性，可以快速地定位并判斷出公路病害的類型與具體位置，以便于后續(xù)維修工作的開展，同時(shí)無損檢測(cè)技術(shù)不會(huì)對(duì)公路本身產(chǎn)生影響。

4.1.2 降低了公路檢測(cè)維護(hù)的成本

在公路工程建設(shè)中，公路病害問題的及時(shí)檢測(cè)與養(yǎng)護(hù)是延長公路使用壽命，降低公路檢測(cè)維護(hù)成本的重要措施，而無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用可以有效提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性，在檢測(cè)過程中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)病害問題，并精準(zhǔn)地判斷病害所在的位置，從而在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行維護(hù)，盡可能地實(shí)現(xiàn)檢測(cè)維護(hù)成本的降低。

4.1.3 提高了公路行駛的安全性

公路作為我國交通重要的基礎(chǔ)設(shè)施，是人們出行的主要渠道，因此，公路的使用性能與檢測(cè)維護(hù)質(zhì)量決定著公路行駛的安全性，關(guān)系著人們出行的生命與財(cái)產(chǎn)安全，無損檢測(cè)技術(shù)在公路工程檢測(cè)中的應(yīng)用，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)公路結(jié)構(gòu)性能的損傷，并采用維護(hù)措施，進(jìn)而提高公路的行駛安全，減少交通事故的發(fā)生。

4.2 無損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著我國交通事業(yè)的迅速發(fā)展，公路工程規(guī)模的擴(kuò)大，相關(guān)管理人員要意識(shí)到無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)提高公路質(zhì)量與安全性的重要作用，在公路工程檢測(cè)中，適當(dāng)?shù)剡x擇合適的無損檢測(cè)技術(shù)，并結(jié)合公路工程的具體情況，優(yōu)化與完善公路工程的檢測(cè)形式，實(shí)現(xiàn)公路工程的針對(duì)性檢測(cè)。信息化時(shí)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得無損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了新的階段，智能化無損檢測(cè)技術(shù)成為檢測(cè)領(lǐng)域未來發(fā)展的必然趨勢(shì)，因此，現(xiàn)階段技術(shù)研究人員要加強(qiáng)對(duì)智能化無損檢測(cè)技術(shù)的研究力度[7]。

5 結(jié)語

綜上所述，無損檢測(cè)技術(shù)在公路工程檢測(cè)中應(yīng)用具有重要的影響與作用，能夠有效提高公路的使用性能，以及保障人們出行的人身安全，因此，交通部門要重視無損檢測(cè)技術(shù)在檢測(cè)工作中應(yīng)用，意識(shí)到無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的重要價(jià)值，為公路工程的建設(shè)提供有力的支持。

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