基于探地雷達(dá)的瀝青路面厚度無損檢測(cè)及動(dòng)態(tài)調(diào)控措施應(yīng)用研究

摘要 為解決瀝青路面局部區(qū)域面層厚度不足問題，提升路面施工的均勻性，文章以某道路工程為例，采用三維探地雷達(dá)對(duì)路面進(jìn)行全斷面無損檢測(cè)。首先，綜合考慮攤鋪厚度調(diào)整施工難度與工程經(jīng)濟(jì)性，將檢測(cè)單元長(zhǎng)度設(shè)定為200 m；然后，基于厚度補(bǔ)償原理，提出了攤鋪厚度的動(dòng)態(tài)調(diào)控方法，并依托實(shí)體工程進(jìn)行應(yīng)用。研究結(jié)果表明，采用文章計(jì)算所得的攤鋪厚度調(diào)整值完成上面層施工后，試驗(yàn)段內(nèi)各區(qū)域的路面厚度不合格率大幅降低，工程應(yīng)用效果良好。

關(guān)鍵詞 厚度；三維探地雷達(dá)；無損檢測(cè)；動(dòng)態(tài)調(diào)控

中圖分類號(hào) U415.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）05-0076-03

0 引言

傳統(tǒng)瀝青路面的厚度檢測(cè)方法，如鉆芯取樣法，雖然能夠提供較為準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果，但其檢測(cè)過程具有破壞性，且檢測(cè)效率低、代表性不足，難以滿足現(xiàn)代道路建設(shè)對(duì)快速、無損檢測(cè)的需求。在此背景下，三維探地雷達(dá)技術(shù)因其檢測(cè)速度快、無損、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，逐漸在道路檢測(cè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。該技術(shù)利用電磁波在介質(zhì)中的傳播特性，通過接收和分析反射信號(hào)探測(cè)地下結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)，能夠有效檢測(cè)路面厚度、壓實(shí)度、含水率，以及內(nèi)部缺陷等關(guān)鍵指標(biāo)，可為道路施工質(zhì)量評(píng)估和養(yǎng)護(hù)決策提供可靠依據(jù)。

1 三維探地雷達(dá)厚度檢測(cè)原理

三維探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)通過發(fā)射器向地下發(fā)射高頻電磁波，波束在穿透瀝青路面過程中，與瀝青路面材料發(fā)生電磁交互作用，部分電磁波因路面材料的電參數(shù)變化而向后散射，散射波隨即被布置于地面的接收天線精準(zhǔn)捕獲[1]。同時(shí)，剩余電磁波在地下繼續(xù)其傳播路徑，經(jīng)過多次折射與反射后，部分信號(hào)最終返回至雷達(dá)系統(tǒng)，由天線信號(hào)接收器接收。接收到的信號(hào)經(jīng)逆離散傅里葉變換技術(shù)處理，能夠精確計(jì)算出電磁波在瀝青路面內(nèi)的傳播時(shí)間。將該時(shí)間參數(shù)和事先標(biāo)定的瀝青材料介電常數(shù)，代入相關(guān)數(shù)學(xué)模型，最終可以計(jì)算出瀝青路面的厚度。

2 瀝青路面厚度動(dòng)態(tài)調(diào)控技術(shù)

2.1 數(shù)據(jù)處理

采用探地雷達(dá)詳盡采集道路全斷面的三維數(shù)據(jù)點(diǎn)陣，對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行處理后，繪制成高分辨率的雷達(dá)灰度圖像。借助信號(hào)處理軟件精準(zhǔn)識(shí)別并追蹤雷達(dá)圖像中地面與瀝青層底部的連續(xù)反射信號(hào)，計(jì)算路面厚度。為各檢測(cè)點(diǎn)分配二維坐標(biāo)體系，構(gòu)建瀝青路面厚度的分布矩陣，該矩陣不僅記錄路面厚度的具體數(shù)值，還涵蓋空間位置信息。為了更加清晰、直觀地展示厚度的分布特征，該文采用色彩編碼技術(shù)，設(shè)定三基色（紅、綠、藍(lán)）與瀝青路面厚度值之間的線性映射關(guān)系，將厚度矩陣轉(zhuǎn)化為色彩漸變的分布云圖[2]。在該云圖中，不同顏色層次不僅能直觀反映瀝青路面的厚度變化，還可以通過色彩的連續(xù)過渡，細(xì)致描繪厚度在空間上的分布規(guī)律，為檢測(cè)人員提供有力的數(shù)據(jù)支持與可視化工具。

2.2 路面厚度補(bǔ)償方法

首先，對(duì)檢測(cè)路段實(shí)施科學(xué)合理的單元?jiǎng)澐郑苊膺^于頻繁的厚度調(diào)整造成施工復(fù)雜度增加，以及對(duì)路面平整度與材料離析控制帶來的負(fù)面影響。若單元?jiǎng)澐诌^長(zhǎng)，雖能減少調(diào)整頻率，但仍需對(duì)較長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的上層攤鋪厚度進(jìn)行大幅調(diào)整，以補(bǔ)償局部區(qū)域的路面厚度不足，增加施工成本，難以保證工程的經(jīng)濟(jì)性[3]?；诖耍擁?xiàng)目將檢測(cè)路段單元長(zhǎng)度設(shè)為200 m，以平衡施工質(zhì)量的精細(xì)控制與經(jīng)濟(jì)成本的有效管理。

采用分布模型計(jì)算各檢測(cè)單元的路面厚度代表值，鑒于數(shù)據(jù)量龐大，當(dāng)自由度遠(yuǎn)超120時(shí)，分布模型計(jì)算所得的厚度代表值與均值之間的差異極小，其誤差可忽略不計(jì)，因此兩者在實(shí)際應(yīng)用中可視為相等。

基于厚度代表值要求的厚度補(bǔ)償值的計(jì)算公式如下：

（1）

式中，——中下面層設(shè)計(jì)厚度（cm）；——總厚度代表值的允許偏差（cm）；——路面總厚度設(shè)計(jì)值（cm）；——中下面層實(shí)測(cè)厚度均值（cm）。

基于厚度合格值要求的厚度補(bǔ)償值的計(jì)算公式如下：

（2）

式中，——總厚度合格值的允許偏差（cm）；

——中下面層實(shí)測(cè)厚度最小值（cm）。

厚度補(bǔ)償值的計(jì)算公式如下：

（3）

2.3 攤鋪厚度動(dòng)態(tài)調(diào)控方法

當(dāng)檢測(cè)單元路面寬度＞3 m時(shí)，為實(shí)現(xiàn)三維探地雷達(dá)的全斷面覆蓋檢測(cè)，檢測(cè)道數(shù)量需≥2，以保證每一區(qū)域均能得到有效監(jiān)測(cè)。鑒于同一橫斷面攤鋪厚度需保持一致，因此，該項(xiàng)目將檢測(cè)單元上面層的最終厚度調(diào)整值，設(shè)定為各檢測(cè)道上面層厚度調(diào)整值中的最大值。其中，各檢測(cè)道上面層厚度調(diào)整值的計(jì)算公式如下：

（4）

式中，——上面層厚度設(shè)計(jì)值（cm）。

檢測(cè)單元上面層厚度調(diào)整值的計(jì)算公式如下：

（5）

式中，——第個(gè)檢測(cè)道上面層厚度調(diào)整值（cm）。

檢測(cè)單元上面層攤鋪厚度調(diào)整值的計(jì)算公式如下：

（6）

式中，——松鋪系數(shù)；——上面層厚度調(diào)整值（cm）。

3 實(shí)體工程應(yīng)用

3.1 工程概況

某道路工程全長(zhǎng)8.2 km，為雙向四車道，道路面層總厚度為18 cm（如圖1所示）。面層總厚度代表值和單個(gè)測(cè)點(diǎn)面層厚度的允許偏差要求如表1所示。該項(xiàng)目選擇K1+000～K2+000作為試驗(yàn)段，在中面層施工完成后，采用三維探地雷達(dá)對(duì)該段道路進(jìn)行全斷面厚度無損檢測(cè)，擬對(duì)上面層厚度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

3.2 高精度雷達(dá)參數(shù)標(biāo)定

首先，需選擇合適測(cè)點(diǎn)進(jìn)行鉆芯取樣，然后通過反演計(jì)算確定瀝青混凝土的介電常數(shù)。該項(xiàng)目選取K1+200、K1+400、K1+600三處位置，采用三維探地雷達(dá)進(jìn)行厚度掃描，旨在全面覆蓋并消除因施工不同階段導(dǎo)致的瀝青混凝土材料的特性差異[4]。隨后，在上述位置鉆芯取樣，直接測(cè)量其厚度值?；趯?shí)測(cè)厚度數(shù)據(jù)，利用反演算法，逆向推導(dǎo)得出雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)中瀝青混凝土的介電常數(shù)，具體結(jié)果如表2所示。

根據(jù)表2可知，該項(xiàng)目將介電常數(shù)設(shè)定為5.08。為驗(yàn)證該介電常數(shù)的可靠性及路面厚度檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在檢測(cè)段落內(nèi)選取合適位置進(jìn)行雷達(dá)掃描并反算其厚度，然后與鉆取芯樣的厚度實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，具體如表3所示：

由表3結(jié)果可知，最大偏差值僅為0.2 cm，滿足上層攤鋪厚度的計(jì)算精度要求（＜2 cm）。

3.3 路面厚度分析

按照該文所設(shè)單元長(zhǎng)度（200 m），將試驗(yàn)路段劃分為5塊區(qū)域，將各區(qū)域三維探地雷達(dá)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面匯總與分析，結(jié)果顯示：右幅路面厚度呈現(xiàn)顯著的“M”形波動(dòng)趨勢(shì)，表明其厚度變化較為劇烈；左幅路面在起始樁號(hào)處出現(xiàn)較大波動(dòng)后，其余區(qū)域趨于平穩(wěn)，間接反映了路面基層施工質(zhì)量的差異性。相較于左幅路面，右幅路面基層的平整度更差。

為進(jìn)一步分析路面厚度的均勻性，該文對(duì)各區(qū)域中下面層厚度的不合格率（厚度＜12.2 cm）、平均值與變異系數(shù)進(jìn)行計(jì)算與匯總，具體如表4、圖2～3所示。

分析表4、圖2～3結(jié)果可知，各區(qū)域間厚度的離散性差異顯著，其中區(qū)域1處的離散性最大，且厚度不合格率最高，說明該區(qū)域施工質(zhì)量較差。究其原因，區(qū)域1作為施工起始點(diǎn)，尚未形成最優(yōu)的機(jī)具組合模式，如攤鋪機(jī)型號(hào)、作業(yè)參數(shù)，以及與壓路機(jī)等其他機(jī)具的協(xié)同作業(yè)尚未經(jīng)過充分調(diào)試和優(yōu)化，從而影響基層平整度，導(dǎo)致路面厚度的均勻性較差。

3.4 施工厚度動(dòng)態(tài)調(diào)整效果評(píng)價(jià)

采用前文所述公式，松鋪系數(shù)取1.2，計(jì)算各施工區(qū)域上面層攤鋪厚度的調(diào)整值，結(jié)果如表5所示。

采用如表5所示的攤鋪厚度調(diào)整值，完成試驗(yàn)段上面層攤鋪碾壓施工后，再次采用三維探地雷達(dá)對(duì)試驗(yàn)段內(nèi)所有施工區(qū)域進(jìn)行厚度檢測(cè)，并與常規(guī)施工段落（按照上面層設(shè)計(jì)的厚度攤鋪）進(jìn)行對(duì)比。檢測(cè)結(jié)果顯示：采用該文計(jì)算所得的攤鋪厚度調(diào)整值完成施工后，試驗(yàn)段內(nèi)各區(qū)域路面厚度的不合格率均大幅降低。其中，施工區(qū)域1處不合格率由8.9%下降至0.7%，較上面層施工前的中下面層厚度合格率提升了8.2%，其余4處施工區(qū)域路面厚度合格率分別提升了5.1%、7.4%、4.8%、5.7%，試驗(yàn)段路面整體厚度合格率超過98%；常規(guī)路段施工完成后，厚度不合格區(qū)域比例均值為7.4％，相較于上面層施工前，厚度合格率變化不大，未能達(dá)到95%。由此可見，該文所提上面層攤鋪厚度的調(diào)整值取得了良好的工程應(yīng)用效果。

從理論層面而言，依據(jù)厚度調(diào)整值進(jìn)行施工能夠有效解決路面厚度不足的問題，但在實(shí)際工程實(shí)踐中，道路邊部區(qū)域仍出現(xiàn)局部偏薄現(xiàn)象。分析可知，瀝青層在壓實(shí)過程中的厚度變化并非線性且均勻，該過程受原材料、混合料級(jí)配、施工機(jī)械等多重因素的影響，各因素在瀝青層內(nèi)的非均勻分布直接導(dǎo)致壓實(shí)前后厚度比值的差異性。因此，即便采用預(yù)設(shè)的松鋪系數(shù)，也難以完全匹配實(shí)際壓實(shí)過程中的厚度變化，進(jìn)而造成壓實(shí)后路面厚度仍與設(shè)計(jì)值存在偏差。此外，未能嚴(yán)格控制攤鋪的作業(yè)質(zhì)量、攤鋪機(jī)穩(wěn)定性不足、道路邊緣部位混合料離析現(xiàn)象等均會(huì)對(duì)攤鋪?zhàn)鳂I(yè)效果產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致實(shí)際攤鋪厚度與設(shè)計(jì)值之間產(chǎn)生偏差[5]。

4 結(jié)語

（1）該文基于三維探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)，設(shè)定檢測(cè)單元長(zhǎng)度為200 m，并提出了攤鋪厚度的動(dòng)態(tài)調(diào)控方法。

（2）采用該文計(jì)算所得的攤鋪厚度調(diào)整值完成上面層施工后，試驗(yàn)段路面整體厚度合格率超過98%，工程應(yīng)用效果良好。

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