關(guān)于路面無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的探討

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，路面檢測(cè)技術(shù)在完善路面設(shè)計(jì)、確保施工質(zhì)量、提高養(yǎng)護(hù)水平等方面發(fā)揮著重要作用，同時(shí)也大大提高了路面無(wú)損檢測(cè)技術(shù)水平。本文通過(guò)闡述激光檢測(cè)技術(shù)、頻譜分析技術(shù)、圖像技術(shù)、超聲波技術(shù)等無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，結(jié)合常用檢測(cè)儀器對(duì)無(wú)損檢測(cè)在施工質(zhì)量的檢測(cè)與控制、養(yǎng)護(hù)管理等方面的工程應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：無(wú)損檢測(cè) 主流技術(shù) 工程應(yīng)用

0 引言

傳統(tǒng)方法雖然能及時(shí)發(fā)現(xiàn)路表問(wèn)題，但難以滿足實(shí)際工作需求，對(duì)道路內(nèi)部狀況得不到滿意的檢測(cè)結(jié)果。容易造成漏檢，缺乏代表性，給后續(xù)工作留下隱患。特別是通過(guò)人工的方式對(duì)路面進(jìn)行檢測(cè)，不僅速度慢，而且檢測(cè)精度比較低。隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化控制的不斷推廣和普及，進(jìn)而使得高精度測(cè)微技術(shù)的更新?lián)Q代速度加快，對(duì)道路內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行無(wú)損、快速、直觀有效地檢測(cè)成為可能，同時(shí)路面檢測(cè)技術(shù)向著自動(dòng)化、高速度、高精度、無(wú)損檢測(cè)方向發(fā)展。因此，研究路面無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

1 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的意義

通常情況下，傳統(tǒng)的路面檢測(cè)技術(shù)是按照相應(yīng)的規(guī)程進(jìn)行隨機(jī)選點(diǎn)，實(shí)施鉆孔取樣，在室內(nèi)進(jìn)行分析處理，進(jìn)而獲得相應(yīng)的參數(shù)。然而，這種檢測(cè)方法存在時(shí)間長(zhǎng)、檢測(cè)速度慢的弊端。因此，為了提高道路建設(shè)的質(zhì)量和養(yǎng)護(hù)管理水平，需要研究探索出快速、無(wú)損、直觀，并且能夠顯示道路內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀態(tài)的檢測(cè)設(shè)備和技術(shù)。研究路面無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，對(duì)于認(rèn)識(shí)路面的使用性能、確保道路施工質(zhì)量、優(yōu)化路面設(shè)計(jì)、健全道路改造方案，以及提高養(yǎng)護(hù)水平有著重要的意義。

2 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及原理

2.1 超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù) 所謂超聲波是一種頻率超出人耳能聽(tīng)到的頻率的聲波，這種聲波在傳輸過(guò)程中同樣遵守波的傳輸規(guī)律。超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的原理主要是向材料介質(zhì)發(fā)射超聲波，接收相應(yīng)的反射波的相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而對(duì)路面的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破損情況進(jìn)行判斷的新型無(wú)損檢測(cè)方式。

2.2 圖像技術(shù) 通常情況下，紅外成像技術(shù)、激光全息圖像技術(shù)統(tǒng)稱(chēng)圖像技術(shù)。其中，紅外成像技術(shù)是利用不同材料的導(dǎo)熱性能，通過(guò)高精度的熱敏傳感器對(duì)結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的熱傳導(dǎo)規(guī)律和溫度場(chǎng)分布狀況進(jìn)行檢測(cè)，以圖像化的形式將檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行顯示。

2.3 激光檢測(cè)技術(shù) 激光檢測(cè)技術(shù)作為新型的檢測(cè)技術(shù)，其發(fā)展時(shí)間只有幾十年，由于激光具有較強(qiáng)的亮度和較高的分辨率、方向性好，以及相干性、衍射性等優(yōu)點(diǎn)，正是因?yàn)樯鲜鎏攸c(diǎn)，在路面檢測(cè)中激光技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。

2.4 頻譜分析技術(shù) 頻譜分析檢測(cè)技術(shù)是根據(jù)波在不同介質(zhì)的表面?zhèn)鞑ヮl率特性不同進(jìn)行檢測(cè)的。在對(duì)路面結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，通過(guò)力錘向路面施加瞬時(shí)的垂直沖擊，進(jìn)而產(chǎn)生以振源為中心向四周傳播的瑞雷面波，這些波具有各種頻率成分，通過(guò)對(duì)力錘的重量進(jìn)行調(diào)整或者更換不同的錘頭，在一定程度上可以獲取各種頻率成分的瑞雷面波信號(hào)，通過(guò)將傳感器設(shè)置在不同的位置，進(jìn)而對(duì)波的傳播頻率進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同深度分層介質(zhì)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試的目的。

3 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

3.1 施工質(zhì)量的檢測(cè)與控制 公路路面的施工質(zhì)量會(huì)直接影響到公路的整體質(zhì)量和使用壽命，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有效地防止路面過(guò)早破壞，能在道路建設(shè)期及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程質(zhì)量隱患。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在道路施工質(zhì)量的檢測(cè)與控制中主要應(yīng)用于平整度檢測(cè)、抗滑性能檢測(cè)、彎沉檢測(cè)和厚度檢測(cè)等。①平整度檢測(cè)：平整度檢測(cè)一般使用在英國(guó)激光平整度儀基礎(chǔ)上改進(jìn)的非接觸式激光平整度測(cè)試車(chē)。該測(cè)試車(chē)主要由激光器、橫杠、距離傳感器、處理器、便攜式電腦和測(cè)試車(chē)等組成。測(cè)試前要進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定完成后通過(guò)電腦輸入數(shù)據(jù)收集模式、測(cè)段長(zhǎng)和起始位置等參數(shù)，然后預(yù)運(yùn)行約250米，以某一恒定速度進(jìn)入測(cè)段收集數(shù)據(jù)。測(cè)試車(chē)自帶處理器會(huì)將測(cè)試結(jié)果以國(guó)際平整度指標(biāo)IRI值（m/km）輸出。該測(cè)試車(chē)操作簡(jiǎn)單，全程自動(dòng)化控制，且代表性強(qiáng)，采樣點(diǎn)相距為0.16m，測(cè)試精度能達(dá)到0.1mm級(jí)，在對(duì)高等級(jí)公路大面積檢測(cè)時(shí)優(yōu)勢(shì)最為明顯。②抗滑性檢測(cè)：其工作原理是使測(cè)試輪與路面緊密接觸，在測(cè)試輪上施加恒定垂直荷載，以恒定速度沿與車(chē)輛前進(jìn)方向平行前進(jìn)，然后由力矩傳感器檢測(cè)獲得測(cè)試輪上產(chǎn)生的縱向滾滑摩阻力?？够詸z測(cè)一般使用由測(cè)車(chē)、測(cè)輪系及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等組成的摩擦測(cè)試車(chē)來(lái)完成。測(cè)試時(shí)需要將測(cè)試車(chē)盡量鎖定在某一固定速度，選擇干、冰或?yàn)⑺疁y(cè)試模式控制水量。測(cè)定的縱向滾滑摩阻力以電信號(hào)的形式通過(guò)脈沖傳感器傳至處理系統(tǒng)。③彎沉檢測(cè)：彎沉檢測(cè)一般使用由牽引車(chē)和托掛體組成的落錘式彎沉儀。使用該彎沉儀檢測(cè)時(shí)可調(diào)節(jié)錘重和落高實(shí)現(xiàn)對(duì)沖擊荷載的調(diào)整，我國(guó)測(cè)試時(shí)承載板直徑30cm，一般落錘質(zhì)量設(shè)為5t，這樣對(duì)路面的壓強(qiáng)就為0.7MPa。落錘式彎沉儀實(shí)際測(cè)得的是動(dòng)態(tài)總彎沉，可根據(jù)彈性層狀體系理論，由彎沉數(shù)據(jù)反算路面各層材料的彈性模量。測(cè)試時(shí)一般要在同一點(diǎn)落錘三次，并取第三次的測(cè)試值作為測(cè)點(diǎn)結(jié)果，因?yàn)槌休d板、位移傳感器和路面接觸不穩(wěn)定。④厚度檢測(cè)：厚度檢測(cè)一般使用由天線、發(fā)射機(jī)、信號(hào)處理機(jī)、接收機(jī)和終端設(shè)備等組成的GPR儀器。目前GPR是能滿足高采樣率、連續(xù)無(wú)損檢測(cè)的唯一手段，GPR相比宏觀評(píng)價(jià)的鉆芯法和水準(zhǔn)測(cè)量法更能反映路面及路面一定深度下的微觀變化。測(cè)試時(shí)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生已知波形的射頻，由GPR記錄的地面反射波和地下反射波的時(shí)間差計(jì)算所測(cè)路面的厚度。

3.2 養(yǎng)護(hù)管理檢測(cè) 道路建成后，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)路面的使用性能會(huì)逐漸劣化，劣化的速率在整個(gè)過(guò)程中是不均勻的，并且前期的劣化速率比較慢，隨著損傷的不斷累積，劣化速率逐步加快。對(duì)路面通過(guò)先進(jìn)的檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)分析，可以發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)到路面性能劣化的基本規(guī)律，在一定程度上為優(yōu)化養(yǎng)護(hù)方案提供參考依據(jù)。實(shí)踐表明，在道路養(yǎng)護(hù)管理中，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的廣泛應(yīng)用可以減少道路養(yǎng)護(hù)的檢測(cè)強(qiáng)度，提高工作效率。

地質(zhì)雷達(dá)在瀝青路面病害的無(wú)損檢測(cè)和養(yǎng)護(hù)中使用較多，測(cè)試時(shí)主要包括測(cè)試布線、確定水平采樣點(diǎn)距、時(shí)窗選擇、天線頻率選取、垂向取樣點(diǎn)距選取等關(guān)鍵步驟。然后對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定面層波速與厚度、水分含量和壓實(shí)度等計(jì)算參數(shù)，實(shí)現(xiàn)瀝青路面病害的無(wú)損檢測(cè)。

激光斷面儀在路面平整度和車(chē)轍檢測(cè)中應(yīng)用較多。激光斷面儀由激光傳感、測(cè)試梁、慣性制導(dǎo)單元、距離傳感器和信號(hào)數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)等組成。路面平整度測(cè)試時(shí)用激光平整度儀沿著需要測(cè)定的路段全程連續(xù)測(cè)量平整度3至5次，取測(cè)試數(shù)據(jù)平均值作為測(cè)試結(jié)果，然后將測(cè)試結(jié)果與路段已知IRI值對(duì)應(yīng)，繪制曲線并進(jìn)行回歸分析，建立相關(guān)關(guān)系。車(chē)轍深度數(shù)據(jù)的采集與平整度測(cè)試通過(guò)一個(gè)過(guò)程完成，測(cè)試操作方法也完全相同，只是數(shù)據(jù)的軟件處理不同。此外，激光斷面儀還能進(jìn)行縱坡、橫坡、曲率等幾何參數(shù)的連續(xù)快速測(cè)試。

4 路面雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 通常情況下，固體共振腔、發(fā)射與接收天線、時(shí)窗記錄儀、數(shù)字處理與波形顯示、打印等共同組成路面雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。

4.2 實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)的要點(diǎn) 由于雷達(dá)波具有較強(qiáng)的穿透力，進(jìn)而滿足了不同探測(cè)深度的要求。從公路工程施工過(guò)程中，路面層的測(cè)量精度是關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。通常情況下，測(cè)量的厚度越淺，對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的分辨力要求越高。

①選擇固體振蕩器。在雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)中，雷達(dá)源作為核心部件。因此，在穩(wěn)定性、使用壽命、激發(fā)頻率等方面對(duì)共振腔振源提出了更高的要求，同時(shí)要滿足測(cè)試的精度要求。②選擇發(fā)射接收天線。需要專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于公路測(cè)試的天線，同時(shí)要求天線的損耗要小，發(fā)射要穩(wěn)定，并且接收不能出現(xiàn)失真，通過(guò)使用不同的工作頻率，滿足不同的需要。③抗干擾處理技術(shù)。在路面雷達(dá)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，抗干擾處理技術(shù)也是一項(xiàng)重要內(nèi)容，需要將雷達(dá)天線設(shè)置成空氣耦合聚焦型，同時(shí)橫向做成電磁波喇叭型，在一定程度上避免電磁波發(fā)射后遇到空氣會(huì)影響品質(zhì)。④設(shè)計(jì)時(shí)間記錄器。測(cè)量深度的準(zhǔn)確性受到時(shí)間記錄器測(cè)量時(shí)間的精度的直接影響。所以，設(shè)計(jì)時(shí)間記錄器時(shí)需要將其設(shè)計(jì)成可調(diào)的，能夠根據(jù)測(cè)量深度選擇相應(yīng)的測(cè)量時(shí)間檔，進(jìn)而滿足測(cè)量精度的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著路面檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，檢測(cè)技術(shù)逐步由破損檢測(cè)向無(wú)損檢測(cè)發(fā)展，同時(shí)檢測(cè)時(shí)間不斷縮短，檢測(cè)速度和檢測(cè)精度不斷提高?？偠灾跈z測(cè)和控制施工質(zhì)量、提高公路養(yǎng)護(hù)水平及優(yōu)化路面設(shè)計(jì)中，無(wú)損路面檢測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)具有十分重要的作用。所以，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)受到工程技術(shù)人員廣泛認(rèn)可和重視，進(jìn)而得到廣泛的推廣和使用。

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