淺議瞬態振動信號在公路工程檢測中的應用

【摘要】為了能夠維護整個公路工程項目的安全、穩定運行，延長公路工程的使用壽命，就需要將有關公路工程的檢測作為重要內容之一。針對當前在公路工程檢測中，環刀法、以及灌沙法等操作技術存在的缺陷，本文提出了一種建立在瞬態振動信號基礎之上的，公路工程無損檢測方法，現針對該檢測方法的主要原理及應用要點展開詳細分析與探討。

【關鍵詞】瞬態振動信號；公路工程；路基；壓實度；檢測

在公路工程項目，特別是高等級公路項目施工作業的實施過程當中，多將路基壓實度作為衡量整個公路工程項目施工質量的關鍵指標之一，受到了公路工程施工方、使用方等參與主體的關注與重視。但，在現階段的技術條件支持下，針對公路路基壓實度而言，多采取環刀法或者是灌沙法進行檢測。上述兩種檢測方法作為評估公路路基壓實度的主流方法，雖然能夠獲取針對性的路基壓實度數據，但由于操作過程當中的步驟相對比較繁瑣，因此存在勞動強度大，檢測速度滿等問題。同時，也會對路基的整體質量產生比較不良的影響，無法在大面積內加以應用與推廣，缺乏必要的數據代表性優勢。因此，綜合對公路工程檢測質量的高標準要求以及檢測過程當中的無損性需要，應當進一步展開的無損檢測技術的研究工作。本文立足于這一實際情況，提出了一種引入瞬態振動信號的公路工程無損性檢測方法，現針對相關問題展開進一步分析與闡述。

1 瞬態振動信號的優勢分析

對于公路工程項目而言，受到瞬態激振作用影響，會生成具有一定規律的振動信號。在這部分瞬態振動信號當中，往往可以提煉出豐富的數據信息，及時反映公路路基以及路面的運行狀態。一般來說，瞬態振動信號是由瑞雷波信號、縱波信號、以及拉夫波信號這幾個方面所構成的。基于對各類瞬態振動信號的應用，能夠獲取有關路基下部介質的波速情況，進而實現對路基結構質量的檢測。不但如此，若公路工程路面與下部區域的銜接部位出現脫空現象，則表面瞬態激振作用會導致振動信號出現明顯的共振現象，這種共振現象能夠實現對時域振動信號的采集，并轉換至頻率域當中表現，根據瞬態振動信號對應的主頻數值，實現對公路路面脫空的檢測。在此基礎之上，研究波速與密度之間的對應關系，還可實現對公路工程路基壓實度的檢測，因此，瞬態振動信號在公路工程檢測中具有突出的價值。

2 瞬態振動信號在公路工程檢測中的應用要點

瞬態振動信號可作用于公路工程的檢測工作當中，主要的應用環節包括：1）對公路工程路面脫空的檢測；2）對公路工程路基壓實度的檢測，這兩個方面。現主要針對以上兩個不同檢測要求下，對于瞬態振動信號的應用方法及其優勢進行分析與說明：

1）瞬態振動信號在公路工程路面脫空檢測中的應用

相關的研究結果表明：對于混凝土公路工程項目而言，在路基性能以及混凝土面層性能良好的情況下，瞬態激振反應下對應生成的振動信號會表現出突出的高頻特征。而反過來說，對于混凝土公路工程項目而言，若受到土體均勻性、車載負荷水平等因素的影響，混凝土面層與基層相互之間的連接部位出現脫空、空隙等問題，則此狀態下的瞬態激振反應所生成的振動信號則多表現為低頻特征。且，還伴隨有振動幅度較大，以及振動信號衰減周期較長的特點。若面層與基層的脫空現象相對比較輕微，或空隙相對較小，則瞬態振動信號則介乎于高頻振動以及低頻振動區間。且此狀態下對應的是與信號為高頻與低頻信號的疊加結果。

通過對公路工程的頻譜分析可知：對于存在混凝土面層與基層脫空現象的公路路段而言，瞬態振動信號下所對應的主頻數值大多在50 Hz單位以內；而在混凝土面層與基層無脫空，壓實良好的情況下，瞬態振動信號下所對應的主頻數值則大多取值在200 Hz單位以上；針對輕微的面層與基層脫空情況，則瞬態振動信號對應主頻數值取值特點為，高頻（>200 Hz）與低頻（<50 Hz）信號同時存在，且具體有基本一致的能量強度。

在實際檢測作業的實施過程當中，可以通過對多波測試儀的應用，以振動映像功能為切入點，對現場路段數據進行采集。在實測過程當中，為了確保多波測試儀能夠持續對振動信號進行接收，需要以黃油，將傳感器與路面進行粘接。同時，檢測車主機需要與現場傳感器保持良好連接狀態，以鐵錘對路面進行敲擊，實現對數據的持續性采集與分析。按照以上方式，工作人員可以通過對脫空檢測振動映像時域波形中所反應的結果，對檢測路段的脫空情況，以及脫空率等數據進行平判定，從而評估路段的結構穩定性。

2）瞬態振動信號在公路工程路基壓實度檢測中的應用

在對公路工程路基壓實度進行檢測的過程當中，所采取的主要方法為：通過對路基材料的獲取，以室內為環境，進行材料擊實試驗，在此過程當中獲取路基材料所對應的干密度max數值。進一步可以按照：路基實際壓實后干密度數值/路基擊實試驗干密度max數值的方式，計算得出所檢測路段對應的壓實度水平。

在此過程當中，由于路基材料的水分含量會對縱波速度產生決定性的影響，但對于瑞雷波速度的影響則相對較小。從這一角度上來說，為了能夠確保對公路工程路基壓實度進行檢測數據的可靠，就需要以瑞雷波速度作為首選指標。而在彈性理論當中，路基材料密度與橫波速度相關，兩者之間的關系為：橫波速度=（剪切模量/密度）-1。同時，剪切速度與瑞雷波速度之間也存在一定的相關性關系，兩者之間的關系為：瑞雷波速度=（0.87+1.12×地層泊松比/1+泊松比）剪切波速。

結合對該式的分析不難發現：瑞雷波速度與剪切波速兩者之間取值主要受到了所檢測公路工程路段對應地層的泊松比取值影響。由于常規狀態下，地層的泊松比取值大多在0.25左右，因此帶入該式當中，瑞雷波速度與剪切波速之間的誤差僅在±5.0 %范圍之內，實際計算中，多假定剪切波速與瑞雷波速度保持均等關系。以此為基礎，可以構建具有針對性壓實度標準。具體的標準為：針對土層，每進行一周期年限，測定干密度數值，同點對波速進行測定，碾壓直至干密度max的情況下，進行分析，構建波速與密度之間的對應關系。具體關系可表述為：（實際測試波速數值/最大干密度狀態下對應波速數值）。

3 結束語

大量的研究結果證實，在設計車載負荷條件作用之下，通過剛性面層以及基層傳遞至土基上的壓力始終維持在較低水平。但，受到土體土質不均勻性、壓實度不充分性等因素的影響，再加上公路運行過程當中，大多處于超負荷運轉狀態，因而將共同導致剛性面層與基層出現明顯的空隙，導致路面、路基質量受到極為嚴重的威脅。以上問題一旦出現，要想恢復，難度是非常大的。由此可知，在整個公路工程項目施工、運行的全過程當中，定期進行無損檢測有重要的價值。總而言之，本文主要針對在公路工程檢測過程當中，瞬態振動信號的應用要點進行了詳細分析與說明，論證了應用瞬態振動信號在實現公路工程無損檢測方面的意義與價值，望上述問題能夠引起各方工作人員的特別關注與重視。

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