剛性路面脫空無損檢測方法綜述

摘 要：文章論述了剛性路面脫空產生的機理和危害，介紹了目前使用的路面板下低級脫空常見的無損檢測的方法和原理，重點介紹了落錘式彎沉儀既FWD（Falling weight Deflectermeter）檢測法、地質雷達以及聲振法工作原理及應用。最后對各種方法進行了總結，提出了今后路面脫空無損檢測的研究方向和趨勢。

關鍵詞：剛性路面；脫空；無損檢測

目前我國經濟建設正處于持續不斷地增長，而我國的公路建設備受關注和重視，已經被列為重點投資建設項目之一，從而使道路工程質量檢驗成為了一項非常重要的工作。剛性路面板下地基脫空是指支撐面板的基層材料脫離結構層，致使路面板處于懸空狀態。導致路面板底脫空的原因很多。路面板與基層剛度的差異、雨水沿著接縫處滲入到層間形成積水、行車荷載反復作用的影響、基層塑性變形的累計，這些溫度和濕度等環境因素的變化會使混凝土路面路面板產生上撓變形，這種變形會導致支持路面板下方結構層的脫空[1-2]。剛性路面的脫空時其受力狀態相當于懸臂狀態，將產生很大的應力及變形，會降低路面板的使用性能、縮短路面板疲勞壽命，影響道路的耐久性，甚至會直接造成路面板的斷板和破碎。因此采用無損的方式對剛性路面各種缺陷進行檢測顯得尤為迫切。

1 經驗法的脫空無損檢測

（1）車輛經過時通過人的直覺來判定，如能感覺到路面板伴有上下移動；（2）臨近板出現較大錯臺（大于5mm），板的接縫兩側彎沉差大于0.106mm處，較低板既有脫空；（3）角隅處填縫料產生嚴重剝落的剝落；（4）板的接縫或裂縫附近有唧泥處；（5）聲振法檢測。采用儀器對路面板邊或角隅進行激勵，采集聲音信號，通過頻譜分析判斷路面板下結構層是否脫空。

2 落錘式彎沉儀（FWD）脫空檢測

近年來，國際上對于剛性路面板脫空多半采用 FWD為代表的彎沉無損檢測設備，20世紀50年代，國外開始研究對剛性路面板下結構層地基是否脫空這一課題。受限于當時的對這一課題的研究水平所限，很難準確地對剛性路面板下結構層的脫空狀況進行預判，只能通過感官進行初步判定[3]。我國把落錘式彎沉儀應用到高等級公路路面彎沉檢測中已經有20多年的歷史。而用于剛性路面脫空的無損檢測還處在研究初期。落錘式彎沉儀評定剛性路面板下結構層脫空狀況的指標也是檢測出彎沉值并通過模量反算來進行。唐伯明[4]在室內實驗室制作了帶有拉桿的剛性路面板，在試驗板的邊緣和角隅處進行了人為脫空的設計處理，通過試驗檢測得出：尺寸越大，彎沉值的大小脫空區域的面積大小成正比，且彎沉對脫空具有很大的影響。張寧[5]通過剛性路面荷載與彎沉值的關系提出了一種臨界荷載概念新的脫空評定方法。張建華等[6]通過使用落錘式彎沉儀實測剛性路面的彎沉值，并對采集的數據結果進行處理，從而評定路面板的脫空狀況。分析結果說明，基于有限元法的FWD檢測路面板下地基脫空狀況，能較為準確的評定脫空。王陶[7]基于有限元法建立了考慮接縫和路面脫空的剛性路面彎沉計算模型。利用落錘式彎沉儀實際測定剛性路面板下結構層的彎沉值，并根據遺傳算法演化出剛性路面結構層模量，最終判定剛性路面板下結構層脫空方法。

3 地質雷達脫空無損檢測

檢測脫空采用傳統的土工法和鉆孔取芯法，規范推薦采用的方法屬于破壞性方法，會對路面造成一定程度的破壞。探地雷達是無損檢測儀器，功能十分強大。相對于彈性波而言，電磁波在空氣中具有傳播不穩定、動力學參數信息區別大等缺陷。這導致探地雷達地質雷達信號衰變較彈性波要快得多；而且當應用于不同的工程結構檢測時，因探地雷達波的傳播速度受環境介質影響，使其波的特性與彈性波有差異。探地雷達是把高頻電磁波從地面經由天線送至地下，其特點是頻帶寬、頻率高且脈沖時間短。利用接收系統接收到的物體的反射信號，對接收到的數據進行數據處理、分析反射波形，從而得出地下介質特征和地下結構特性。

4 聲振法

4.1 聲發射法

聲發射技術是一種包含聲發射源、聲波的傳送、聲-電轉換、信息與數據顯示、處理與記錄、解析與評估等內容的動態無損檢測技術。聲發射技術具有對結構的病害出現、發展進行動態檢測的基本特點，因此它廣泛應用于建筑工程中各類建筑結構的活動性缺陷檢測，包括梁、板、柱等物體。

4.2 超聲波檢測法

超聲波檢測法是采用穿透測試物體的方式檢測結構物的缺陷。此方法需要把被測物體放置在兩個分別作為一個測試面的探頭間形成兩個相對測試面并把所測波速數據與標準數據比較來判斷結構內部是否存在缺陷，但這種方法用于道路路面特殊結構時，因沒有合適的方法布設探頭，而產生了對道路工程無損檢測的限制。此外，穿透測試只能把測試數據進行相互比較，然后以統計學原理中的概率法來處理數據判斷是否有缺陷，卻無法準確提供關于缺陷的信號，且要求大量的測點數據。

5 結束語

在現有的檢測剛性路面板下結構層是否脫空的方法中，最簡單、最容易實施的是經驗法，但這只是定性的判定剛性路面板下結構層是否具有脫空的方法，無法做到定量地判定剛性路面板下結構層脫空的面積大小和具體的脫空區域；基于落錘式彎沉儀采集大量彎沉數據，通過數據處理，采用彎沉值反算模量的方法可以定量測出脫空區面積，但對于剛剛出現脫空的位置并有可能脫空區域將要逐漸擴大的狀況卻無能為力，而且檢測效率較低；盡管通過探地雷達的檢測方法可以高效定性地檢測出剛性路面板下結構層的脫空區，但只能初步判定此處有脫空，不能定量判定該處脫空區域的面積大小，也屬于定性判定剛性路面板下結構層脫空的范疇；通過瞬態瑞雷信號反演的方法檢測剛性路面板下結構層脫空目前也是屬于定性判定脫空的檢測手段，無法由此對脫空區域實施灌漿修補施工；基于頻率信息的人工神經網絡方法來判定路面板下地基脫空還處于初步研究階段，也只能作為定性判定路面板下地基是否脫空的結論，尚不純熟。因此只有基于原有方法進一步研究改善才能得到新一代的技術：（1）剛性路面板下地基脫空是剛性路面的最主要破壞類型之一，評定剛性路面板下地基的脫空情況是剛性路面結構質量評估與維修保養的重要內容，對于路面板下地基脫空狀況的快速識別，只是定性判定是否存在脫空遠遠不夠，更應該進一步定量判斷出需要處理的脫空區域的具體位置和脫空的面積大小，給用戶一個直接的指導。（2）通過動力學方法應用于剛性路面板下地基脫空的檢測是一種新途徑。雖然目前只停留在定性判定路面板下地基是否存在脫空的研究階段，但它們的智能化、專業化卻是傳統脫空檢測方法所無法取代的，今后勢必成為剛性路面板下地基脫空檢測方法以及智能化檢測儀器開發的一個重要趨勢。

參考文獻

[1]包琪，許純梅，史曉娜.多孔剛性路面在山區公路中應用研究進展[J].森林工程，2014，30（5）：147-149+153.

[2]孫華，謝秀萍，黃麗卿.結構混凝土標養期后的強度變化規律研究[J].森林工程，2014，30（6）：169-173+45.

[3]Federal Highway Administration， Evaluation On Rigid Pavement Overlay Design Procedures[R].NO.FHWA/RD283/090.

[4]唐伯明.剛性路面板脫空狀況的評定與分析[J].中國公路學報，1992，5（1）：40-44.

[5]張寧.水泥砼路面脫空評定系統[J].華東公路，1997，（6）：32-35.

[6]張建華.用FWD進行板下地基脫空狀況的評定[J].湖南交通科技，2003，29（1）：113-114.

[7]王陶.基于遺傳算法的剛性路面脫空判定[J].中國公路學報，2003，16（3）：23-26.