剛性路面脫空無損檢測(cè)方法綜述

摘 要：文章論述了剛性路面脫空產(chǎn)生的機(jī)理和危害，介紹了目前使用的路面板下低級(jí)脫空常見的無損檢測(cè)的方法和原理，重點(diǎn)介紹了落錘式彎沉儀既FWD（Falling weight Deflectermeter）檢測(cè)法、地質(zhì)雷達(dá)以及聲振法工作原理及應(yīng)用。最后對(duì)各種方法進(jìn)行了總結(jié)，提出了今后路面脫空無損檢測(cè)的研究方向和趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：剛性路面；脫空；無損檢測(cè)

目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)正處于持續(xù)不斷地增長(zhǎng)，而我國(guó)的公路建設(shè)備受關(guān)注和重視，已經(jīng)被列為重點(diǎn)投資建設(shè)項(xiàng)目之一，從而使道路工程質(zhì)量檢驗(yàn)成為了一項(xiàng)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(jié)構(gòu)層，致使路面板處于懸空狀態(tài)。導(dǎo)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(fù)作用的影響、基層塑性變形的累計(jì)，這些溫度和濕度等環(huán)境因素的變化會(huì)使混凝土路面路面板產(chǎn)生上撓變形，這種變形會(huì)導(dǎo)致支持路面板下方結(jié)構(gòu)層的脫空[1-2]。剛性路面的脫空時(shí)其受力狀態(tài)相當(dāng)于懸臂狀態(tài)，將產(chǎn)生很大的應(yīng)力及變形，會(huì)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?xí)苯釉斐陕访姘宓臄喟搴推扑椤Ｒ虼瞬捎脽o損的方式對(duì)剛性路面各種缺陷進(jìn)行檢測(cè)顯得尤為迫切。

1 經(jīng)驗(yàn)法的脫空無損檢測(cè)

（1）車輛經(jīng)過時(shí)通過人的直覺來判定，如能感覺到路面板伴有上下移動(dòng)；（2）臨近板出現(xiàn)較大錯(cuò)臺(tái)（大于5mm），板的接縫兩側(cè)彎沉差大于0.106mm處，較低板既有脫空；（3）角隅處填縫料產(chǎn)生嚴(yán)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(cè)。采用儀器對(duì)路面板邊或角隅進(jìn)行激勵(lì)，采集聲音信號(hào)，通過頻譜分析判斷路面板下結(jié)構(gòu)層是否脫空。

2 落錘式彎沉儀（FWD）脫空檢測(cè)

近年來，國(guó)際上對(duì)于剛性路面板脫空多半采用 FWD為代表的彎沉無損檢測(cè)設(shè)備，20世紀(jì)50年代，國(guó)外開始研究對(duì)剛性路面板下結(jié)構(gòu)層地基是否脫空這一課題。受限于當(dāng)時(shí)的對(duì)這一課題的研究水平所限，很難準(zhǔn)確地對(duì)剛性路面板下結(jié)構(gòu)層的脫空狀況進(jìn)行預(yù)判，只能通過感官進(jìn)行初步判定[3]。我國(guó)把落錘式彎沉儀應(yīng)用到高等級(jí)公路路面彎沉檢測(cè)中已經(jīng)有20多年的歷史。而用于剛性路面脫空的無損檢測(cè)還處在研究初期。落錘式彎沉儀評(píng)定剛性路面板下結(jié)構(gòu)層脫空狀況的指標(biāo)也是檢測(cè)出彎沉值并通過模量反算來進(jìn)行。唐伯明[4]在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室制作了帶有拉桿的剛性路面板，在試驗(yàn)板的邊緣和角隅處進(jìn)行了人為脫空的設(shè)計(jì)處理，通過試驗(yàn)檢測(cè)得出：尺寸越大，彎沉值的大小脫空區(qū)域的面積大小成正比，且彎沉對(duì)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(guān)系提出了一種臨界荷載概念新的脫空評(píng)定方法。張建華等[6]通過使用落錘式彎沉儀實(shí)測(cè)剛性路面的彎沉值，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行處理，從而評(píng)定路面板的脫空狀況。分析結(jié)果說明，基于有限元法的FWD檢測(cè)路面板下地基脫空狀況，能較為準(zhǔn)確的評(píng)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(jì)算模型。利用落錘式彎沉儀實(shí)際測(cè)定剛性路面板下結(jié)構(gòu)層的彎沉值，并根據(jù)遺傳算法演化出剛性路面結(jié)構(gòu)層模量，最終判定剛性路面板下結(jié)構(gòu)層脫空方法。

3 地質(zhì)雷達(dá)脫空無損檢測(cè)

檢測(cè)脫空采用傳統(tǒng)的土工法和鉆孔取芯法，規(guī)范推薦采用的方法屬于破壞性方法，會(huì)對(duì)路面造成一定程度的破壞。探地雷達(dá)是無損檢測(cè)儀器，功能十分強(qiáng)大。相對(duì)于彈性波而言，電磁波在空氣中具有傳播不穩(wěn)定、動(dòng)力學(xué)參數(shù)信息區(qū)別大等缺陷。這導(dǎo)致探地雷達(dá)地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)衰變較彈性波要快得多；而且當(dāng)應(yīng)用于不同的工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)時(shí)，因探地雷達(dá)波的傳播速度受環(huán)境介質(zhì)影響，使其波的特性與彈性波有差異。探地雷達(dá)是把高頻電磁波從地面經(jīng)由天線送至地下，其特點(diǎn)是頻帶寬、頻率高且脈沖時(shí)間短。利用接收系統(tǒng)接收到的物體的反射信號(hào)，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析反射波形，從而得出地下介質(zhì)特征和地下結(jié)構(gòu)特性。

4 聲振法

4.1 聲發(fā)射法

聲發(fā)射技術(shù)是一種包含聲發(fā)射源、聲波的傳送、聲-電轉(zhuǎn)換、信息與數(shù)據(jù)顯示、處理與記錄、解析與評(píng)估等內(nèi)容的動(dòng)態(tài)無損檢測(cè)技術(shù)。聲發(fā)射技術(shù)具有對(duì)結(jié)構(gòu)的病害出現(xiàn)、發(fā)展進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)的基本特點(diǎn)，因此它廣泛應(yīng)用于建筑工程中各類建筑結(jié)構(gòu)的活動(dòng)性缺陷檢測(cè)，包括梁、板、柱等物體。

4.2 超聲波檢測(cè)法

超聲波檢測(cè)法是采用穿透測(cè)試物體的方式檢測(cè)結(jié)構(gòu)物的缺陷。此方法需要把被測(cè)物體放置在兩個(gè)分別作為一個(gè)測(cè)試面的探頭間形成兩個(gè)相對(duì)測(cè)試面并把所測(cè)波速數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)比較來判斷結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否存在缺陷，但這種方法用于道路路面特殊結(jié)構(gòu)時(shí)，因沒有合適的方法布設(shè)探頭，而產(chǎn)生了對(duì)道路工程無損檢測(cè)的限制。此外，穿透測(cè)試只能把測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行相互比較，然后以統(tǒng)計(jì)學(xué)原理中的概率法來處理數(shù)據(jù)判斷是否有缺陷，卻無法準(zhǔn)確提供關(guān)于缺陷的信號(hào)，且要求大量的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

在現(xiàn)有的檢測(cè)剛性路面板下結(jié)構(gòu)層是否脫空的方法中，最簡(jiǎn)單、最容易實(shí)施的是經(jīng)驗(yàn)法，但這只是定性的判定剛性路面板下結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)層脫空的面積大小和具體的脫空區(qū)域；基于落錘式彎沉儀采集大量彎沉數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理，采用彎沉值反算模量的方法可以定量測(cè)出脫空區(qū)面積，但對(duì)于剛剛出現(xiàn)脫空的位置并有可能脫空區(qū)域?qū)⒁饾u擴(kuò)大的狀況卻無能為力，而且檢測(cè)效率較低；盡管通過探地雷達(dá)的檢測(cè)方法可以高效定性地檢測(cè)出剛性路面板下結(jié)構(gòu)層的脫空區(qū)，但只能初步判定此處有脫空，不能定量判定該處脫空區(qū)域的面積大小，也屬于定性判定剛性路面板下結(jié)構(gòu)層脫空的范疇；通過瞬態(tài)瑞雷信號(hào)反演的方法檢測(cè)剛性路面板下結(jié)構(gòu)層脫空目前也是屬于定性判定脫空的檢測(cè)手段，無法由此對(duì)脫空區(qū)域?qū)嵤┕酀{修補(bǔ)施工；基于頻率信息的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(jié)論，尚不純熟。因此只有基于原有方法進(jìn)一步研究改善才能得到新一代的技術(shù)：（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(píng)定剛性路面板下地基的脫空情況是剛性路面結(jié)構(gòu)質(zhì)量評(píng)估與維修保養(yǎng)的重要內(nèi)容，對(duì)于路面板下地基脫空狀況的快速識(shí)別，只是定性判定是否存在脫空遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，更應(yīng)該進(jìn)一步定量判斷出需要處理的脫空區(qū)域的具體位置和脫空的面積大小，給用戶一個(gè)直接的指導(dǎo)。（2）通過動(dòng)力學(xué)方法應(yīng)用于剛性路面板下地基脫空的檢測(cè)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(yè)化卻是傳統(tǒng)脫空檢測(cè)方法所無法取代的，今后勢(shì)必成為剛性路面板下地基脫空檢測(cè)方法以及智能化檢測(cè)儀器開發(fā)的一個(gè)重要趨勢(shì)。

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