在役高速公路路基性能評價及快速檢測技術分析

徐天檄

摘要：隨著我國經濟的快速發展，高速公路也得到了快速發展，并且已經具備了一定的規模及體系，因此在役高速公路的養護已是高速公路發展及建設的重點，其路基性能的評價及檢測成為一項重要的研究內容。本文結合某高速公路工程探討了三種路基性能評價的方法，分別為線性加權評價法、灰色類聚評價法、BP神經網絡評價法，并列舉了幾種快速檢測的技術。

Abstract： With the rapid development of China's economy， the expressway has also developed rapidly and already has a certain scale and system. Therefore， the maintenance of in-service expressway is the focus of expressway development and construction， and its evaluation of roadbed performance and testing has become an important research content. In this paper， three kinds of roadbed performance evaluation methods are discussed in combination with a highway engineering. They are linear weighted evaluation method， gray class evaluation method and BP neural network evaluation method， and several quick detection techniques are listed.

關鍵詞：高速公路路基；性能評價；檢測技術

Key words： expressway subgrade；performance evaluation；detection technology

中圖分類號：U416.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）35-0165-02

0 引言

隨著我國交通運輸行業的快速發展，交通負荷量也越來越重。公路的承重主體即為路基，路基不僅受車輛壓力的影響，還會受到自然環境等因素的影響，會經常出現損壞的現象。為了保證交通運輸的暢通，延長高速公路的使用壽命，就必須對損壞的路段進行維修養護，因此加強對在役高速公路性能的評價及檢測技術水平是十分有必要的。本文結合某高速公路運輸干道分析高速公路性能評價方法及快速檢測技術。

1 某高速公路路基分析研究

隨著我國經濟的發展，某高速公路的交通量不斷擴增，原有的四車道不得不改為八車道才能滿足需求。該高速公路投入運營的二十年間，由于交通量不斷增長，路基負荷量越來越大，加上受自然環境因素的影響，致使路基的性能發生了改變，部分路基產生了一定程度的病害。因此，對在役高速公路路基性能的評價及檢測技術的研究有著十分重要的意義。

2 在役高速公路路基性能評價

2.1 線性加權評價法

線性加權評價法的基本流程是：第一步，先計算出各路面的綜合破損率（DR），再將DR值代入換算公式中，從而計算路面狀況指數，所得到的數值越大，說明路況越好；第二步，根據路面的彎沉指數計算其強度指數（SSI），計算得到的數值越大，表明路段強度越好；第三步，計算出路面抗滑指數（BPN）和路面行駛質量指數（RQI），它們的數值越大，路況越理想；第四步，利用得到的各項指標數值計算出路面綜合評價指標（MQI）。線性加權評價法的特征是通過選定權值，然后利用加權求和的方法，計算出一個統一的數值，根據該數值的大小來劃分路段。

對在役高速公路路基性能的評價中使用線性加權評價法的優點是：只需要進行實地勘察，然后收集相關的資料，實地檢測的工作量少，能有效節約人力、物力以及財力，并且對路基性能評價結果有一定的精確度。

2.2 灰色聚類評價法

由于當前還比較缺乏對高速路路基性能的評價模型，因而我們將路面性能評價模型作為參考及借鑒。路面性能評價體系包括分項指標及綜合性指標，路面性能評估方法包括回歸模型法及系統分析法。這些方法運用于高速路路基性能評價中都有各自的優缺點，但對路基性能進行評估時要根據實際情況運用科學有效的方法。目前灰色聚類評價運用于瀝青路面的性能測試已取得理想效果，因而可以借鑒到路基性能的評價中。路基性能受諸多因素的影響，例如使用條件、作用負載、結構層性質及環境因素等，由于這些因素對路基作用機理及性能的影響程度還不能完全掌握，因而我們可以用灰色聚類評估法對這一“灰色”特征進行分析評價。采集和處理已知部分的信息，并對這些信息進行定量及定性分析，然后按照灰類進行劃分、歸納，從而完成對高速公路路基性能的評價。灰色聚類評價方法用于高速公路路基評價的特征是誤差小、精確度高。

2.3 BP神經網絡評價法

人工智能研究中人工神經網絡是其中重要組成部分，該系統是由人腦構造基本單元組成，通過模擬人腦的思維過程，從而得到的一種計算思維模型。該系統主要有信息協同處理及分布式儲存、學習能力強、具有集體運算的能力、容錯性強、善于綜合聯想及推廣、數據擬合能力好等特質。BP網絡通常應用于模式識別、數據壓縮、函數逼近、矢量分類，運用BP神經網絡法對高速路路基性能進行評價，其中的復雜對應關系可以精確的模擬出來，并且自動確定其中的權值。

3 快速檢測技術

3.1 探地雷達檢測

探地雷達是一種新型的高速路檢測技術，近幾年才在我國得到應用。探地雷達技術的工作原理是：將高頻電磁波由地面的發射天線傳送至地下，當電磁波經異常發射體或地層返回至地面，電磁波反射信號由接受天線接收，通過分析返回電磁波的振幅及時頻特征，以此了解路面下層的信息，從而得出檢測結果。探測雷達的工作頻率影響探測的深度和分辨能力，當工作頻率高時探測的深度小，分辨能力強；當工作頻率低時探測的深度大，分辨能力弱。當工作頻率不變時，探測的深度受場地介質電阻的影響，電阻率小，則探測深度小，電阻率大，則探測的深度大。探地雷達通常用來初步檢測相對不利路段，能總體上判別檢測路段路基填筑的情況。在進行數據處理時，要消除高頻傳輸及擴散引發的低頻組分，消除噪聲的影響及自然環境引起的零點漂移現象，根據具體情況分析頻率譜、振幅譜，通過分析得到濾波器的參數，然后對慮波進行處理，去除干擾、突出有利反射波。endprint

探地雷達檢測技術不僅可以檢測路面的厚度，還可以分析出路基松散情況、瀝青剝落情況、各層結構松散情況、橋面鋪裝剝離情況及路面板塊脫空情況等。探地雷達檢測方法具有快速、無損、信息量大及精度高的特點，而且檢測過程中不會對交通造成影響，在高速路路基質量檢測中得以廣泛應用。探地雷達技術使高速公路無破損檢測問題得到了解決，試驗證明檢測效果理想。無論是公路改建擴建，還是舊路的維修養護，或者新建設的高速路，都可以運用該方法對公路質量進行檢測評價，因此具有巨大的推廣意義。

3.2 瞬態瑞利波檢測

瞬態瑞利波法作為一種新技術主要應用于巖石工程原位測試，該法是通過分析瑞利波在介質中的傳播速度及頻散特性與巖石物理力學性質的關系，從而解決工程的問題。瑞利波到達速度、彈性或密度不同的介質界面上時，會出現折射、反射的現象，并且產生界面波。瑞利波在均勻的介質中其振幅會隨著深度的增大而逐漸減小，瑞利波的波長影響其播深度，波長越長，傳播的深度越大。介質的彈性參數影響瑞利波的傳播速度，主要包括：介質的剪切波速度、壓縮速度及密度，其中剪切波的速度是主要影響的參數。瑞利波在地層傳播經過水平分層地層時，由于各界面包含了多個模態，使得彈性波途徑各個界面時不斷透射、反射、諧振，加上地表疊加、干涉的過程，致使瑞利比的波長及彈性能量不斷變化。瑞利波的模態組成受各地層的彈性結構影響，應用瑞利波探測方法就必須研究分析各地層結構的瑞利波模態特征。

地層深度增加時其剛度也隨之增加，這是最常見、最簡單的地層分層結構。在這樣的地層結構中瑞利波的能量大部分都集中在基階模態中，根據簡單的頻散特征就能求出地層的彈性參數。若地表覆蓋的是高剛度地層，或者地層中存在軟弱夾層，瑞利波的能量就會分散到基階及各個高階模態中，頻散特征就會變得十分復雜。若要計算出地層的彈性分層結構就需將多個模態綜合利用。

相關試驗表明，應用瞬態瑞利波檢測高速路路基性能的是有效、可靠的，該方法不僅操作簡單、快捷，而且檢測精確度較高，容易普檢。

3.3 DCP檢測

DCP檢測法即利用動力錐貫入儀（DCP）對高速路路基性能進行檢測，動力錐貫入儀主要用于判斷二灰土基層、路基、底基層及無粘結基層的各種深度的承載能力，通常的評價指標為回彈模量及CBR值。動力錐貫入儀是一種小型輕便的觸探儀，主要應用于基土原位的測試，其主要組成部分中圓錐頭的直徑為20mm，錘重為4.6kg及8kg，錐尖為60度，落距為575mm，貫入桿長為1000mm，讀尺為1000mm。動力錐貫入儀每擊一次的貫入值在讀尺中直接讀出，貫入值與相應的路基性能存在一定的關系，如土基強度、加州承載比、無側限抗壓強度等。通過儀器的標準貫入，即得到各地層的貫入值，再根據貫入值換算為相應的指標，由此判定路基各地層的承載能力及整個路基的承載能力。

DCP檢測法的特點是測定不受場地的限制，操作簡單、快捷，主要應用于路基承載能力評價及施工過程的檢測。

3.4 鉆探檢測

鉆探檢測就是對路基進行鉆孔取樣，然后對取出的樣本進行分析研究，根據各個樣本的指標判斷路基的性能。鉆探取樣時對二灰土、二灰碎石、瀝青路面應全部取樣。采取試樣主要是運用鉆機干鉆的方法，對于填土土基的采樣則用壓入法。采樣完成后需用水泥漿封好取樣孔，并做好現場清理工作。取到的石灰石、二灰碎石須進行抗壓強度的分析，填土土基須進行干重度檢測及物理力學性質試驗，粉煤炭及糞土須進行可分試驗，弱膨脹土須進行膨脹壓力、自由膨脹率的試驗。

鉆探檢測方法應用于高速路路基性能的檢測，有著其他檢測方法不可比擬的優勢，由于該方法是直接對路基進行鉆探取樣、檢測，檢測結果的準確度高，更能反映路基的實際性能狀態。但是運用該法鉆探取樣時由于占用的面積大，因而會給交通帶來嚴重影響。

4 結束語

隨著我國交通運輸業的快速發展，高速路的車流量急速增加，公路負荷量越來越大，給我國高速公路的維護及建設帶來巨大的難題，影響交通的正常運輸。因此，我們要加強對在役高速公路路基性能評價方法的研究，并不斷提高快速檢測的方法技術水平，從而保證在役高速公路的使用性及安全性，保證交通運輸業的持續發展。

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