無損檢測技術(shù)在高速公路施工檢測中的應(yīng)用研究

■陳曉亮

(河北省交通建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司，石家莊 050000)

0 引言

隨著我國西部開發(fā)的力度增大，該地區(qū)地廣人稀，地理結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自然環(huán)境惡劣，交通基礎(chǔ)設(shè)施比較滯后，大部分地區(qū)的道路存在里程長且等級低的現(xiàn)象[1-3]。西部地區(qū)面臨新一輪的道路新建或改建，為提升公路工程的整體施工質(zhì)量和路用性能，需提高公路施工檢測過程中的技術(shù)水平[4]。傳統(tǒng)的路基路面檢測以人工檢測為主，不僅需要耗費大量的人力、物力，還會造成路面結(jié)構(gòu)的破壞[5]。因此，需研究新疆地區(qū)自動化水平較高的公路檢測新技術(shù)，以達到快速無損檢測的目的。

公路檢測技術(shù)水平的提升可服務(wù)于路基路面設(shè)計參數(shù)調(diào)整、道路施工質(zhì)量控制、道路綜合質(zhì)量評定等。路基檢測指標一般包括壓實度和彎沉值兩個方面，路面檢測指標包括壓實度、壓實厚度、路面彎沉和路面平整度等[6-8]。本文以某高速公路建設(shè)為依托，對公路施工檢測中應(yīng)用的無損檢測技術(shù)進行研究分析，有利于無損檢測技術(shù)在中西部地區(qū)公路工程中的推廣應(yīng)用。

1 工程概況

該工程項目路線全長68.66km。主線采用高速公路標準，路基寬26m，雙向6車道，設(shè)計速度100km/h。在公路建設(shè)過程中，為校驗施工質(zhì)量是否達標，采用無損檢測方法對壓實度、彎沉值、平整度等指標進行檢測。檢測路段路面結(jié)構(gòu)為5cm中粒式瀝青混凝土面層，基層采用25cm的水泥穩(wěn)定砂礫，底基層采用35cm級配碎石底基層。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 路基路面壓實度快速檢測

圖1 道路結(jié)構(gòu)示意圖

壓實度是路面檢測混凝土密度與室內(nèi)混凝土標準試驗密度之比，壓實度檢測方法一般包括灌砂法、環(huán)刀法等，但該方法需要對路面進行取芯，不僅會造成路面結(jié)構(gòu)的損壞，還需要消耗大量人力、物力，不適合在新建地區(qū)中廣泛推廣。在本工程項目中，采用土壤無核濕密度儀法進行公路路基壓實度檢測，采用瀝青無核密度儀對瀝青路面壓實度進行快速檢測。

2.1 快速檢測路基壓實度

(1)土壤無核濕密度儀檢測原理

土壤無核濕密度儀檢測的基本原理是時域反射技術(shù)，在路基土壤中插入金屬鋼針，以脈沖發(fā)生器進行電磁脈沖，對信號的傳播時間和電壓信號進行采集、處理。最終獲取土體實際的干密度、濕度，其基本原理見圖2。

圖2 土壤無核濕密度儀檢測原理圖

(2)土壤無核濕密度儀檢測應(yīng)用

高速公路檢測段基層材料采用的是水泥穩(wěn)定碎石材料，為研究土壤無核濕密度儀在路基壓實度檢測中的具體表現(xiàn)，分別采用土壤無核濕密度儀檢測法和灌砂法對路基壓實度進行檢測，測試結(jié)果見表1、表2。

表1 土壤無核濕密度儀路基壓實度測試結(jié)果

表2 灌砂法路基壓實度測試結(jié)果

通過兩種方法對路基測試結(jié)果顯示，干密度相對誤差為0.5%左右，壓實度相對誤差為0.7%左右。

2.2 快速檢測瀝青面層壓實度

(1)無核密度儀檢測原理

瀝青無核密度儀檢測的基本原理是通過電磁表面接觸法測試混合料的密度，無核密度儀在進行檢測前，需要對儀器進行標定，該儀器需要實測周邊四個方向的密度從而進行密度標定。該儀器科研實現(xiàn)自動化計算壓實度、平均密度和孔隙率等指標，較為直接地判別瀝青路面的均勻性，可提高路面檢測的工作效率，其基本原理見圖3。

圖3 無核密度儀檢測原理圖

(2)無核密度儀檢測應(yīng)用

高速公路檢測段上面層采用的是AC-13級配瀝青混合料，中面層采用的是AC-16級配瀝青混合料，采用無核密度儀對瀝青路面的中上面層的壓實度進行檢測，并與取芯測試的試件壓實度進行對比，試驗結(jié)果如表3、表4所示。

表3 AC-13瀝青混合料壓實度檢測結(jié)果

表4 AC-16瀝青混合料壓實度檢測結(jié)果

通過AC-13瀝青路面上面層和AC-16瀝青路面中面層壓實度的檢測對比，研究認為，無核密度儀對于上面層檢測的效果更優(yōu)，中面層及以下的探測結(jié)果相對誤差較大，但仍舊符合公路檢測規(guī)范中的相關(guān)要求。其根本原因是無核密度儀的探測信號會隨探測深度的變大而削弱。

3 路基路面彎沉快速檢測

彎沉檢測儀器包括車載式落錘彎沉儀、貝克曼梁、便攜式落錘彎沉儀和激光自動彎沉儀四種。考慮到西部地區(qū)地勢起伏較大，車載式落錘彎沉儀和激光自動彎沉儀自動化水平較高且容易攜帶使用，因此在實際道路檢測過程中使用較多。

3.1 車載式FWD快速檢測彎沉

(1)車載式落錘彎沉儀工作原理

車載式落錘彎沉儀即裝載在拖車上的落錘彎沉儀，主要包括位移傳感器、加載設(shè)備、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等主要部分。其工作原理是：在計算機控制模式下，將重錘儀通過液壓提升置一定高度后自由下落，給路面施加脈沖荷載使路面位移傳感器檢測路面表層的變形狀況，系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進行處理即可快速輸出路面彎沉值，其基本原理見圖4。

圖4 車載式落錘彎沉儀檢測原理圖

(2)車載式落錘彎沉儀應(yīng)用

檢測過程中采用不同結(jié)構(gòu)層的瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面作為測試對象，彎沉測試的路段區(qū)間每間隔20m檢測一次，在同一布測位置需要錘擊3次，以第2次和第3次測定數(shù)據(jù)的平均值作為該點實際彎沉代表值。研究將車載式落錘彎沉儀與普通貝克曼梁法測得的數(shù)據(jù)進行匯總對比，結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同檢測方案下彎沉值數(shù)據(jù)對比

通過激光自動彎沉儀和貝克曼梁法對路面彎沉進行測試，研究認為：二者在檢測數(shù)據(jù)結(jié)果上整體趨勢較為接近，但具體的檢測數(shù)據(jù)結(jié)果仍存在一定偏差。由于激光自動彎沉儀裝載在檢測車底部，檢測車行駛速度的大小會對檢測結(jié)果造成一定影響。因此，激光自動彎沉儀檢測需要對相關(guān)參數(shù)進行嚴格調(diào)整。

通過車載式落錘彎沉儀和貝克曼梁法對路面彎沉進行測試，研究認為：二者在檢測數(shù)據(jù)結(jié)果上較為接近，相對誤差較小，車載式落錘彎沉儀檢測數(shù)據(jù)略小于貝克曼梁檢測數(shù)據(jù)。

3.2 激光自動彎沉儀

(1)激光自動彎沉儀工作原理

激光自動彎沉儀是以激光測距為基礎(chǔ)的彎沉記錄儀器，該方法和普通貝克曼梁檢測原理相近，采用杠桿的位移來表征路面結(jié)構(gòu)的變形，激光距離傳感器主要用于測試路面變形致較平位置的距離，即彎沉值大小，其基本原理見圖6。

(2)激光自動彎沉儀應(yīng)用

高速公路采用的激光自動彎沉儀具體參數(shù)規(guī)格見表5，以隨機選擇的200m檢測路段獲取50個點位彎沉數(shù)據(jù)，將激光自動彎沉儀與普通貝克曼梁法測得的數(shù)據(jù)進行匯總對比，結(jié)果如圖7所示。

圖6 激光自動彎沉儀檢測原理圖

表5 激光自動彎沉儀參數(shù)規(guī)格

圖7 不同檢測方案下彎沉值數(shù)據(jù)對比

4 探地雷達路面厚度無損檢測

(1)探地雷達路面厚度無損檢測原理

探地雷達是一種連續(xù)、自動化的路面厚度無損檢測方法，在檢測過程中無需像鉆芯法一樣破壞路面結(jié)構(gòu)。其次，它可以實現(xiàn)路段的連續(xù)檢測，可大大提高檢測工作效率，從一定程度上獲取的樣本數(shù)量較多，其分析統(tǒng)計的結(jié)果數(shù)據(jù)也更為可靠，可更為精準地反映路面真實厚度情況。與此同時，灘地雷達在工作過程中，可以識別路面裂縫、混凝土板層脫空等施工缺陷。一般而言，探地雷達可分為高頻和低頻兩種檢測天線，高頻雷達可探測50cm內(nèi)的路面結(jié)構(gòu)情況，低頻雷達可探測1m左右厚度的路面結(jié)構(gòu)，其基本原理見圖8。

圖8 探地雷達路面厚度無損檢測原理圖

(2)探地雷達路面厚度無損檢測應(yīng)用

對高速某段瀝青路面進行瀝青混凝土層厚度檢測，將探地雷達無損檢測的路面厚度與實際鉆芯試驗厚度進行對比，其試驗結(jié)果如表6所示。

表6 兩種方式下路面厚度檢測結(jié)果對比

將探地雷達和路面取芯得到的路面厚度進行對比分析，研究認為：兩種方式在檢測數(shù)據(jù)結(jié)果方面較為接近，絕對誤差在5%以內(nèi)，符合公路檢測的具體規(guī)范要求，說明探地雷達對路面厚度檢測的科學(xué)性和有效性。

5 結(jié)語

針對高速公路改擴建或新建工程中進行無損檢測技術(shù)的應(yīng)用，可以建立以壓實度、彎沉、厚度等道路檢測關(guān)鍵指標的評價體系，針對新疆地區(qū)道路工程的特殊性和復(fù)雜性，選用適用的無損檢測技術(shù)可以提高施工現(xiàn)場的檢測效率和道路鋪筑質(zhì)量水平。在簡化檢測流程的同時，縮短了道路檢測周期，節(jié)約了大量的人力，推動了道路交通整體的發(fā)展水平。