聲振法在水泥混凝土路面質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

劉偉

摘 要 為研究聲振法在水泥混凝土路面脫空檢測中的應(yīng)用，本文介紹聲振法檢測裝置組成及檢測基本原理，并依托于實際水泥混凝土脫空檢測項目，對比聲振法、探地雷達(dá)及原位鉆芯檢測精度，結(jié)果表明：聲振法與原位鉆芯脫空檢測結(jié)果較為契合，聲振法檢測精度較高，具有一定推廣價值。

關(guān)鍵詞 水泥混凝土路面;脫空檢測;聲振法

1引言

公路交通作為基礎(chǔ)設(shè)施中不可或缺的一環(huán)，在國民經(jīng)濟中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。自改革開放以來，我國公路建設(shè)事業(yè)迅猛發(fā)展，公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和道路養(yǎng)護(hù)維修等投入不斷加大，公路運輸不僅成長為一個獨立的基礎(chǔ)性經(jīng)濟發(fā)展體系，同時也實現(xiàn)了起點到終點“最后一公里運輸”，為我國物資及人力資源運輸方式提供重要銜接手段。

水泥混凝土路面具有高強度、高耐久性、建設(shè)期較短、養(yǎng)護(hù)簡便等一系列優(yōu)點，是我國公路交通中主要高等級公路形式之一，對我國經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生了強有力的推動作用。然而，混凝土路面在運營使用過程中也會出現(xiàn)各種各樣的病害，其中板底脫空是混凝土路面常見病害之一。脫空使得混凝土板應(yīng)力重新分配，特別是板邊角位置的脫空，在行車作用下，板邊角處脫空產(chǎn)生較大應(yīng)力和豎向位移，容易導(dǎo)致混凝土板邊角的折斷或碎裂等，嚴(yán)重影響混凝土路面的路用性能及使用壽命。因此，對于混凝土脫空位置及病害程度的確定顯得尤為重要。目前，混凝土路面脫空檢測技術(shù)主要有經(jīng)驗法、彎沉判別法、探地雷達(dá)法等，其中經(jīng)驗法受主觀因素影響較大;彎沉判別法操作簡單但檢測精度較低、速度較慢，不適用于連續(xù)檢測;探地雷達(dá)法效率較高，能夠直觀反映混凝土路面脫空情況，但其讀譜難度較大、技術(shù)要求較高。聲振法是近年新興的混凝土路面脫空檢測技術(shù)，具有檢測成本低、操作簡單、檢測效率高、技術(shù)要求低等優(yōu)點，在水泥混凝土路面脫空檢測中逐漸得到應(yīng)用[1， 2]。本文介紹聲振法檢測的基本原理，并依托具體應(yīng)用實例，闡述聲振法檢測水泥混凝土路面脫空過程，以期為今后路面檢測提供理論指導(dǎo)。

2聲振法檢測基本原理

聲振法主要通過敲擊水泥混凝土路面板使其產(chǎn)生聲波，利用聲波振動在不同彈性介質(zhì)中傳播狀態(tài)差異來判定水泥混凝土路面板支撐狀態(tài)，以下將詳細(xì)介紹其設(shè)備組成及檢測原理。

（1）聲振法設(shè)備簡介

目前較為成熟的聲振法檢測設(shè)備大致可分為非連續(xù)式聲振檢測裝置和連續(xù)式聲振檢測裝置。非連續(xù)式聲振檢測裝置由拾音器、連接線、數(shù)據(jù)處理裝置組成，主要通過外部振動激勵來產(chǎn)生振動（如手動錘擊、微型爆炸等），然后通過拾音器收集聲振信息，最后再電腦上成型聲壓曲線并進(jìn)行處理。連續(xù)式聲振檢測裝置主要由承載部分、激勵裝置、振動傳感器、數(shù)據(jù)處理裝置等組成，可通過車輛拖行并對路面進(jìn)行規(guī)律性激勵產(chǎn)生連續(xù)性聲振，經(jīng)傳感器收集聲振信息后，有數(shù)據(jù)處理裝置進(jìn)行振分析[3]。

（2）聲振法檢測中的振動理論

振動指物體在其平衡位置附近不斷往復(fù)運動的過程，振動在介質(zhì)中傳播史時會因介質(zhì)的性質(zhì)不同而呈現(xiàn)不同的傳播狀態(tài)。聲波是一種機械振動，在介質(zhì)中傳播時，由于介質(zhì)總存在各種形式的阻尼，其振幅將出現(xiàn)衰減，而在混凝土、土體及空氣等不同介質(zhì)中傳播時，由于介質(zhì)對于振動的阻尼大小不同，聲波在水泥混凝土板、路基及空氣中傳播時振幅衰減情況也不同。因此，可以利用聲波振動的傳播性質(zhì)來判斷水泥混凝土路面板下的支撐情況[4]。

（3）聲振法中的波動理論

音頻檢測的傳播介質(zhì)必須是彈性介質(zhì)，在外力作用下，彈性介質(zhì)中質(zhì)點產(chǎn)生位移，使得質(zhì)點間間距改變，當(dāng)外力撤銷后，質(zhì)點在范德華力的作用下又會返回原來的位置，同時形變也向下一個區(qū)域傳播，進(jìn)而形成聲波。敲擊板材主要產(chǎn)生其特有的萊姆波，而僅有萊姆波中的縱波可以在空氣中傳播，通過傳感器捕捉空氣中的縱波，將其轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過計算機測量分析，最終得出水泥混凝土路面板下脫空位置及脫空程度。

3工程檢測

（1）工程概況

某公路設(shè)計結(jié)構(gòu)由上至下依次為25cm厚水泥混凝土面板、20cm厚水泥穩(wěn)定碎石基層，通車3年后路面整體狀況良好，但部分路面板間出現(xiàn)錯臺，重載車輛通過時有明顯位移。

（2）脫空檢測

經(jīng)現(xiàn)場初步視察，發(fā)現(xiàn)K21+750～K22+200試驗段水泥混凝土路面可能存在較為嚴(yán)重的脫空，故以該路段作為重點檢測目標(biāo)，本文采用連續(xù)式聲振檢測裝置進(jìn)行脫空檢測。

確定疑似脫空點。在路面疑似脫空區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記供后期重點檢測。

儀器調(diào)試。專業(yè)人員將檢測車、激勵裝置與數(shù)據(jù)處理裝置連接好，在水泥混凝土路面上進(jìn)行調(diào)試，確認(rèn)激勵裝置能夠使水泥混凝土路面產(chǎn)生適當(dāng)振幅的振動，該振動幅度以振動接收裝置能夠完整、清晰地辨識為標(biāo)準(zhǔn)。

儀器參數(shù)設(shè)定。根據(jù)現(xiàn)場情況及儀器狀態(tài)調(diào)整拾音器靈敏度，靈敏度調(diào)試以能夠過濾雜音、完整清晰地接受激勵振動為標(biāo)準(zhǔn)。

振動激勵。發(fā)動檢測車，并將檢測車速度控制在15km/h勻速前進(jìn)，開啟激勵裝置，使激勵裝置按照一定頻率錘擊水泥混凝土路面。

數(shù)據(jù)收集與存儲。接收裝置開始收集聲振信息，專業(yè)人員全程觀察并標(biāo)記特殊聲振產(chǎn)生的位置，例如，由于坑洞、錯臺等引起檢測裝置跳動的位置，因過往車輛振動噪聲過大而引起聲振信息受干擾的位置等，以供聲振信息修正處理使用。

儀器整理。試驗段聲振信息收集存儲完畢后，關(guān)閉連續(xù)式聲振檢測裝置，整理好各處的連接線路等，并斷開從檢測車尾部取下裝置，并小心地裝車拖走。

數(shù)據(jù)處理。根據(jù)計算機對檢測路段機械波加速度、振動時間和頻譜特征等聲振信息進(jìn)行處理，得出水泥混凝土路面板脫空位置及范圍等信息，作為后期養(yǎng)護(hù)工作參考。

脫空情況判定。將采集的聲振信息進(jìn)行系統(tǒng)性分析，考慮路面行車干擾、特殊聲振位置及其他自然聲音等情況，發(fā)現(xiàn)試驗段中K21+800、K21+900、K22+100等部位存在較為明顯的加速度較大、振動時間較長、主頻率較高等現(xiàn)象，因此將其判定為明顯脫空[5]。

4精度對比

采用聲振法檢測K21+750～K22+200試驗段水泥混凝土路面后，再利用探地雷達(dá)及鉆芯檢測對比檢測結(jié)果，對比結(jié)果如表1。

由表1可知，采用聲振法檢測的水泥混凝土路面脫空狀況與鉆芯結(jié)果探地雷達(dá)及鉆芯檢測結(jié)果基本一致，聲振法檢測水泥混凝土路面脫空狀況應(yīng)用效果良好。從可操作性性及檢測效率上來看，聲振法具有一定優(yōu)勢，故該檢測方法值得推廣。

5結(jié)語

聲振法是近年新興的水泥混凝土路面質(zhì)量檢測技術(shù)，具有良好的應(yīng)用前景。為研究聲振法在水泥混凝土路面脫空檢測中的應(yīng)用情況，本文介紹聲振法檢測裝置類型與組成及檢測基本原理，并依托于實際檢測項目，對比聲振法、探地雷達(dá)及原位鉆芯檢測精度，結(jié)果表明：聲振法、探地雷達(dá)及原位鉆芯及三者檢測結(jié)果較為契合，聲振法檢測精度較高，具有一定推廣價值。

參考文獻(xiàn)

[1] 薛忠軍，王端宜，張肖寧，等.水泥混凝土路面不同脫空檢測方法識別率的對比驗證[J].公路，2007（1）：90-94.

[2] 彭永恒，馬榮.水泥混凝土路面脫空的壓漿技術(shù)及應(yīng)用[J].大連民族學(xué)院學(xué)報，2009，11（1）：64-66.

[3] 劉衛(wèi)東，王大鵬，彭鵬，等.聲振法判定水泥混凝土路面脫空的試驗研究[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，25（3）：29-33.

[4] 李想，彭永恒，王旭，等.聲振法檢測水泥混凝土路面板縱縫脫空試驗與數(shù)值仿真分析[J].公路，2018，63（9）：252-256.

[5] 彭永恒，李想，宋宏偉，等.聲振法檢測室外水泥混凝土路面脫空試驗[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2019， 35（1）：67-74.