無損檢測技術在瀝青路面檢測中的應用

摘? 要：當前，我國公路行業已進入“建養并重”發展期，瀝青路面是我國高等級公路的主要路面結構形式，隨著公路使用年限的不斷增加，瀝青路面早期病害愈加嚴重，因此對路面開展相應檢測成為必然。研究表明無損檢測技術不會對路面造成破壞性損傷，同時，具有精度高、操作方便、檢測速度快等優勢。本文闡述幾種不同路面無損檢測方法，以三維探地雷達技術為研究對象，結合工程案例，對三維探地雷達檢測效果進行探討，以期提高瀝青路面結構病害信息檢測的準確性。

關鍵詞：無損檢測技術;瀝青路面;三維探地雷達

中圖分類號：U416.217? ?文獻標識碼：A? ?文章編號：2096-6903（2020）02-0000-00

0引言

改革開放40年來，我國經濟迅速發展，公路作為國家最重要的基礎設施，也隨之步入高速發展階段。在我國公路建設里程持續增加的同時，很多已有公路工程面臨著養護維修的局面。傳統道路檢測技術不僅會對路面結構造成破壞性損傷，還存在工作效率低、代表性差等缺陷。面對與日俱增的公路養護量，傳統道路檢測技術無法滿足現代道路建設需要。為克服上述缺陷，提高檢測精度，無損檢測技術在公路瀝青路面脫空、沉陷、裂縫等病害檢測中得到了廣泛應用。

1無損檢測法類型

無損檢測是為了克服有損檢測缺陷的一種檢測方法，是指被檢測對象使用性能不受到任何損害或影響的前提下，檢測其內部結構變化情況。主要依托先進的設備、技術，采用物理、化學等方法進行測試與檢查。無損檢測是一個國家工業化水平的象征。在公路工程無損檢測中，常用的無損檢測方法包括激光路面平整度檢測、探地雷達路面厚度檢測、落錘式彎沉檢測路面承載力等。具體如下：

1.1激光路面平整度檢測

在路面平整度檢測中，最常用的檢測方法如3 m直尺法、顛簸累積值法、激光平整度儀檢測法等。激光斷面儀是最常見的一種路面平整度檢測設備，在路面檢測中不僅可以檢測路面平整度，還可以檢測路面車轍和構造深度等。其主要構成包括激光傳感器、加速度傳感器、數據采集儀器等。其本質是采用激光測距原理一標準剛性梁上安裝多個 （兩個以上） 激光位移傳感器， 剛性梁可安裝在車尾部，隨著承載車的行走， 測試儀會自動記錄激光發射口到路面的距離， 并繪制折線圖輸出， 可以直觀了解路面的變化情況[1]。

1.2探地雷達路面厚度檢測

探地雷達又稱為透地雷達，是利用發射天線將高頻電磁波反射到地下，隨后通過接收天線對反射回地面的電磁波進行接收。在地下介質中，電磁波傳播過程中將遇到電性差異的分界面，這種情況下，便會產生反射現象。根據接收到的信息，如波形、振幅強度等，可判定地下介質的實際情況。相比其他檢測方法，探地雷達的適用性更廣泛，可用于巖石、泥土、混凝土、瀝青等各類材料[2]。

1.3落錘式彎沉路面承載力檢測

在路面承載力檢測中，多采用落錘式彎沉檢測系統，其主要構成成分包括加載系統、控制與數據采集處理、位移傳感器等。在計算機控制下，通過液壓傳動裝置將重錘提升到一定高度，隨后自由下落。強大沖擊力作用于承載板，并向路面傳遞。此時形成的脈沖載荷將會促使路面在極短時間內變形。設置在各個位置的傳感器便可對路面結構層的變形情況進行真實記錄，并向計算機傳送，測算出所需數據信息。

2工程概況

某高速公路工程全長147 km，雙向六車道。設計時速根據路段不同，分為兩類，即120 km/h、100 km/h。公路建設中出現瀝青路面沉陷情況，如圖1所示。表面沉陷區域呈弧形，長、寬各為11.5 m、3.8 m。為了解及掌握沉陷區域下部結構情況，更好地進行處治，決定采用三維探地雷達檢測瀝青路面沉陷病害。

3三維探地雷達工作原理

作為一種新型的無損檢測設備，探地雷達設備是以現代電子技術和電磁技術為基礎的高端設備，檢測準確性和效率較高，已在各個領域得到了廣泛應用。三維探地雷達檢測不會對路面造成破壞性的損傷。其工作原理為利用定距發射天線，將具有穿透性的高頻電磁波發射到路面結構內，并通過相應的接收天線接收定向反射信號。隨后經雷達主機進行數據分析、處理。最終通過計算機重建三維性質的路面結構檢測信息。在地下穿越不同介質層時，電磁波可進行反射與折射，以電信號的形式，如電磁波的波形、振幅等，來展現路面結構內部的不同信息[3]。

4三維探地雷達檢測性能

4.1檢測深度

探地雷達可探測的最大深度即為探地雷達檢測深度性能。主要影響因素包括介質介電特性、電磁波自身特性等。據相關研究可知，在路面結構中，電磁波頻率越高，傳播過程中能量衰減越快，檢測深度越小。基于電磁波傳播特性，探地雷達中心頻率選擇將會對檢測深度造成一定影響。因此，檢測時遵循“高頻測淺層、低頻測深層”的原則，并結合目標物深度位置選擇天線頻率，可參考表1。

作為以頻率步進技術為主的三維探地雷達，其天線頻率范圍為0.2～3.0 GHz，10m為其理論有效檢測深度。

4.2 檢測分辨率

探地雷達對結構物進行分辨的能力被稱為探地雷達分辨率性能，主要分為兩種形式，即水平、豎直分辨率。水平分辨率是指探地雷達可識別的水平方向上的結構物最小尺寸。豎向分辨率是指探地雷達可區分的最小薄層厚度，或通過計算所取得的最小薄層厚度。在薄層厚度太小的情況下，很難區分其層頂和層底反射波，甚至出現互相干擾現象，增加分層難度。經研究表明，電磁波頻率和介質介電常數均會影響探地雷達檢測分辨率。隨著頻率增加，介質介電常數也將增大，此時表明探地雷達檢測分辨率越小。

作為以頻率步進技術為主的三維探地雷達，雷達天線頻率范圍為200 MHz～3 GHz，在各個深度范圍之內，均可生成效果良好的分辨率雷達圖像，無需頻率選擇[4]。

5三維探地雷達檢測結果分析

通過檢測，圖2為三維探地雷達掃描檢測的平面圖，此外，結合三維探地雷達縱斷面圖，即圖3（a）、圖3（b）可知，沿行車道方向k136+161～k136+175段右幅存在沉陷區域，寬度約3.8 m、沉陷面積為46 m2左右。此外，還可發現，路基區域脫空現象較為嚴重，約1.5 m深，但未明確區分出空洞頂、低部的反射信號，因此，脫空高度很難準確計算。

經發現，在檢測中還存在部分開裂現象，如樁號K136+161左幅段，樁號K136+172左幅段，沉陷寬1.2 m，面積在10 m2左右。同時，路基區域脫空現象嚴重，約1.5 m深[5]。

相比之下，右幅的脫空高度、面積更大。在上述左幅段未明確區分出空洞頂、低部的反射信號，無法進行脫空高度計算。根據分析可知，“兩黑夾一白”為上述兩處脫空雷達圖像的展現形式，且反射系數為負值，表明此處屬于充水脫空。

為檢驗在瀝青路面脫空病害檢測中三維探地雷達測定結果是否準確，本文采用地質鉆探的方式進行對比分析。經鉆探發現，孔洞存在于路面結構以下1.5～3.0m之間，1.5m為空洞高度。通過對比鉆探結果，可確定三維探地雷達檢測結果準確性較高。但也存在一定問題，當脫空高度為1.5m的情況下，三維探地雷達在洞頂反射、洞底反射中很難明確區分出來。通過分析可知，主要原因在于脫空處深度較大，同時，三維探地雷達檢測前，曾出現降雨情況，進而大大增加了路面結構層的含水率。這種情況下在路面結構層內，高頻電磁波能量衰減幅度較大，因此，探測到空洞的僅為低頻電磁波，大大降低了脫空高度的識別率（6）。

6結語

綜上所述，目前常見的無損檢測技術包含超聲波檢測法、探地雷達檢測法等。其中三維探地雷達檢測技術應用較多，其是探地雷達技術革新的新型產品，可實現三維畫面展示，能夠有效提高路面結構層病害探測的準確性，對道路質量評定和養護施工具有重要的現實意義。

參考文獻

[1] 張書林.無損檢測技術在公路工程中的應用分析[J].交通世界（中旬刊），2017（6）：86-87.

[2] 孫梁.無損檢測技術在公路橋梁中的應用研究[J].交通世界（上旬刊），2016（1）：14-15.

[3] 林欽國，熊斌丹.PQI用于瀝青混合料密度檢測的影響因素分析[J].公路交通技術，2016（2）：46-50+56.

[4] 張松波.無損檢測在瀝青路面施工均勻性評價中的應用[J].交通世界（上旬刊），2016（6）：72-73.

[5] 李細偉，陳敏.基于無損檢測技術的半剛性基層瀝青路面損傷狀態分析[J].公路，2017（8）：40-43.

[6] 胡先進.無損檢測技術在公路隧道支護結構質量檢測中的應用研究[J].黑龍江交通科技，2016（5）：157-159.

收稿日期：2020-01-09

作者簡介：趙杰（1984—），女，河南南陽人，本科，工程師，研究方向：公路工程。