路基無損檢測技術應用研究

文/黃浩

1 前言

隨著公路投入使用的時間增加，公路的路面會在行車荷載、降雨、紫外線照射下出現(xiàn)不同程度的損害。路基雖沒有直接暴露在表面，但由于行車荷載向下傳遞、雨水下滲、地下水上升等因素，逐漸使路基變形，承載能力降低，出現(xiàn)一系列病害。長此以往，這些病害會逐漸向上發(fā)展，影響路面的穩(wěn)定和駕駛員的行車舒適性，因此，定期對路面進行檢測和維修十分重要。傳統(tǒng)的檢測技術需要對路基路面鉆芯取樣，不僅設備沉重，而且后期芯樣檢測結果也與真實路基情況有著較大的差異。本文以實際工程為例，探究無損檢測技術在路基檢測中的應用，以期為路基病害的檢測提供新的思路。

2 工程概況

我國南方地區(qū)某公路，全長30.64km，雙向四車道，面層材料為瀝青混合料，共三層，基層采用水泥穩(wěn)定碎石作為基層。該地區(qū)長期受降雨和行車荷載的影響，一些已投入使用的公路出現(xiàn)了較多的車轍、裂縫等病害。需根據(jù)實際情況，且已經(jīng)在不同標段使用不同的養(yǎng)護方法進行養(yǎng)護，但公路狀況仍難以得到較好的改善。因此，本項目為確保新建公路在修筑完工后，可以長期保持穩(wěn)定，對公路病害的成因和無損檢測技術在路基中的應用展開研究。

3 工程實踐

本研究路基檢測主要依據(jù)的是《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG 3450—2019）、《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準〈第一冊土建工程〉》（JTG F80/1—2017）；檢測內(nèi)容主要為路基厚度、含水量、承載比、壓實度、彎沉變形等；檢測方法為探地雷達法、無核密度法、FWD 法。

3.1 路基厚度檢測

本文路基的檢測采用的是探地雷達法。探地雷達法(Ground-Penetrating Radar，簡稱GPR)是一種用于確定地下介質(zhì)分布的廣譜(1MHz～1GHz)電磁技術。它是利用超高頻脈沖電磁波為震源，多以自激自收的形式，可采用連續(xù)、間斷兩種方式探測地下介質(zhì)分布的一種地球物理勘探方法，具有快速、無損、連續(xù)檢測、實時顯示等特點[1]。

探地雷達檢測原理是根據(jù)地質(zhì)雷達這一超高頻短脈沖電磁波在結構介質(zhì)中傳播規(guī)律確定的。電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、電磁場強度與波形將隨所通過介質(zhì)的電性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化。因此，根據(jù)接收到波的旅行時間(亦稱雙程走時)、幅度與波形資料，可計算出該異常部位的深度[2]。

本文使用傳統(tǒng)的鉆芯取樣法與探地雷達法對比，驗證探地雷達法在路基厚度檢測中的實際應用效果，觀察路面基層雷達圖像的異常情況，分析探地雷達的精度與準確性。檢測結果見表1。

表1 路基厚度檢測結果

根據(jù)上表檢測結果可以看出鉆芯取樣法與探地雷達法的檢測結果存在差異，差異值在0～10mm 之間。本文以鉆芯取樣法所測得的路基厚度為標準值，以探地雷達法所測厚度為檢測值，以總差異值/測點總厚度作為無損檢測的不可靠值。上述檢測結果表明：本次檢測，探地雷達的不可靠值為2.31%，其檢測精度可以滿足檢測要求。

3.2 壓實度檢測

傳統(tǒng)的壓實度檢測方法包括鉆芯取樣法、環(huán)刀法、挖坑灌砂法，無損檢測的方法包括無核密度儀法、核子密度濕度儀測定法。傳統(tǒng)的檢測方法在檢測時，需要耗費大量的人力和時間；而采用土壤無核密度檢測法，不僅省時省力，且不會造成路基的損害。土壤無核密度檢測法利用了時域反射原理，根據(jù)不同介質(zhì)的介電常數(shù)，繼而計算出壓實度；為了保證測量的精度，往往需要在多個測點進行測量，一般為3～10 個，并建立特定土模和回歸系數(shù)方程。

依據(jù)本項目施工情況，1＃、2＃土模測點分別位于K0+200、K0+400 處，該標段屬于最先施工段，壓實成型較早，經(jīng)過一段時間的沉降和環(huán)境作用，基本處于干燥狀態(tài)。本文以該測點作為本次檢測干密度和含水率的標準；3＃、4＃土模測點分別位于K2+200、K2+400 處，以K2+200、K2+400 處的含水率和干密度，代表潮濕測點標準。測量結果見表2。

表2 土模密度與含水率測量

標定完土模之后，本文分別使用挖坑灌砂法與EDG（無核密度）法進行檢測，并對比兩種檢測結果存在的差異。EDG 法所測路基壓實度見表3；挖坑灌砂法所測壓實度時，需使用酒精燃燒法測定含水率。檢測結果見表4。

表3 EDG 法檢測結果

表4 挖坑灌砂法檢測結果

兩種方法檢測壓實度結果誤差在0.32%～1.01%，EDG 法檢測壓實度結果一般大于挖坑灌砂法檢測結果，無核密度儀使用說明中表明，檢測密度的精度范圍在±3%，因此檢測結果的誤差符合使用要求。同時，根據(jù)上述檢測結果看出，EDG 法測量結果偏大，故在使用EDG 法應使用修正方法使得測量結果盡可能地接近真實壓實度，一般情況下為測量結果減去1%～2%，作為壓實度檢測結果。對兩種測量的差值取絕對值，然后求和取6 個測點的平均值，再將測量結果加上或減去該平均值，即作為壓實度真實值，本文修正后的結果見表5。

根據(jù)表5 可以看出，本文在對測量結果進行修正之后，總誤差值降低了2.9%，表明在修正之后，EDG 法測量結果可以更加接近真實測量值。因此，在使用EDG法進行壓實度檢測之后，應對數(shù)據(jù)進行修正。

表5 壓實度修正結果

3.3 彎沉檢測

彎沉檢測的主要方法有貝克曼梁法、FWD（落錘式彎沉儀）、PFWD（火焰離子化檢測儀）法、激光自動彎沉儀法四種。貝克曼梁法是最為傳統(tǒng)的測量方法，雖價格便宜，但是測量時需要耗費大量人力物力，因此逐漸的已經(jīng)被其他測量方式取代。落錘式彎沉儀在近些年來使用較為廣泛，雖價格貴于貝克曼梁法，但其僅需1～2人即可，且可以測量路基的動態(tài)彎沉，與貝克曼梁法的測量結果有著較大差別。最新的研究成果中，關于道路彎沉的檢測已經(jīng)在國外開發(fā)出了滾輪式彎沉儀，這種方法在測量彎沉時，可以在70～80km/h 的行車速度下進行道路彎沉的測量，既不需要封閉交通，也可以適用于任何路基，但價格昂貴，目前在國內(nèi)暫時未得到應用[3]。本文使用FWD 的方法進行路基的彎沉檢測，檢測結果見表6。

表6 路基彎沉檢測結果

4 結語

本文依托實際項目，通過對路基厚度、壓實度、彎沉的檢測，介紹了路基無損檢測的幾種常用方法，包括探地雷達法、無核密度儀法以及FWD 法，并將無損檢測的檢測結果與傳統(tǒng)檢測的檢測結果進行對比。結果表明：探地雷達法的檢測結果與鉆芯取樣法差異較小；無核密度法檢測結果略大于挖坑灌砂法，需要進行修正，修正值為壓實度的1%～2%。