無損檢測技術(shù)在路面診斷中的應(yīng)用分析

劉亞榮

摘要 無損檢測技術(shù)作為公路橋梁工程質(zhì)量檢測的重要手段，對保證公路橋梁建設(shè)質(zhì)量及運(yùn)營安全具有重要作用。為充分驗(yàn)證無損檢測技術(shù)對路面缺陷檢測的準(zhǔn)確性和有效性，確保公路運(yùn)營安全，文章結(jié)合實(shí)際工程案例，對無損檢測技術(shù)在路面診斷中的應(yīng)用展開綜合探究，采用探地雷達(dá)和激光掃描兩種無損檢測技術(shù)，分別對路面結(jié)構(gòu)層密度及橋梁附近引道路面進(jìn)行檢測，確定了路面質(zhì)量缺陷情況，并通過破壞性試驗(yàn)，充分證明了探地雷達(dá)檢測技術(shù)和激光掃描技術(shù)的可行性，具有重要的參考價值。

關(guān)鍵詞 公路工程項目；路面診斷；無損檢測；探地雷達(dá)檢測

中圖分類號 U416.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2023）12-0102-03

0 引言

無損檢測主要是指在不破壞檢測對象的條件下，對結(jié)構(gòu)基本狀況及質(zhì)量缺陷實(shí)施的質(zhì)量檢測，從而對結(jié)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)及使用性能做出綜合評估，保證使用安全和運(yùn)營年限。公路工程施工中實(shí)施無損檢測，可以有效地提升檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，保證公路工程建設(shè)質(zhì)量及運(yùn)營安全，提高公路工程建設(shè)的綜合效益。為此，該文結(jié)合某公路工程具體狀況，針對無損檢測技術(shù)在路面診斷中的應(yīng)用展開綜合分析，借助破壞性試驗(yàn)，驗(yàn)證了探地雷達(dá)掃描和激光掃描技術(shù)的有效性，對提高公路路面無損檢測水平，保證道路安全穩(wěn)定運(yùn)營具有重要意義。

1 工程概況

某公路工程為市區(qū)主干道，采用混合料基層表面直接加鋪瀝青面層的方式進(jìn)行施工，結(jié)合層材料為高模量瀝青混凝土。為緩解道路交通壓力，采取增設(shè)輔道的方式進(jìn)行拓寬處理。路橋結(jié)合部位設(shè)置了單模塊防漏伸縮縫及氣密瀝青伸縮縫，結(jié)合臺背后側(cè)荷載分布情況，設(shè)計了不同形式的臺背及過渡板，過渡板長5 m、厚30 cm。該公路工程建成通車后，模塊化橋梁結(jié)構(gòu)伸縮縫產(chǎn)生了橫向裂縫，但瀝青伸縮縫未產(chǎn)生裂縫。調(diào)查顯示，公路產(chǎn)生裂縫前，通常存在顯著的路面碎片。特殊狀況下，垂直變形路面未產(chǎn)生裂縫，此種情形主要出現(xiàn)在汽車軌道及未遭受車輪沖擊的部位，如應(yīng)急車道等。

2 無損檢測

2.1 探地雷達(dá)方法

該工程采用的路面檢測方式為入侵檢測系統(tǒng)探地雷達(dá)，其基本組成包括千赫控制系統(tǒng)、便攜式計算機(jī)、收發(fā)天線、400 MHz及900 MHz發(fā)射－接收器，電池供電裝置。探地雷達(dá)檢測前，應(yīng)結(jié)合具體情況合理選擇天線頻率，以有效保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。天線頻率越高，電磁波穿透能力越低，但獲得的圖像清晰度越高。該工程檢測施工中，采用兩條天線，其穿透能力較強(qiáng)，故施加400 MHz頻率。在路橋結(jié)合部位，縱、橫向檢測剖面主要位于相鄰橋梁結(jié)構(gòu)接縫的緊急車道及慢車道（重載車道）[1]。

圖1所示為慢車道（重載車道）及緊急車道縱向探地雷達(dá)檢測圖，且在各圖像下方分別給出了具體的路面結(jié)構(gòu)層介電常數(shù)值。根據(jù)連續(xù)層厚度及電磁波傳播速率，利用特定的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對介電常數(shù)變化規(guī)律實(shí)施評估[2]。

調(diào)查研究表明，介電常數(shù)值與距橋梁接縫的距離密切相關(guān)，具體情況如表1所示。同時，相同介質(zhì)的介電常數(shù)值與外界環(huán)境濕度、密度均處在一定關(guān)聯(lián)。通過實(shí)際試驗(yàn)檢測能夠發(fā)現(xiàn)，過渡板上部橋梁接縫位置伸縮縫處，及距橋梁接縫4 m位置處，介電常數(shù)變化較大，極有可能為濕度較大或路基壓實(shí)度較低的區(qū)域（空氣含量較大）[3]。

通過表1能夠看出：

（1）橋梁接縫部位反射信號相位和功率產(chǎn)生較大變化，表明該部位存在異常，可能為結(jié)構(gòu)擾動、濕度增大或空氣空洞所致。

（2）介電常數(shù)變化存在于整個道路路面上，可能為緊急車道交通荷載所致。

探地雷達(dá)檢測結(jié)果顯示：

（1）橋梁接縫位置，道路所有結(jié)構(gòu)層的介電常數(shù)均存在顯著變化。

（2）在距橋梁接縫4 m區(qū)域內(nèi)檢測出介電常數(shù)存在顯著變化，會造成檢測對象濕度及孔隙率增大。

（3）濕度增大時，因水的介電常數(shù)εr=81，檢測介質(zhì)介電常數(shù)大于平均值；而當(dāng)孔隙率增大時，因?yàn)榭諝饨殡姵?shù)εr=1，檢測介質(zhì)介電常數(shù)小于平均值。由此可知，膨脹帶部位極易產(chǎn)生不均勻壓實(shí)帶[4]。

2.2 激光掃描

公路工程瀝青路面診斷主要通過激光掃描儀進(jìn)行檢測。該設(shè)備可快速、準(zhǔn)確地采集道路路面信息，其精度為50 m，偏差2 mm，具有精準(zhǔn)、降噪的優(yōu)點(diǎn)，可將點(diǎn)噪聲控制在0.4 mm范圍內(nèi)。為有效處理采集信息，采用掃描位置對準(zhǔn)的算法，并從掃描信息中提取路面降低噪聲的影響值。因檢測基準(zhǔn)面較為相似，根據(jù)收集到的信息，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是對平面實(shí)施擬合。選出平面對應(yīng)點(diǎn)后，采用最小二乘法進(jìn)行估算。通過掃描得到點(diǎn)精度為2 mm近似值，建立了帶有標(biāo)記橫截面的掃描路面的等距圖，如圖2所示。根據(jù)大量確定的檢測對象，選取橋梁接縫區(qū)域的慢車道（重載車道）及緊急車道實(shí)施檢測[5]。

通過圖2能夠看出：

（1）右側(cè)重載車道路面與基準(zhǔn)面相比降低1 cm。

（2）左側(cè)車道邊緣與基準(zhǔn)面相比高出1 cm。

（3）橋梁接縫區(qū)域，右側(cè)車道路面與基準(zhǔn)面相比下降約0.5～1.5 cm；左側(cè)車道與基準(zhǔn)面相比下降了2～3 mm。

掃描路面的橫截面示意圖如圖3所示，其中A-A截面為橋梁工程的橋頭接縫位置；B-B截面為距離橋梁工程的橋頭接縫10 m處位置；C-C截面為公路右側(cè)車道右邊緣；且圖3掃描結(jié)果中的參考線，是檢測點(diǎn)的連線，檢測點(diǎn)考慮了橫截面及縱向截面條件下接縫部位點(diǎn)及道路邊緣的點(diǎn)[6]。通過橫截面能夠看出：

（1）與參考面相比，公路右側(cè)車道路面沉降更為明顯。

（2）橋梁接縫周圍車道部位，參考平面與實(shí)際檢測平面高程降低1.5 cm，左車道路面與參考面相比，其高程抬高大約5 mm。

（3）距橋梁接縫10 m處，左車道邊緣路面抬高

1.5 cm，右車道基本不變。

（4）縱向截面狀況下，橋梁接縫位置表面高度為1.5 cm，在距接縫處約10 m位置，表面高程與參考值較為接近[7]。

通過激光掃描檢測可知：

（1）慢車道（重載車道）橋梁接縫部位，路面存在顯著嚴(yán)重變形。

（2）相較于參考值，路面最大變形為1.7 cm。

（3）掃描獲得的變形值為道路入口處的沉降值及外部橋頭邊緣部位的閾值。

3 侵入?yún)⒖紮z測

為有效驗(yàn)證探地雷達(dá)及激光掃描檢測技術(shù)的準(zhǔn)確性，針對兩種方式測得的不均勻壓實(shí)部位實(shí)施破壞性試驗(yàn)檢測。采用鉆芯取樣方式鉆取芯樣進(jìn)行試驗(yàn)檢測，以有效確定瀝青面層存在的空隙含量及波及范圍，并根據(jù)巖芯基本情況，測得各層實(shí)際厚度[8]。

通過對橋梁接縫附近區(qū)域鉆芯取樣檢測，發(fā)現(xiàn)結(jié)合層及基層中的孔隙率顯著高于橋梁接縫外15 m位置處空隙含量，相差幅度達(dá)2～3倍[9]。充分表明：

（1）相較于普通路段壓實(shí)情況，橋梁附近區(qū)域的壓實(shí)度較低，通過芯樣外觀質(zhì)量能充分證明該結(jié)論。

（2）在橋梁接縫區(qū)域采集到的試樣均勻性較差，且部分碎片空隙含量較高。

（3）采用破壞性試驗(yàn)檢測有效驗(yàn)證了無損檢測的結(jié)果[10]。

4 結(jié)論

綜上所述，該文結(jié)合實(shí)際工程案例，采用探地雷達(dá)和激光掃描兩種無損檢測技術(shù)，分別對路面結(jié)構(gòu)層密度及橋梁接縫附近引道路面質(zhì)量狀況實(shí)施全面檢測，確定了路面質(zhì)量缺陷情況。為保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性，采用破壞性試驗(yàn)對兩種檢測技術(shù)的檢測結(jié)果實(shí)施驗(yàn)證，具體結(jié)論如下：

（1）結(jié)合探地雷達(dá)檢測數(shù)據(jù)，并按照檢測地圖上方顯示的縱向反射情況，能夠準(zhǔn)確得到各結(jié)構(gòu)層相對介電常數(shù)值。介電常數(shù)與距橋梁接縫距離、濕度、孔隙率密切相關(guān)，能準(zhǔn)確反映路面壓實(shí)度情況。

（2）慢車道（重載車道）滲透率值差異較大。通過激光掃描儀檢測可知，慢車道（重載車道）橋梁接縫部位，路面存在嚴(yán)重變形；相較于參考值，路面最大變形為1.7 cm；掃描獲得的變形值為道路入口處的沉降值及外部橋頭邊緣部位的閾值。

（3）通過鉆芯取樣試驗(yàn)檢測，能有效確定瀝青面層空隙含量及范圍，根據(jù)巖芯基本情況，得到各層實(shí)際厚度，并測得結(jié)合層及基層中的空隙含量顯著高于橋梁接縫外15 m位置處空隙含量，充分證明橋梁附近區(qū)域壓實(shí)度較低。

（4）利用破壞性試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了探地雷達(dá)及激光掃描檢測技術(shù)的可行性，為無損檢測技術(shù)在路面診斷中的應(yīng)用提供了有利條件。

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