路面無損檢測技術的探討

孔令棟 馬霞

摘要：隨著科學技術的不斷發展，路面檢測技術在完善路面設計、確保施工質量、提高養護水平等方面發揮著重要作用，同時也大大提高了路面無損檢測技術水平。本文通過闡述激光檢測技術、頻譜分析技術、圖像技術、超聲波技術等無損檢測技術，結合常用檢測儀器對無損檢測在施工質量的檢測與控制、養護管理等方面的工程應用進行了分析。

關鍵詞：無損檢測 主流技術 工程應用

中圖分類號：C35文獻標識碼： A

1 無損檢測技術的意義

通常情況下，傳統的路面檢測技術是按照相應的規程進行隨機選點，實施鉆孔取樣，在室內進行分析處理，進而獲得相應的參數。然而，這種檢測方法存在時間長、檢測速度慢的弊端。因此，為了提高道路建設的質量和養護管理水平，需要研究探索出快速、無損、直觀，并且能夠顯示道路內部結構狀態的檢測設備和技術。研究路面無損檢測技術，對于認識路面的使用性能、確保道路施工質量、優化路面設計、健全道路改造方案，以及提高養護水平有著重要的意義。

2 無損檢測技術及原理

2.1 超聲波無損檢測技術 所謂超聲波是一種頻率超出人耳能聽到的頻率的聲波，這種聲波在傳輸過程中同樣遵守波的傳輸規律。超聲波無損檢測技術的原理主要是向材料介質發射超聲波，接收相應的反射波的相關參數，進而對路面的內部結構的破損情況進行判斷的新型無損檢測方式。

2.2 圖像技術 通常情況下，紅外成像技術、激光全息圖像技術統稱圖像技術。其中，紅外成像技術是利用不同材料的導熱性能，通過高精度的熱敏傳感器對結構物內部的熱傳導規律和溫度場分布狀況進行檢測，以圖像化的形式將檢測結果進行顯示。

2.3 激光檢測技術 激光檢測技術作為新型的檢測技術，其發展時間只有幾十年，由于激光具有較強的亮度和較高的分辨率、方向性好，以及相干性、衍射性等優點，在路面檢測中激光技術得到廣泛應用。

2.4 頻譜分析技術 頻譜分析檢測技術是根據波在不同介質的表面傳播頻率特性不同進行檢測的。在對路面結構表面進行檢測時，通過力錘向路面施加瞬時的垂直沖擊，進而產生以振源為中心向四周傳播的瑞雷面波，這些波具有各種頻率成分，通過對力錘的重量進行調整或者更換不同的錘頭，在一定程度上可以獲取各種頻率成分的瑞雷面波信號，通過將傳感器設置在不同的位置，進而對波的傳播頻率進行檢測，實現對不同深度分層介質力學參數進行測試的目的。

3 無損檢測技術的應用

3.1 施工質量的檢測與控制 公路路面的施工質量會直接影響到公路的整體質量和使用壽命，無損檢測技術有效地防止路面過早破壞，能在道路建設期及時發現工程質量隱患。無損檢測技術在道路施工質量的檢測與控制中主要應用于平整度檢測、抗滑性能檢測、彎沉檢測和厚度檢測等。①平整度檢測：平整度檢測一般使用在英國激光平整度儀基礎上改進的非接觸式激光平整度測試車。該測試車主要由激光器、橫杠、距離傳感器、處理器、便攜式電腦和測試車等組成。測試前要進行標定，標定完成后通過電腦輸入數據收集模式、測段長和起始位置等參數，然后預運行約250米，以某一恒定速度進入測段收集數據。測試車自帶處理器會將測試結果以國際平整度指標IRI值（m/km）輸出。該測試車操作簡單，全程自動化控制，且代表性強，采樣點相距為0.16m，測試精度能達到0.1mm級，在對高等級公路大面積檢測時優勢最為明顯。②抗滑性檢測：其工作原理是使測試輪與路面緊密接觸，在測試輪上施加恒定垂直荷載，以恒定速度沿與車輛前進方向平行前進，然后由力矩傳感器檢測獲得測試輪上產生的縱向滾滑摩阻力?？够詸z測一般使用由測車、測輪系及計算機系統等組成的摩擦測試車來完成。測試時需要將測試車盡量鎖定在某一固定速度，選擇干、冰或灑水測試模式控制水量。測定的縱向滾滑摩阻力以電信號的形式通過脈沖傳感器傳至處理系統。③彎沉檢測：彎沉檢測一般使用由牽引車和托掛體組成的落錘式彎沉儀。使用該彎沉儀檢測時可調節錘重和落高實現對沖擊荷載的調整，我國測試時承載板直徑30cm，一般落錘質量設為5t，這樣對路面的壓強就為0.7MPa。落錘式彎沉儀實際測得的是動態總彎沉，可根據彈性層狀體系理論，由彎沉數據反算路面各層材料的彈性模量。測試時一般要在同一點落錘三次，并取第三次的測試值作為測點結果，因為承載板、位移傳感器和路面接觸不穩定。④厚度檢測：厚度檢測一般使用由天線、發射機、信號處理機、接收機和終端設備等組成的GPR儀器。目前GPR是能滿足高采樣率、連續無損檢測的唯一手段，GPR相比宏觀評價的鉆芯法和水準測量法更能反映路面及路面一定深度下的微觀變化。測試時發射機產生已知波形的射頻，由GPR記錄的地面反射波和地下反射波的時間差計算所測路面的厚度。

3.2 養護管理檢測 道路建成后，隨著使用時間的延長路面的使用性能會逐漸劣化，劣化的速率在整個過程中是不均勻的，并且前期的劣化速率比較慢，隨著損傷的不斷累積，劣化速率逐步加快。對路面通過先進的檢測評價技術進行檢測分析，可以發現和認識到路面性能劣化的基本規律，在一定程度上為優化養護方案提供參考依據。實踐表明，在道路養護管理中，無損檢測技術的廣泛應用可以減少道路養護的檢測強度，提高工作效率。

地質雷達在瀝青路面病害的無損檢測和養護中使用較多，測試時主要包括測試布線、確定水平采樣點距、時窗選擇、天線頻率選取、垂向取樣點距選取等關鍵步驟。然后對測試數據進行分析，確定面層波速與厚度、水分含量和壓實度等計算參數，實現瀝青路面病害的無損檢測。

激光斷面儀在路面平整度和車轍檢測中應用較多。激光斷面儀由激光傳感、測試梁、慣性制導單元、距離傳感器和信號數據處理與分析系統等組成。路面平整度測試時用激光平整度儀沿著需要測定的路段全程連續測量平整度3至5次，取測試數據平均值作為測試結果，然后將測試結果與路段已知IRI值對應，繪制曲線并進行回歸分析，建立相關關系。車轍深度數據的采集與平整度測試通過一個過程完成，測試操作方法也完全相同，只是數據的軟件處理不同。此外，激光斷面儀還能進行縱坡、橫坡、曲率等幾何參數的連續快速測試。

4 路面雷達檢測系統設計

4.1 系統結構設計 通常情況下，固體共振腔、發射與接收天線、時窗記錄儀、數字處理與波形顯示、打印等共同組成路面雷達檢測系統的硬件結構。

4.2 實現硬件設計的要點 由于雷達波具有較強的穿透力，進而滿足了不同探測深度的要求。從公路工程施工過程中，路面層的測量精度是關注的重點問題。通常情況下，測量的厚度越淺，對檢測系統的分辨力要求越高。

①選擇固體振蕩器。在雷達檢測技術中，雷達源作為核心部件。因此，在穩定性、使用壽命、激發頻率等方面對共振腔振源提出了更高的要求，同時要滿足測試的精度要求。②選擇發射接收天線。需要專門設計用于公路測試的天線，同時要求天線的損耗要小，發射要穩定，并且接收不能出現失真，通過使用不同的工作頻率，滿足不同的需要。③抗干擾處理技術。在路面雷達監測系統中，抗干擾處理技術也是一項重要內容，需要將雷達天線設置成空氣耦合聚焦型，同時橫向做成電磁波喇叭型，在一定程度上避免電磁波發射后遇到空氣會影響品質。

5 結語

隨著路面檢測技術的不斷發展，檢測技術逐步由破損檢測向無損檢測發展，同時檢測時間不斷縮短，檢測速度和檢測精度不斷提高?？偠灾?，在檢測和控制施工質量、提高公路養護水平及優化路面設計中，無損路面檢測與評價技術具有十分重要的作用。所以，無損檢測技術受到工程技術人員廣泛認可和重視，進而得到廣泛的推廣和使用。

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