谈高速公路路基路面无损检测技术

侯志锋 王 冕 麻 斌

(1.山西省运城高速公路有限责任公司，山西运城 044000;2.中咨公路养护检测技术有限公司，北京 100000;3.山西省忻州高速公路有限责任公司，山西忻州 034000)

0 引言

由于高速公路对我国国防系统、经济建设及社会生活都具有重要的意义。由于我国高速公路系统内行驶车辆的车速较快，在地势较平坦的区域一般设计行车车速都是120 km/h，但随着汽车技术的不断进步，汽车行车安全舒适性越来越高，高速行驶的危险性越来越小，所以很多车辆在高速公路上行驶的车速都在120 km/h以上，而高速公路上行车车速越高，行车对高速公路路基路面的质量要求也就越高。平整度、弯沉、横向力系数等技术指标都对高速公路质量水平有着重要影响，决定着高速公路的服务水平。而高速公路建设过程中及使用期间的路基路面各项技术指标准确检测，能够很好地反映出高速公路的建设水平及实际的工作状态，对于高速公路路基路面的维护、提高高速公路服务质量起着重要的作用，该检测技术的不断进步会给我国高速公路建设带来显著的经济社会效益。伴随着近年来计算机工程应用的普及，高速公路检测系统也迎来了新的变化，便利、高精度的检测技术不断发展。而无损检测技术就是其中一种发展前景很好的实用技术，下面将做详细介绍。

1 传统检测技术的局限性

在传统的高速公路施工检测中，路基路面的质量检测是通过随机选点来进行的，通常采取钻孔取样及室内分析的方式来进行检测，以获得所要检测的技术参数。但不可否认该检测技术存在一定的局限性，如检测结果不具备普遍性，所随机选择的检测点的代表性不强;由于此检测技术的固有特点决定了在选点过程中，其点位的布置不够密集，所以很容易将一些存在质量问题的路段遗漏，为路基路面的质量控制埋下隐患;并且当高速公路建成投入实际使用后，其日常维护管理工作主要针对一些表面出现的问题进行的，而对高速公路中存在的隐蔽问题则无法检测，如潜在的脱空、积水及空洞等质量问题，也就无法及时有效地修复，而高速公路路基路面无损检测技术能够为高速公路质量控制及高速公路的日常维护提供精确、详细、可靠的技术性数据。

2 主要的路基路面无损检测技术

2.1 频谱分析技术

频谱分析检测技术是通过对不同传播介质中传播表面波的传播频率进行分析来完成检测的一种技术。其检测原理分析如下:即在高速公路的路面上，进行短暂快速的一次冲击，以该冲击源为中心将会产生一系列的频率波，并顺着地表向下传播一定的距离，并向四周传播的瑞雷波面，改变冲击的力度及方式会改变瑞雷面波的频率及信号类型，这样便可在多处布置传感器，并检测不同波的频率。根据所接收波的频率变化，通过频率的分析技术，对不同深度的分层介质的力学性能进行分析，从而实现快速、准确的检测。

2.2 图像技术

图像技术主要是指红外成像及激光全息图像技术。红外成像技术是指通过对不同材料导热性能不同原理的应用来工作的，借助精度较高的热敏传感器对结构内部的温度分布及热传导进行检测分析，并将检测结果以图像的方式显示出来，以达到了解其内部情况的目的。而激光全息图像技术是指以全息方式获得的全息图为主要的研究对象，依靠研究全息图所得的各项数据而获得相关力学数据，该方法可为管理人员提供整个场地的状况，并且检测结果可靠性、直观性较好。

2.3 超声波检测技术

超声波检测技术根据在介质中布置的不同位置的传感器所测量的超声波在介质中所传播的波的各项参数，来判断其路面结构内部的破损状况的一种检测方法。通过对超声波传播时间的测定来判断其传播速度，进而根据速度及介质之间的关系来判定介质材料的力学性能，如弹性模量、抗压强度及抗折强度，还可对介质材料或结构的内部缺陷进行判定。使用简便、造价合理等优点使得该检测技术应用前景一片光明，现已被广泛应用于工程实践之中。

2.4 激光检测技术

激光检测技术是通过激光光强越强，那么光电流便越强的原理来进行检测的。在检测过程中，光能被光电转换器转化成电能，这样光电流便会随着激光所发出光的光强变化而变化。由于在检测之前便已确定了电流与位移之间的关系，所以光电流发生变化便可反映出弯沉位移所产生的变化量。由于激光自身拥有着分辨率、方向性、相干性及衍射性好的优点，所以被广泛用于距离测定、弯沉测定、车辙深度及平整度的测定等方面。

2.5 地质雷达对路基进行测损技术

地质雷达对路基进行测损主要依靠雷达波的折射—反射原理来进行的。

如图1所示为路基缺损检测图，该图中所显示的路面结构自下而上分别为路基、基层以及面层，若路基某部位存在空洞等异常体，雷达波会出现异常的传播情况。雷达设备可以通过分析所得数据得到地质雷达图像的剖面，从而根据剖面所呈现的状况来判断高速公路路基的缺损状况。当被测体中有异常时，被测体与异常区的界面两侧电性差异较大，会出现强烈的反射波。同时，这一界面也是物性的特变点，常常产生绕射波，而绕射波在时间剖面上表现为双曲线，进而其雷达图像会呈现出紊乱的现象，并且同相轴出现不连续的状况。这时便可以对出现异常的区域位置及深度作出判定，对路基的危害类型、位置及程度进行最终评定。

图1 路基缺损检测图

某省于2010年开始通车的高速公路混凝土路面长度为118 km，为双向四车道。在该高速公路路段的桥头及路基填方路段出现了一定量的沉降及路基变形，进而引发路面出现了整体下陷裂缝及平整度下降等质量问题。为解决出现的质量问题，该高速公路路段管理人员决定选择路基灌浆的方式来对该路段破损处进行修补。为达到增加修补工作的目标性及准确性、减少盲目无用施工及有效控制施工造价等目的，该路段修补工程施工单位首先进行了路基雷达检测，以准确确定需要修复的区域。在该工程中选择了GSSI系列的SIR-3000地质雷达进行探测，该设备具有检测精度高、检测稳定性好及数据分析快捷等优点，可有效实施路基缺损检测。

3 主要的检测设备

3.1 弯沉检测设备

落锤式弯沉检测仪(FWD)是工程中使用较多的一种检测仪器。该设备主要利用液压系统的提升机释放荷载块对路面进行冲击。重锤的重量级起落高度将直接影响着所产生荷载的大小，传感器会对动态弯沉盆进行测定。实践证明，弯沉检测仪能够较合理地反映行车荷载，还具有测速快、测试精度高等优点，是较为可靠的弯沉检测设备之一。

3.2 断面测试设备

断面测试设备可用于平整度及车辙的测定。在工程实践中较为普遍的是路面横断面仪及横断面尺。较为先进的平整度及车辙的测量设备是连续式激光断面仪，其测量范围还包括横坡、纵坡及转弯曲率。其工作原理是利用轮迹位置处的激光传感器以确定其与路面的距离，伴随着车辆前进便可得到路面的纵向平整度;利用横向布置的多个激光传感器来确定路面的高度，以确定横断面，进而确定车辙深度。

3.3 抗滑性能测试设备

摆式摩擦系数仪虽然在我国应用较为普遍，但其工作的特点对交通的影响太大，并且存在诸多不安全因素，不能与当今高速运转的社会特点相适应，已不能满足高速公路对抗滑性能测试的要求。而自动化的抗滑性能测试设备(横向力系数测试仪、刹车式摩擦系数测试仪及不完全刹车式摩擦系数测试仪)能够很好的适应我国高速公路的发展要求，其应用会越来越普遍。

4 无损检测技术的应用前景

在经济高速运转的时代，高速公路路基路面的检测、维修已不再仅仅局限于对质量、工作性能的维修与改善，还应具备准确、高效的特点。高速公路路基路面无损检测技术可以说是在这种情况下应运而生的，能够节约修复时间，节省工程造价，具有广阔的发展前景。

5 结语

高速公路路基路面无损检测技术能够很好的确定路面以下破损区域，提高工作效率，降低施工造价，有效检测出高速公路中的路基沉陷、路基不密实、路基空洞及路面不平整等质量问题，是我国高速公路检测的发展方向。

[1] 盛安连.路基路面检测技术[M].北京:人民交通出版社，1996.

[2] 杨新安.路基检测新技术[M].北京:中国铁道出版社，2006.