路面无损检测技术的探讨

孔令栋 马霞

摘要：随着科学技术的不断发展，路面检测技术在完善路面设计、确保施工质量、提高养护水平等方面发挥着重要作用，同时也大大提高了路面无损检测技术水平。本文通过阐述激光检测技术、频谱分析技术、图像技术、超声波技术等无损检测技术，结合常用检测仪器对无损检测在施工质量的检测与控制、养护管理等方面的工程应用进行了分析。

关键词：无损检测 主流技术 工程应用

中图分类号：C35文献标识码： A

1 无损检测技术的意义

通常情况下，传统的路面检测技术是按照相应的规程进行随机选点，实施钻孔取样，在室内进行分析处理，进而获得相应的参数。然而，这种检测方法存在时间长、检测速度慢的弊端。因此，为了提高道路建设的质量和养护管理水平，需要研究探索出快速、无损、直观，并且能够显示道路内部结构状态的检测设备和技术。研究路面无损检测技术，对于认识路面的使用性能、确保道路施工质量、优化路面设计、健全道路改造方案，以及提高养护水平有着重要的意义。

2 无损检测技术及原理

2.1 超声波无损检测技术 所谓超声波是一种频率超出人耳能听到的频率的声波，这种声波在传输过程中同样遵守波的传输规律。超声波无损检测技术的原理主要是向材料介质发射超声波，接收相应的反射波的相关参数，进而对路面的内部结构的破损情况进行判断的新型无损检测方式。

2.2 图像技术 通常情况下，红外成像技术、激光全息图像技术统称图像技术。其中，红外成像技术是利用不同材料的导热性能，通过高精度的热敏传感器对结构物内部的热传导规律和温度场分布状况进行检测，以图像化的形式将检测结果进行显示。

2.3 激光检测技术 激光检测技术作为新型的检测技术，其发展时间只有几十年，由于激光具有较强的亮度和较高的分辨率、方向性好，以及相干性、衍射性等优点，在路面检测中激光技术得到广泛应用。

2.4 频谱分析技术 频谱分析检测技术是根据波在不同介质的表面传播频率特性不同进行检测的。在对路面结构表面进行检测时，通过力锤向路面施加瞬时的垂直冲击，进而产生以振源为中心向四周传播的瑞雷面波，这些波具有各种频率成分，通过对力锤的重量进行调整或者更换不同的锤头，在一定程度上可以获取各种频率成分的瑞雷面波信号，通过将传感器设置在不同的位置，进而对波的传播频率进行检测，实现对不同深度分层介质力学参数进行测试的目的。

3 无损检测技术的应用

3.1 施工质量的检测与控制 公路路面的施工质量会直接影响到公路的整体质量和使用寿命，无损检测技术有效地防止路面过早破坏，能在道路建设期及时发现工程质量隐患。无损检测技术在道路施工质量的检测与控制中主要应用于平整度检测、抗滑性能检测、弯沉检测和厚度检测等。①平整度检测：平整度检测一般使用在英国激光平整度仪基础上改进的非接触式激光平整度测试车。该测试车主要由激光器、横杠、距离传感器、处理器、便携式电脑和测试车等组成。测试前要进行标定，标定完成后通过电脑输入数据收集模式、测段长和起始位置等参数，然后预运行约250米，以某一恒定速度进入测段收集数据。测试车自带处理器会将测试结果以国际平整度指标IRI值（m/km）输出。该测试车操作简单，全程自动化控制，且代表性强，采样点相距为0.16m，测试精度能达到0.1mm级，在对高等级公路大面积检测时优势最为明显。②抗滑性检测：其工作原理是使测试轮与路面紧密接触，在测试轮上施加恒定垂直荷载，以恒定速度沿与车辆前进方向平行前进，然后由力矩传感器检测获得测试轮上产生的纵向滚滑摩阻力。抗滑性检测一般使用由测车、测轮系及计算机系统等组成的摩擦测试车来完成。测试时需要将测试车尽量锁定在某一固定速度，选择干、冰或洒水测试模式控制水量。测定的纵向滚滑摩阻力以电信号的形式通过脉冲传感器传至处理系统。③弯沉检测：弯沉检测一般使用由牵引车和托挂体组成的落锤式弯沉仪。使用该弯沉仪检测时可调节锤重和落高实现对冲击荷载的调整，我国测试时承载板直径30cm，一般落锤质量设为5t，这样对路面的压强就为0.7MPa。落锤式弯沉仪实际测得的是动态总弯沉，可根据弹性层状体系理论，由弯沉数据反算路面各层材料的弹性模量。测试时一般要在同一点落锤三次，并取第三次的测试值作为测点结果，因为承载板、位移传感器和路面接触不稳定。④厚度检测：厚度检测一般使用由天线、发射机、信号处理机、接收机和终端设备等组成的GPR仪器。目前GPR是能满足高采样率、连续无损检测的唯一手段，GPR相比宏观评价的钻芯法和水准测量法更能反映路面及路面一定深度下的微观变化。测试时发射机产生已知波形的射频，由GPR记录的地面反射波和地下反射波的时间差计算所测路面的厚度。

3.2 养护管理检测 道路建成后，随着使用时间的延长路面的使用性能会逐渐劣化，劣化的速率在整个过程中是不均匀的，并且前期的劣化速率比较慢，随着损伤的不断累积，劣化速率逐步加快。对路面通过先进的检测评价技术进行检测分析，可以发现和认识到路面性能劣化的基本规律，在一定程度上为优化养护方案提供参考依据。实践表明，在道路养护管理中，无损检测技术的广泛应用可以减少道路养护的检测强度，提高工作效率。

地质雷达在沥青路面病害的无损检测和养护中使用较多，测试时主要包括测试布线、确定水平采样点距、时窗选择、天线频率选取、垂向取样点距选取等关键步骤。然后对测试数据进行分析，确定面层波速与厚度、水分含量和压实度等计算参数，实现沥青路面病害的无损检测。

激光断面仪在路面平整度和车辙检测中应用较多。激光断面仪由激光传感、测试梁、惯性制导单元、距离传感器和信号数据处理与分析系统等组成。路面平整度测试时用激光平整度仪沿着需要测定的路段全程连续测量平整度3至5次，取测试数据平均值作为测试结果，然后将测试结果与路段已知IRI值对应，绘制曲线并进行回归分析，建立相关关系。车辙深度数据的采集与平整度测试通过一个过程完成，测试操作方法也完全相同，只是数据的软件处理不同。此外，激光断面仪还能进行纵坡、横坡、曲率等几何参数的连续快速测试。

4 路面雷达检测系统设计

4.1 系统结构设计 通常情况下，固体共振腔、发射与接收天线、时窗记录仪、数字处理与波形显示、打印等共同组成路面雷达检测系统的硬件结构。

4.2 实现硬件设计的要点 由于雷达波具有较强的穿透力，进而满足了不同探测深度的要求。从公路工程施工过程中，路面层的测量精度是关注的重点问题。通常情况下，测量的厚度越浅，对检测系统的分辨力要求越高。

①选择固体振荡器。在雷达检测技术中，雷达源作为核心部件。因此，在稳定性、使用寿命、激发频率等方面对共振腔振源提出了更高的要求，同时要满足测试的精度要求。②选择发射接收天线。需要专门设计用于公路测试的天线，同时要求天线的损耗要小，发射要稳定，并且接收不能出现失真，通过使用不同的工作频率，满足不同的需要。③抗干扰处理技术。在路面雷达监测系统中，抗干扰处理技术也是一项重要内容，需要将雷达天线设置成空气耦合聚焦型，同时横向做成电磁波喇叭型，在一定程度上避免电磁波发射后遇到空气会影响品质。

5 结语

随着路面检测技术的不断发展，检测技术逐步由破损检测向无损检测发展，同时检测时间不断缩短，检测速度和检测精度不断提高。总而言之，在检测和控制施工质量、提高公路养护水平及优化路面设计中，无损路面检测与评价技术具有十分重要的作用。所以，无损检测技术受到工程技术人员广泛认可和重视，进而得到广泛的推广和使用。

参考文献：

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[2]李旭东.应用激光断面仪测定路面平整度及车辙[J].交通标准化，2010（7）.

[3]王洪新.公路路面施工质量的快速无损检测方法探讨[J].华南科技，2008（2）.