路基无损检测技术应用研究

文/黄浩

1 前言

随着公路投入使用的时间增加，公路的路面会在行车荷载、降雨、紫外线照射下出现不同程度的损害。路基虽没有直接暴露在表面，但由于行车荷载向下传递、雨水下渗、地下水上升等因素，逐渐使路基变形，承载能力降低，出现一系列病害。长此以往，这些病害会逐渐向上发展，影响路面的稳定和驾驶员的行车舒适性，因此，定期对路面进行检测和维修十分重要。传统的检测技术需要对路基路面钻芯取样，不仅设备沉重，而且后期芯样检测结果也与真实路基情况有着较大的差异。本文以实际工程为例，探究无损检测技术在路基检测中的应用，以期为路基病害的检测提供新的思路。

2 工程概况

我国南方地区某公路，全长30.64km，双向四车道，面层材料为沥青混合料，共三层，基层采用水泥稳定碎石作为基层。该地区长期受降雨和行车荷载的影响，一些已投入使用的公路出现了较多的车辙、裂缝等病害。需根据实际情况，且已经在不同标段使用不同的养护方法进行养护，但公路状况仍难以得到较好的改善。因此，本项目为确保新建公路在修筑完工后，可以长期保持稳定，对公路病害的成因和无损检测技术在路基中的应用展开研究。

3 工程实践

本研究路基检测主要依据的是《公路路基路面现场测试规程》（JTG 3450—2019）、《公路工程质量检验评定标准〈第一册土建工程〉》（JTG F80/1—2017）；检测内容主要为路基厚度、含水量、承载比、压实度、弯沉变形等；检测方法为探地雷达法、无核密度法、FWD 法。

3.1 路基厚度检测

本文路基的检测采用的是探地雷达法。探地雷达法(Ground-Penetrating Radar，简称GPR)是一种用于确定地下介质分布的广谱(1MHz～1GHz)电磁技术。它是利用超高频脉冲电磁波为震源，多以自激自收的形式，可采用连续、间断两种方式探测地下介质分布的一种地球物理勘探方法，具有快速、无损、连续检测、实时显示等特点[1]。

探地雷达检测原理是根据地质雷达这一超高频短脉冲电磁波在结构介质中传播规律确定的。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。因此，根据接收到波的旅行时间(亦称双程走时)、幅度与波形资料，可计算出该异常部位的深度[2]。

本文使用传统的钻芯取样法与探地雷达法对比，验证探地雷达法在路基厚度检测中的实际应用效果，观察路面基层雷达图像的异常情况，分析探地雷达的精度与准确性。检测结果见表1。

表1 路基厚度检测结果

根据上表检测结果可以看出钻芯取样法与探地雷达法的检测结果存在差异，差异值在0～10mm 之间。本文以钻芯取样法所测得的路基厚度为标准值，以探地雷达法所测厚度为检测值，以总差异值/测点总厚度作为无损检测的不可靠值。上述检测结果表明：本次检测，探地雷达的不可靠值为2.31%，其检测精度可以满足检测要求。

3.2 压实度检测

传统的压实度检测方法包括钻芯取样法、环刀法、挖坑灌砂法，无损检测的方法包括无核密度仪法、核子密度湿度仪测定法。传统的检测方法在检测时，需要耗费大量的人力和时间；而采用土壤无核密度检测法，不仅省时省力，且不会造成路基的损害。土壤无核密度检测法利用了时域反射原理，根据不同介质的介电常数，继而计算出压实度；为了保证测量的精度，往往需要在多个测点进行测量，一般为3～10 个，并建立特定土模和回归系数方程。

依据本项目施工情况，1＃、2＃土模测点分别位于K0+200、K0+400 处，该标段属于最先施工段，压实成型较早，经过一段时间的沉降和环境作用，基本处于干燥状态。本文以该测点作为本次检测干密度和含水率的标准；3＃、4＃土模测点分别位于K2+200、K2+400 处，以K2+200、K2+400 处的含水率和干密度，代表潮湿测点标准。测量结果见表2。

表2 土模密度与含水率测量

标定完土模之后，本文分别使用挖坑灌砂法与EDG（无核密度）法进行检测，并对比两种检测结果存在的差异。EDG 法所测路基压实度见表3；挖坑灌砂法所测压实度时，需使用酒精燃烧法测定含水率。检测结果见表4。

表3 EDG 法检测结果

表4 挖坑灌砂法检测结果

两种方法检测压实度结果误差在0.32%～1.01%，EDG 法检测压实度结果一般大于挖坑灌砂法检测结果，无核密度仪使用说明中表明，检测密度的精度范围在±3%，因此检测结果的误差符合使用要求。同时，根据上述检测结果看出，EDG 法测量结果偏大，故在使用EDG 法应使用修正方法使得测量结果尽可能地接近真实压实度，一般情况下为测量结果减去1%～2%，作为压实度检测结果。对两种测量的差值取绝对值，然后求和取6 个测点的平均值，再将测量结果加上或减去该平均值，即作为压实度真实值，本文修正后的结果见表5。

根据表5 可以看出，本文在对测量结果进行修正之后，总误差值降低了2.9%，表明在修正之后，EDG 法测量结果可以更加接近真实测量值。因此，在使用EDG法进行压实度检测之后，应对数据进行修正。

表5 压实度修正结果

3.3 弯沉检测

弯沉检测的主要方法有贝克曼梁法、FWD（落锤式弯沉仪）、PFWD（火焰离子化检测仪）法、激光自动弯沉仪法四种。贝克曼梁法是最为传统的测量方法，虽价格便宜，但是测量时需要耗费大量人力物力，因此逐渐的已经被其他测量方式取代。落锤式弯沉仪在近些年来使用较为广泛，虽价格贵于贝克曼梁法，但其仅需1～2人即可，且可以测量路基的动态弯沉，与贝克曼梁法的测量结果有着较大差别。最新的研究成果中，关于道路弯沉的检测已经在国外开发出了滚轮式弯沉仪，这种方法在测量弯沉时，可以在70～80km/h 的行车速度下进行道路弯沉的测量，既不需要封闭交通，也可以适用于任何路基，但价格昂贵，目前在国内暂时未得到应用[3]。本文使用FWD 的方法进行路基的弯沉检测，检测结果见表6。

表6 路基弯沉检测结果

4 结语

本文依托实际项目，通过对路基厚度、压实度、弯沉的检测，介绍了路基无损检测的几种常用方法，包括探地雷达法、无核密度仪法以及FWD 法，并将无损检测的检测结果与传统检测的检测结果进行对比。结果表明：探地雷达法的检测结果与钻芯取样法差异较小；无核密度法检测结果略大于挖坑灌砂法，需要进行修正，修正值为压实度的1%～2%。