李會(huì)寧

1 技術(shù)意義

傳統(tǒng)檢測(cè)方法是隨機(jī)選點(diǎn)、鉆孔取樣、進(jìn)行室內(nèi)分析處理，從中獲取需要的工程參數(shù)。這種方法存在很大的局限性:首先由于被測(cè)點(diǎn)是隨機(jī)選擇的，因而檢測(cè)結(jié)果往往缺乏代表性。同時(shí)，由于檢測(cè)點(diǎn)的密度稀，使得有些存在缺陷的不良區(qū)段極易被漏檢，給后續(xù)工程留下隱患。此外，鉆芯取樣法雖然精度高，但對(duì)路面有一定的破壞，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。在公路投入使用后的日常養(yǎng)護(hù)管理中，雖然對(duì)路面出現(xiàn)的問(wèn)題可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行處理，但對(duì)內(nèi)部存在的隱蔽性病害，如空洞、積水、脫空等卻沒(méi)有較為有效的檢測(cè)手段。開(kāi)展路面無(wú)損檢測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)研究，將在控制施工質(zhì)量、提高養(yǎng)護(hù)水平等方面具有重要意義。

2 主要檢測(cè)技術(shù)

2.1 頻譜分析技術(shù)

頻譜分析檢測(cè)技術(shù)是分析在不同介質(zhì)中傳播表面波的頻率特性。通過(guò)在路面結(jié)構(gòu)表面施加瞬時(shí)的垂直沖擊，就可以產(chǎn)生一組以振源為中心的具有各種頻率成分，并沿地表一定深度向四周傳播的瑞雷波面，可以通過(guò)不同的力錘重量或不同的錘頭獲得不同種頻率成分的瑞雷波面信號(hào)，并且在不同位置設(shè)置傳感器，可以檢測(cè)到波傳播的頻率，然后可以借助于頻域的互譜分析和相干分析技術(shù)，達(dá)到測(cè)試不同深度分層介質(zhì)力學(xué)參數(shù)的目的。

它與傳統(tǒng)方法相比，具有速度快、檢測(cè)頻率高的特點(diǎn)?？梢杂糜跈z測(cè)路面各分層介質(zhì)的厚度、均勻性以及層間的接觸情況。

2.2 圖像技術(shù)

圖像技術(shù)包括紅外成像技術(shù)和激光全息圖像技術(shù)。紅外線成像技術(shù)是依賴(lài)于不同材料介質(zhì)的不同導(dǎo)熱性能原理，在熱源作用下，通過(guò)物體表面形成的溫度分布反映出物體表層及表層以下材料和結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)性差異。由熱敏元件記錄出路面的等溫線，從而可以通過(guò)熱圖辯認(rèn)出物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)或缺陷。激光全息技術(shù)是通過(guò)分析全息攝影得到的全息圖，再由全息圖上側(cè)取數(shù)據(jù)求出相關(guān)力學(xué)量的方法。

2.3 超聲波技術(shù)

超聲波路面檢測(cè)技術(shù)是通過(guò)發(fā)射超聲波到材料介質(zhì)，接收反射波得到相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而判斷結(jié)構(gòu)內(nèi)部破損情況的一種新型無(wú)損檢測(cè)方法。在接收反射波得到的參數(shù)中，常以波速為主要參數(shù)。通過(guò)在介質(zhì)中不同位置設(shè)置傳感器，測(cè)量超聲波在一定距離內(nèi)傳播的時(shí)間，計(jì)算出波速，然后利用速度與介質(zhì)強(qiáng)度的關(guān)系來(lái)分析力學(xué)性能，而介質(zhì)的強(qiáng)度又與它的彈性模量、密實(shí)度、泊松比等有關(guān)，可以假定路面結(jié)構(gòu)為無(wú)限大的固體介質(zhì)，則其波速公式為:

其中，vL為波速，m/s;E為彈性模量，MPa;ρ為介質(zhì)材料密度，kg/cm3;μ為泊松比。

從而可以通過(guò)這個(gè)關(guān)系式測(cè)定彈性模量、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等，還可以檢測(cè)材料或結(jié)構(gòu)內(nèi)部的缺陷。

2.4 激光技術(shù)

激光檢測(cè)路面技術(shù)是綜合運(yùn)用光的衍射、光電反射、光時(shí)差三大原理來(lái)進(jìn)行測(cè)試的。其中衍射原理是利用激光遇狹縫發(fā)生衍射的原理，調(diào)整狹縫的寬窄，得到屏幕上不同狹縫寬度下的明暗相干條紋，建立二者的相互關(guān)系。由相干條紋的情況來(lái)判斷狹縫寬度的變化，光電反射原理利用激光光強(qiáng)愈強(qiáng)則光電流愈強(qiáng)的原理，通過(guò)光電轉(zhuǎn)化器將光能轉(zhuǎn)化為電能，當(dāng)激光光強(qiáng)發(fā)生變化時(shí)，光電流也隨之發(fā)生變化，事先標(biāo)定建立光電流與位移關(guān)系，可根據(jù)光電流的變化反算彎沉位移的變化量。光時(shí)差原理是利用激光傳播速度快的原理記錄激光通過(guò)很短距離的時(shí)差。

3 主要儀器設(shè)備

3.1 彎沉測(cè)試儀器

落錘式彎沉儀(FWD)是目前應(yīng)用較為廣泛的彎沉檢測(cè)設(shè)備。它的基本原理是通過(guò)液壓系統(tǒng)提升和釋放荷載塊對(duì)路面施加沖擊荷載，荷載大小取決于落錘質(zhì)量和起落高度，動(dòng)態(tài)彎沉盆由相應(yīng)的傳感器測(cè)定。研究表明，F(xiàn)WD的沖擊荷載與時(shí)速60 km～80 km的車(chē)輛對(duì)路面的荷載相似，可較好地模擬行車(chē)荷載作用，并且測(cè)速快，精度高。目前，滾動(dòng)式彎沉儀(RWD)正處于研究階段，它是采用高頻激光掃描，連續(xù)地記錄行駛中的測(cè)試車(chē)在路表產(chǎn)生的彎沉，測(cè)試速度約88.5 km/h。它的最大優(yōu)點(diǎn)在于:所記錄的是真實(shí)受力狀態(tài)，而不是模擬荷載狀態(tài)下的彎沉，并且測(cè)速遠(yuǎn)大于FWD，因此對(duì)交通的影響較小，是較為理想的彎沉檢測(cè)設(shè)備。目前美國(guó)還開(kāi)發(fā)了滾動(dòng)動(dòng)力彎沉儀(RDD)，加載原理與RWD相似，可以同時(shí)提供路表破損攝像。

3.2 斷面測(cè)試儀器

激光斷面儀的基本原理是:通過(guò)橫向分布的若干個(gè)激光傳感器測(cè)試距離路面的高度，得到一個(gè)橫斷面，從而可以計(jì)算車(chē)轍;通過(guò)對(duì)應(yīng)于輪跡位置的激光傳感器測(cè)得距離路面的高度，隨著車(chē)輛的行駛可以得到路面縱向斷面，即可計(jì)算縱向平整度。

我國(guó)常用路面橫斷面儀和橫斷面尺。20世紀(jì)90年代中后期引進(jìn)了連續(xù)式激光斷面儀，其正常測(cè)試速度可達(dá)80 km/h，是目前最先進(jìn)的平整度車(chē)轍檢測(cè)設(shè)備，逐漸在道路路面檢測(cè)中得到廣泛的應(yīng)用，同時(shí)還可以測(cè)量橫坡、縱坡、轉(zhuǎn)彎曲率等指標(biāo)。

3.3 抗滑能力測(cè)試儀器

目前車(chē)載或車(chē)牽引的高速自動(dòng)化路面抗滑能力測(cè)試設(shè)備主要有3種:橫向力系數(shù)測(cè)試儀、剎車(chē)式摩擦系數(shù)測(cè)試儀、不完全剎車(chē)式摩擦系數(shù)測(cè)試儀，其中橫向力系數(shù)測(cè)試儀是我國(guó)應(yīng)用最為廣泛的自動(dòng)摩擦系數(shù)儀。

3.4 路面雷達(dá)

路面雷達(dá)是用于確定地下介質(zhì)分布的廣譜(1 Hz～2.5 GHz)電磁技術(shù)。它利用一根天線發(fā)射高頻寬頻帶電磁波，另一根天線接收來(lái)自地下介質(zhì)界面的反射波。電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度與波形將隨所通過(guò)介質(zhì)的電性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化。電滋波在不同介質(zhì)中的傳播速度與介電常數(shù)存在如下關(guān)系:

其中，c為電滋波在空氣中的傳播速度，m/ns;v為電滋波在介質(zhì)中的傳播速度，m/ns;ξr為介電常數(shù);D為反射體的深度，m;t為電滋波在介質(zhì)中的傳播時(shí)間，ns。

因此，根據(jù)接收到波的雙程走時(shí)、幅度與波形資料，可推斷介質(zhì)的結(jié)構(gòu)。

4 發(fā)展前景

1)在測(cè)試精度尤其是推定精度上需要進(jìn)一步提高。2)檢測(cè)性能多元化。新型路面結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，需要對(duì)其組成成分及各成分之間相互作用進(jìn)行檢測(cè)，這就需要研制出新的具有綜合檢測(cè)能力的設(shè)備。3)加強(qiáng)合作。無(wú)損檢測(cè)理論上涉及到力學(xué)、數(shù)學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等學(xué)科，技術(shù)上涉及到自動(dòng)檢測(cè)、計(jì)算機(jī)輔助、信息處理等高新技術(shù)，同時(shí)又與工程實(shí)踐緊密結(jié)合。

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