羅曉卿

廈門合誠工程檢測有限公司（361000）

高速公路路面病害檢測技術(shù)與研究

羅曉卿

廈門合誠工程檢測有限公司（361000）

受工程建設(shè)質(zhì)量及運(yùn)營過程中諸多因素影響，高速公路路面不斷出現(xiàn)病害。這里主要對常見的高速公路路面病害檢測技術(shù)進(jìn)行簡要論述，以期為高速公路路面養(yǎng)護(hù)提供參考依據(jù)。

高速公路；路面病害；檢測技術(shù)

0 引言

近年來，我國汽車保有量及物流業(yè)發(fā)展迅猛，使得高速公路行車荷載逐漸增加，外加上自然災(zāi)害等因素作用，導(dǎo)致高速公路路面在投入使用之后的較短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)了不同程度的病害，最終降低高速公路的服務(wù)功能和使用性能。因此，對高速公路路面病害情況進(jìn)行檢測評價(jià)是非常重要的。本文對高速公路路面病害檢測技術(shù)的適用范圍進(jìn)行研究，并對高速公路路面破損檢測技術(shù)、平整度檢測技術(shù)、路面抗滑能力檢測技術(shù)、探地雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行簡要論述。

1 高速公路路面病害檢測技術(shù)的選用原則

在進(jìn)行高速公路路面病害檢測前應(yīng)對檢測工程概況進(jìn)行了解，并對檢測技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行確定，以便選擇合適的檢測方法和技術(shù)。檢測方法選擇原則有以下幾點(diǎn)：

首先，適用性原則。在選擇高速公路路面病害檢測技術(shù)時(shí)，應(yīng)對路面狀況進(jìn)行充分了解，并選擇合適的檢測方法。

其次，效率性原則。因?yàn)楦咚俟仿访娌『z測工作多數(shù)是在高速公路運(yùn)營過程中進(jìn)行的，因此，就需要檢測人員選擇高效、快速的檢測方式，從而有效保護(hù)檢測人員的人身安全。

再次，準(zhǔn)確性原則。在選擇高速公路路面檢測方法時(shí)，應(yīng)選擇多種方法對檢測技術(shù)及檢測結(jié)果進(jìn)行校對及補(bǔ)充，使檢測結(jié)果可以切實(shí)反映出路面的病害情況[1]。

2 高速公路路面病害常見檢測技術(shù)

2.1 路面破損檢測技術(shù)

高速公路路面病害主要有以下四種：變形類路面破損、松散類路面破損、其他類路面破損、裂縫類路面路基破損。其中變形類路面路基破損病害的主要形式是波浪、搓板、車轍、沉陷等，松散類路面破損病害的主要形式是松散、啃邊、脫皮、麻面、坑槽等；其他類路面路基破損病害主要的形式是翻漿、凍脹、磨光、泛油等，裂縫類路面路基破損病害主要的形式是龜裂、裂縫。

因?yàn)楦咚俟仿访娌『︻愋捅姸?，?jì)算方法復(fù)雜，且多數(shù)病害發(fā)生在公路運(yùn)營過程中，為檢測病害而封閉交通，可造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。所以應(yīng)利用路面損壞視頻檢測系統(tǒng)進(jìn)行檢測。這種檢測方法集計(jì)算機(jī)、通信、攝影、測量、激光等技術(shù)于一體，綜合利用GPS定位、里程編碼定位、激光輔助三維測量以及數(shù)字成像等多種技術(shù)，完成對路面破損數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集處理和分析。這種方法主要是利用拍攝、測量和計(jì)算，根據(jù)路面破壞的各種類型自動(dòng)計(jì)算出某一段公路的路面損壞狀況指數(shù)PCI，從而直觀地判斷出公路路面的健康情況。這種方法可以較好地反映出路面病害程度，并且可以識別出病害所在的具體位置及病害類型，對路面的精準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)有較強(qiáng)的實(shí)際指導(dǎo)意義。

2.2 平整度檢測技術(shù)

路面平整度是評定路面使用質(zhì)量、施工質(zhì)量及現(xiàn)有路面破壞程度的一個(gè)重要指標(biāo)。傳統(tǒng)的3 m直尺法檢測效率底、精度差；連續(xù)平整度儀的機(jī)械性能對數(shù)據(jù)的精度影響較大，測試速度較低，對于通車運(yùn)營的高速公路檢測不適應(yīng)；車載式顛簸累積儀時(shí)間穩(wěn)定性差、轉(zhuǎn)換性差，不能給出路面的真實(shí)斷面。所以道路激光平整度檢測車是針對高速公路進(jìn)行平整度檢測的最佳選擇。

激光平整度檢測系統(tǒng)是一種基于激光技術(shù)，采用激光傳感器和垂直加速度傳感器組合成慣性參照路面縱斷面剖面檢測系統(tǒng)，實(shí)時(shí)檢測包括短波長及長波長的路面縱斷面剖面曲線（直線式檢測類）。激光平整度檢測系統(tǒng)通過激光傳感器測量車輛距離路面的高度，通過傳感器記錄汽車在行駛中產(chǎn)生的振動(dòng)，結(jié)合加速度傳感器記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加扣除，最終得到路面的縱向斷面情況，經(jīng)過計(jì)算機(jī)軟件分析得出最終的評價(jià)指標(biāo)，如國際平整度指數(shù)IRI、平整度標(biāo)準(zhǔn)差等。

激光平整度儀的檢測原理如圖1所示。

圖1 激光平整度儀檢測原理圖

激光平整度檢測系統(tǒng)和其他的檢測方法相比具有檢測速度快的優(yōu)勢，其檢測速度可以達(dá)到傳統(tǒng)檢測方法的幾倍甚至幾十倍。激光平整度檢測還大大提高了路面的檢測準(zhǔn)確性，能將檢測精度提高到0.1 mm，采集間距也縮短到了0.13 mm，檢測車速也能達(dá)到80 km/h。因此，激光平整度儀在規(guī)模較大的路面如高速公路、城市道路、機(jī)場跑道等的檢測中有較高的實(shí)用價(jià)值。

2.3 路面抗滑能力檢測技術(shù)

道路安全是道路使用者對道路的基本要求。隨著交通流與車速的大幅增加，交通安全問題日漸凸顯。有資料表明，路面的抗滑性能對道路安全的影響最大。因此，合理地評價(jià)路面抗滑性能意義重大。

抗滑性能是表征路面的表面特性，用輪胎與路面間的摩阻系數(shù)來表示。表面特性包括路表面微觀構(gòu)造和宏觀構(gòu)造。微觀構(gòu)造是指集料表面的粗糙度，通常采用石料磨光值（PSV）表征。宏觀構(gòu)造是指一定面積的路表面凹凸不平的開口孔隙的平均深度，通常由構(gòu)造深度表征。微觀構(gòu)造在低速50 km/h以下時(shí)對路表抗滑性能起決定作用，高速時(shí)主要作用的是宏觀構(gòu)造。路面抗滑性能測試方法可分為摩擦系數(shù)測定法（主要有擺式儀法、橫向力系數(shù)測試車法）和構(gòu)造深度測定法（主要有鋪砂法、車載式激光構(gòu)造深度儀法）等。

擺式儀的主要原理是利用底面裝有橡膠滑塊的擺錘從一定高度自上向下擺動(dòng)，當(dāng)滑塊面同路面接觸時(shí)，由于兩者間的摩擦而損耗部分能量，使擺錘只能回?cái)[到一定高度。路面摩擦阻力越大，回?cái)[高度越?。磾[值越大）。測試指標(biāo)為摩擦擺值，用BPN表示。其特點(diǎn)為定點(diǎn)測量，原理簡單，但受人為因素影響大，檢測速度較慢，只適用于一般公路或里程較短的路面抗滑性能檢測。

橫向力系數(shù)測試車檢測時(shí)，承受恒定豎向荷載的測試輪與地面緊密接觸，并與車輛前進(jìn)方向成20°角，這樣當(dāng)車輛前進(jìn)時(shí)就在測試輪上產(chǎn)生一個(gè)橫向滑動(dòng)摩阻力。橫向力由一個(gè)壓力傳感器測得,且與路面的摩擦系數(shù)成比例,橫向力與豎向荷載的比值即SFC。橫向力系數(shù)測試車的特點(diǎn)是測試速度快，橫向力系數(shù)測試車輪的測試指標(biāo)橫向力系數(shù)可用于竣工驗(yàn)收或運(yùn)營期評定路面抗滑能力。橫向力系數(shù)測試車設(shè)備如圖2所示。

圖2 橫向力系數(shù)測試車及測試輪示意圖

鋪砂法被廣泛用于檢測路面的構(gòu)造深度，其原理是將已知體積的細(xì)砂攤鋪在所要測試的路表測點(diǎn)上，然后將砂攤成圓形，測量計(jì)算砂攤鋪的面積，其與體積的比值即為構(gòu)造深度TD。鋪砂法檢測原理簡單，但受人為因素影響較大，且檢測速度較慢。所以在高速公路大面積檢測構(gòu)造深度時(shí)，一般應(yīng)采用激光構(gòu)造深度儀法。激光構(gòu)造深度儀的原理是將中子源發(fā)射的多束光線照射到路表面的不同深度處，并用多個(gè)二極管接收返回的光束，即可通過二極管被點(diǎn)亮的時(shí)間差算出所測路面的構(gòu)造深度。該方法測試速度較快、精度高，且與鋪砂法具有良好的相關(guān)性。

2.4 探地雷達(dá)檢測技術(shù)

對路面底下空洞等病害的無損檢測是通過探地雷達(dá)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，探地雷達(dá)是一種采用短脈沖寬帶高頻電磁波信號檢測地下介質(zhì)分布的新技術(shù)。根據(jù)電磁波在有耗介質(zhì)中的傳播特性，通過天線連續(xù)拖動(dòng)的方法以寬頻短脈沖的形式向地下發(fā)射高頻電磁波，電磁波信號在地下介質(zhì)內(nèi)部傳播時(shí)遇到不同介質(zhì)的界面時(shí)，就會(huì)發(fā)生反射、透射，其反射系數(shù)（反射信號的強(qiáng)度）主要由上、下層介質(zhì)的相對介電常數(shù)決定。上、下層介質(zhì)的介電常數(shù)差異越大，反射的電磁波能量也越大，反之則越小。反射的電磁波被與發(fā)射天線同步移動(dòng)的接收天線接收后，通過雷達(dá)主機(jī)精確記錄反射回的電磁波的運(yùn)動(dòng)特征，獲得地下介質(zhì)的掃描圖像。通過對掃描圖像進(jìn)行處理,對地質(zhì)雷達(dá)剖面上目標(biāo)層的反射波時(shí)間延遲、波形特征、剖面的宏觀和微觀形態(tài)組合進(jìn)行解譯，達(dá)到識別地下目標(biāo)物和道路結(jié)構(gòu)層內(nèi)缺陷的目的。探地雷達(dá)檢測高效快速，對路面不造成破壞，因此可以為高速公路路面病害檢測提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持。

3 結(jié)語

路面病害及道路破損程度的檢測評價(jià)為高速公路的安全運(yùn)營起到至關(guān)重要的作用，因此，檢測人員應(yīng)該對相關(guān)檢測技術(shù)進(jìn)行深入研究，優(yōu)化并完善高速公路路面病害檢測方法。同時(shí)在高速公路路面檢測過程中，檢測人員應(yīng)該根據(jù)高速公路實(shí)際病害情況，選擇科學(xué)合理的檢測方法，從而提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

[1]郭豪.高速公路路基路面病害的科學(xué)檢測及預(yù)防養(yǎng)護(hù)[J].山西建筑,2015(30)：140-142.