高速公路路面无损检测技术的研究

2009年01期(总第49期

)作者简介：刘华庆(1978-)，男，山东东营人，工程师，从事公路工程试验检测工作。

平原微丘区高速公路的设计行车速度为120km/h ，而由于现代汽车工业的高速发展，汽车性能大大提高，实际行驶速度有可能更快，在路面平整度等技术指标同等的情况下，行驶速度越快，颠簸越大。因此，高速公路的路面平整度等技术指标对行车速度、行车安全、行车舒适性以及车辆及其零部件的寿命都有着直接影响。同时，路面的平整度、弯沉、横向力系数等指标的好坏也能综合体现高速公路整体质量，反应出道路的服务水平。因此，路面检测与评价技术在检测和控制高速公路施工质量、提高公路养护管理科学化水平等方面具有十分重要的地位和作用，路面检测评价技术水准的不断提高能给高速公路建设带来非常明显的经济社会效益。

随着现代计算机技术、高精度测微技术的不断进步，给路面检测技术带来了巨大的发展。其中，无损检测技术是一项很有发展前景的技术。本文通过对道路工程中常用的几种无损检测技术进行对比分析，在此基础上分析了无损检测技术在高速公路建设、养护过程中的发展方向及应用前景。

1传统检测技术的局限性及发展无损检测技术的意义

在高速公路施工中，传统的检测方法是随机选点，钻孔取样、进行室内分析处理，从中获取需要的工程参数。这样常规的方法存在很大的局限性：首先被测点是随机选择的，因而检测结果往往缺乏代表性。同时，由于检测点的密度稀，有些存在缺陷的不良区段极易被漏检，给后续工程留下隐患。在高速公路投入使用后的日常养护管理中，虽对路面出现的问题可以及时发现并进行处理，但对内部存在的隐蔽性病害，如空洞、积水、

脱空等却没有较为有效的检测手段。

开展高速路面无损检测与评价技术研究，将在控制高速公路施工质量、提高高速公路养护水平等方面具有重要意义。

2当前主要的路面无损检测技术

2.1频谱分析技术

频谱分析检测技术的基本原理是分析在不同介质中传播表面波的频率特性。在路面结构表面施加瞬时的垂直冲击，就可以产生一组以震源为中心的具有各种频率成分，并沿地表一定深度向四周传播的瑞雷波面，通过调整力锤重量或不同的锤头可以获得含有各种频率成分的瑞雷面波信号，在不同位置设置传感器可以检测到波传播的频率，借助于频域的互谱分析和相干分析技术，可以达到测试不同深度分层介质力学参数的目的。与传统方法相比，它具有速度快、检测频率高的特点。2.2图像技术

图像技术包括红外成像技术和激光全息图像技术。前者主要是利用不同材料介质导热性能不同的原理，利用高精度的热敏传感器可检测结构物内部的热传导规律和温度场分布情况，将检测得到的数据图像化，从而将结构内部状况表现出来。激光全息技术是通过分析全息摄影得到的全息图，再由全息图上侧取数据求出相关力学量的方法，具有精细度高、直观可靠、能够给出全场情况等优点。

2.3超声波无损检测技术

超声波路面检测技术主要是通过发射超声波到材料介质，接收反射波的相关参数，进而判断结构内部破损情况的一种新型无损检测方法。通过在介质中不同位置

高速公路路面无损检测技术的研究

刘华庆，韩吉光

(山东省公路桥梁检测中心，山东

东营

257091)

摘

要：在高速公路建设、养护过程中，有较多的技术指标需要检测，以指导高速公路的建设、养护等工作。文

章根据路面无损检测各项技术的原理，从传统检测技术的局限性、无损检测技术的特点、优点等方面阐述了路面无损检测各项技术在路面工程中的应用。应用证明无损检测技术具有广泛的实用价值和推广前景。关键词：高速公路；路面；无损检测技术中图分类号：U416.2

文献标识码：B

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设置传感器，测量超声波在一定距离内传播的时间，计算出波速，利用速度与介质相关参数的关系可以测定材料的有关参数如弹性模量、抗压强度、抗折强度等，还可以检测材料或结构内部的缺陷。

由于该技术具有检测简单、操作方便、价格便宜等优点，在高速公路路面检测中的前景非常广阔。现已成功地应用于检测路基路面材料的密实度与弹性模量、检测混凝土的抗压强度、抗折强度，检测路基路面的厚度与孔隙等方面。

2.4激光检测技术

激光具有高亮度和好的分辨率，具有方向性、相干性、衍射性好等特点，激光技术在路面检测时利用激光光强愈强则光电流愈强的原理，通过光电转化器将光能转化为电能，当激光光强发生变化时，光电流也随之发生变化，事先标定建立光电流与位移关系，可根据光电流的变化反算弯沉位移的变化量。在路基和路面检测中，激光主要应用于距离测定，弯沉测定，车辙深度及平整度测定几个方面。

3主要无损检测仪器设备

3.1弯沉测试仪器

落锤式弯沉仪（FWD）是目前应用较为广泛的弯沉检测设备。它的基本原理是通过液压系统提升和释放荷载块对路面施加冲击荷载，荷载大小由落锤质量和起落高度控制，动态弯沉盆由相应的传感器测定。研究表明，FWD的冲击荷载与时速60～80km的车辆对路面的荷载相似，可较好地模拟行车荷载作用，并且测速快，精度高。继FWD之后，新一代弯沉仪RWD正处于研究阶段，它是采用高频激光扫描，连续地记录行驶中的测试车在路表产生的弯沉，测试速度约88.5km。RWD的最大优点是：所记录的是真实受力状态，而不是模拟荷载状态下的弯沉，并且测速远大于FWD，因此对交通的影响较小，是较为理想的弯沉检测设备。

3.2断面测试仪器

断面测试主要包括平整度与车辙测试，我国常用的检测设备是路面横断面仪和横断面尺。上世纪90年代中后期引进了连续式激光断面仪，是目前最先进的平整度车辙检测设备，逐渐在道路路面检测中得到广泛的应用，其正常测试速度可达80km/h，同时还可以测量横坡、纵坡、转弯曲率等指标。

激光断面仪的基本原理是：通过横向分布的若干个激光传感器测试距离路面的高度，得到一个横断面，从而可以计算车辙；通过对应于轮迹位置的激光传感器测得距离路面的高度，随着车辆的行驶可以得到路面纵向断面，即可计算纵向平整度。

3.3抗滑能力测试

目前车载或车牵引的高速自动化路面抗滑能力测试设备主要有3种：横向力系数测试仪、刹车式摩擦系数测试仪、不完全刹车式摩擦系数测试仪，其中横向力系数测试仪是在我国应用最为广泛的自动摩擦系数仪。我国目前在路面抗滑能力测试方面仍主要采用摆式摩擦系数仪，但是横向力系数仪已逐渐拥有了相当多的用户；刹车式和不完全刹车式摩擦系数测试仪目前仅有较少数用户。摆式摩擦系数仪已经越来越不适应我国高速公路建设的需要，该测试方法对交通的影响太大，存在不安全因素；而且它不能较好地反映路面的宏观纹理构造对摩擦系数的影响，而宏观纹理构造是高速公路路面抗滑能力的决定因素。因此，应大力推广自动化的抗滑能力测试仪在我国高速公路中的应用。

3.4路用雷达技术

路面雷达是利用电磁波在路面结构层和路基中的传播和反射，根据同波的传播时间、波幅与波形，确定目标体的空间位置或结构。我国路用雷达最早出现于20世纪70年代，80年代后期在设备技术和应用水平上有了很大的进步。目前路面雷达在路面厚度测试、相对高含水区域检测、结构层完整性判定等方面测试应用已经非常的广泛。

4无损检测技术在高速公路工程中的应用前景

无损检测技术具有准确、快速等特点，在道路工程中的应用越来越广泛。在高速公路建设阶段，无损检测技术主要应用于施工质量的检测与控制，能及时发现工程质量隐患，有效地防止路面过早破坏。在高速公路建成后的养护管理阶段，随着使用时间的增加，路面使用性能会逐渐劣化，但劣化的速率是不均匀的。前期较缓慢，随着损伤累积，后期劣化速度加快，相应地，在不同时期恢复路面使用性能所需要的费用也明显不同。采用先进、高效的路面检测评价技术对高速公路路网进行跟踪检测和分析评价，可以深入认识路面使用性能劣化的基本规律，从而为优化养护方案、实现科学决策提供依据。总之，路面检测与评价技术在检测和控制施工质量、提高高速公路养护管理科学化水平等方面都具有十分重要的地位和作用。

参考文献：

[1]盛安连，编著.路基路面检测技术[M].北京：人民交通出版社，1996.

[2]高等级公路质量无损检测方法技术试验研究报告[R].河南地球物

理勘察院，2000.

养护工程50

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