现代公路无损检测技术

现代公路无损检测技术

交通作为国民经济的大动脉，其发展状况直接影响国民经济发展的速度，在交通运输体系中，公路又是基础中的基础。道路工程的建设和管理质量，一直是困扰科研技术人员的一个重要问题，围绕这一问题，科研技术人员结合现代无损检测技术的发展，探索用不同方法检测路基和路面的各项指标，取得了一定的成果，本文主要针对道路工程中常用的几种无损检测技术作一对比分析，提出各种检测技术的应用范围，在此基础上分析了无损检测技术在道路工程中的发展方向及应用前景。

近二十年来，国际上道路工程的检测技术发展十分迅速，总体趋势是：由人工检测向自动化检测技术发展，由破损类检测向无破损检测技术发展，由一般技术向高新技术发展。比如，机电一体化技术及高精度传感器被应用于路面弯沉检测，激光技术被用于路面断面检测，雷达技术被用于路面厚度检测，模式识别与图像处理技术被用于路面病害观测等。相比之下，我国道路检测技术虽然近年来发展较快，但由于起步晚，基础薄弱，总体水平还比较落后，路基路面的检测评价技术已经难以适应道路工程建设的速度，亟待改进。主要表现在：现行规范中大多数检测手段测速慢、精度低、可靠性差，许多检测手段仍局限于人工操作；路面无破损检测技术发展缓慢，特别是路面强度、厚度的测定，仍然依赖破坏性较大的取芯法；近年来虽引进了一些国外的检测设备，但大多缺乏配套技术的开发，有的是国际上逐步淘汰的产品，造成进口设备不能充分发挥作用，甚至长期闲置；检测体制尚未完善，检测人员缺乏，检测者没有经过系统培训，缺乏经验，技术素质有待提高。

一、当前主要路面无损检测技术的原理及其适用范围

1、超声波无损检测技术

（1）超声波是一种频率高于人耳能听到的频率的声波，它在传输过程中服从于波的传输规律。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，在接收超声波的主要参数中，最常用的是波速参数，即通过检测超声波在路面材料中的传播速度来分析其力学性能的方法。其基本原理是利用波的行进速度与材料介质的软硬度即强度的密切关系，而材料强度又同它的密实度、弹性模量以及泊松比有关，通过在介质中不同位置没置传感器，测量超声波在一定距离内传播的时间，利用速度、时间与位移的关系计算波速，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，还可用来检测材料或结构内部的缺陷。

（2）我国早在70年代开始应用超声波检测技术测量岩石的抗压强度和判断岩石的性质，后用于评价建筑工程中水泥混凝土和钢筋水泥混凝土材料的质量，发展到现如今的超声波探伤技术。由于它具有激发容易、检测简单、操作方便、价格便宜等优点，在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，以及路基快速测试等。

2、激光检测技术

（1）激光检测技术是近几十年来发展起来的新型无损检测技术，它之所以能得到广泛应用，主要是由于激光具有高亮度和分辨率，好的方向性、相干性、衍射性等特点，激光技术在路面检测中的应用主要利用激光的上

述的特性，可归纳为三种原理。衍射原理是利用激光遇狭缝发生衍射现象的特点，调整狭缝的宽窄，得到屏幕上不同狭缝宽度下的亮暗相干条纹，建立二者的相互关系，可根据相干条纹的情况来判断狭缝宽度的变化；光电反射原理利用了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；光时差原理是利用激光传播速度极快的原理记录激光通过很短距离的时差。

（2）基于激光检测技术上述三种检测原理，在路基和路面检测中，激光主要应用于距离测定，纹理深度测定，弯沉测定，车辙深度及平整度测定几个主要方面。

3、图象技术

图象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以检测结构物内部的热传导规律和温度场分布状况，将检测得到的数据图象化，从而将结构内部状况呈现出来。激光全息技术是通过分析全息摄影得到的全息图，再由全息图上测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。

4、频谱分析技术

（1）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。在路面结构表面用一力锤施加瞬时的垂直冲击，就可以产生一组以振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面波，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、检测效率高的特点。

（2）检测路面各分层介质的厚度、均匀性以及层间接触情况。

5、主要无损检测仪器设备

（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，代表了弯沉检测的发展方向，代表性没备有丹麦的Dynatest FWD 和Phonix FWD，瑞典Pavetech的KUAB FWD，继FWD之后，新一代弯沉仪滚轮式弯沉仪(RWD)，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，测试速度可达到88．5km／h。

（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，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和车辙检测设备，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。

（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。

（4）路表破损采集：采用车载式数字摄像系统连续高速采集路表的图像，然后在室内通过后处理软件自动处理与人工判读相结合，识别、分类与统计路表破损，目前国际上已经研制出的路表三维激光可视化系统是一种新型的路表破损数据采集系统，它采用激光传感器随着车辆的高速行驶，连续扫描一个车道．得到路表的三维可视图，并实时处理，通过对该图的

分析可得到裂缝、变形、松散及泛油等各种病害，同时还可以测试平整度和车辙。与数字图像系统相比，激光三维可视化系统的优势是可以较好地反映变形类破损，分析不受阴影的影响，采集数据精确度较高。缺点是数据量大，硬件要求高、价格较高。

（5）路用雷达技术：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广泛。

二、应用前景

无损检测技术因其现场性、实用性、快速性等特点，在道路工程中的应用愈来愈广泛，具体而言在道路建设、运营养护以及改建不同阶段发挥着不同的作用。在道路建设阶段，无损检测技术主要应用于施工质量检测与控制，通过采用先进、高效的检测评价技术，能够及时发现工程质量隐患，有效地防止路面过早破坏，从而避免因路面过早破坏造成直接的巨大人力、财力浪费，更可以避免通行能力降低等间接经济损失。在道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，后期劣化速率加快，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，这就给养护决策提出了最佳修复方案或养路资金优化分配问题。采用先进、高效的路面检测评价技术对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。否则，依赖人工检测手段或凭经验制定养路方案，往往是错过了最佳修复时间，甚至“头痛医头，脚痛医脚”，使有限的养路经费不能充分发挥效益。在路面改造阶段，采用无损检测手段，可以对路面剩余强度进行科学检测和评价，进而合理地确定改造方案，优化路面结构设计，从而节省工

程造价或提高使用性能。总之，路面检测与评价技术在检测和控制施工质量、提高公路养护管理科学化水平及改进路面设计等方面都具有十分重要的地位和作用，路面检测评价技术水平的不断提高给公路建设带来的经济社会效益是非常明显的。