陳冰 陳湛榮

【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，道路檢測技術(shù)和裝備的進(jìn)步日新月異。道路無損檢測因其快速，無損，精確等特點(diǎn)越來越受到行業(yè)內(nèi)的青睞。論文針對當(dāng)前道路無損檢測技術(shù)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢展開論述。介紹了當(dāng)前主要的無損檢測技術(shù)，路地質(zhì)雷達(dá)，光纖傳感，自動圖像識別以及落錘式彎沉儀的應(yīng)用，同時對激光檢測技術(shù)，斷面儀的發(fā)展及應(yīng)用進(jìn)行了介紹。

【關(guān)鍵詞】道路工程；無損檢測；評價技術(shù)；現(xiàn)狀與發(fā)展

【Abstract】With the continuous development of science and technology， advances in road detection technology and equipment with each passing day. NDT road because of rapid， non-destructive， accurate and so more and more popular within the industry. Aiming at the current status of non-destructive testing technology and future trends start on the road. It describes the current application of the main non-destructive testing technology， road radar， optical fiber sensing， automatic image recognition and falling weight deflectometer， while the laser detection technology， development and application profiler were introduced.

【Key words】Road works；Non-destructive testing；Evaluation techniques；Situation and Development

1. 概述

（1）路基路面從運(yùn)營開始便會產(chǎn)生各種疲勞及損害，使用后期便表現(xiàn)出路基路面脫空、沉陷、唧泥、裂縫、坑槽等典型損害，但到目前為止，在對道路無損檢測技術(shù)的檢測與監(jiān)控效果方面，研究者觀點(diǎn)不盡相同，至于采用何種無損檢測技術(shù)最有效，國內(nèi)學(xué)者還尚未達(dá)成共識。

（2）現(xiàn)階段，我國針對路基路面病害尚無理想、穩(wěn)定的監(jiān)測方法，通常病害形成后才能得到維修養(yǎng)護(hù)。我國道路無損檢測技術(shù)種類眾多，每種無損檢測技術(shù)都有自己擅長的病害檢測類型，而且至今還沒有準(zhǔn)確檢測深層路基路面隱形病害的無損檢測技術(shù)；如果單獨(dú)開發(fā)新型無損檢測技術(shù)，既費(fèi)時又費(fèi)力，關(guān)鍵也不是我們擅長的領(lǐng)域。因此，我們可對目前道路無損檢測技術(shù)進(jìn)行綜合評價，有必要時做適當(dāng)改進(jìn)，找出快速有效的無損檢測手段，及早檢測出道路結(jié)構(gòu)層中存在的隱形病害，并對其采取針對性的養(yǎng)護(hù)措施，具有十分重要的意義。

（3）我國對道路無損檢測技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行了一系列的探索研究，取得了一定的研究成果，包括：路用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)、光纖傳感監(jiān)測技術(shù)、沖擊反射波技術(shù)、超聲波技術(shù)、落錘式彎沉儀、斷面儀、激光檢測技術(shù)、瞬態(tài)瑞雷面波分析技術(shù)等，檢測方法眾多，工作原理和檢測條件各不相同。

2. 主要無損檢測技術(shù)介紹

2.1地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)（GPR技術(shù)）。

（1）地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)以電磁場理論、電磁波傳播理論、地球物理學(xué)和現(xiàn)代信號處理技術(shù)為基礎(chǔ)，在我國應(yīng)用時間并不長。地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)作為一種連續(xù)且快速的道路無損檢測技術(shù)，現(xiàn)階段主要用于路面結(jié)構(gòu)層厚度，但也開始用于路面脫空、斷板等病害檢測，但由于測量精度和穩(wěn)定性稍顯不足，探地雷達(dá)技術(shù)很少用于路面裂縫檢測。

（2）地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)通過發(fā)射天線往地下發(fā)射高頻率、寬脈沖電磁波束，電磁波在路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)傳播時以指數(shù)形式衰退，且頻率越高衰減越快。假設(shè)路面結(jié)構(gòu)是一個層狀且各向同性的均勻介質(zhì)，當(dāng)電磁波遇到各結(jié)構(gòu)層的界面或異常后會發(fā)生反射，傳播路徑也相應(yīng)發(fā)生變化，通過反射波變化特征、地面反射波與地下反射波時間差等參數(shù)，進(jìn)而得出路基路面病害的埋置深度和病害類型。

（3）20世紀(jì)70年代，美國開始將地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)用于道路檢測，并相應(yīng)的展開了一系列研究；1985年，美國聯(lián)邦公路局對地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行了車載試驗(yàn)，隨后高頻率和空氣耦合性高的地質(zhì)雷達(dá)開始用于檢測路面結(jié)構(gòu)層厚度、路基路面脫空、路面病害位置等，并獲得成功，極大的提高了路面檢測效率。近年來，美國將地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行了改進(jìn)，可用于診斷路面病害類型，效果較好。

（4）20世紀(jì)90年代初期，丹麥、瑞典等國開始將地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)用于道路檢測工作；隨后，芬蘭開始引進(jìn)地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)，主要用于高速公路的質(zhì)量評定和檢測，可用于探測地下空洞、脫空和路面裂縫。

（5）我國在20世紀(jì)70年代開始研究地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)，但20世紀(jì)90年代中后期才將其用于路面病害檢測，目前該技術(shù)在我國應(yīng)用較為普遍，可成功對路面結(jié)構(gòu)層位、路面病害位置進(jìn)行檢測，但對深層路基病害、路面病害類型的檢測有待于進(jìn)步研究，主要表現(xiàn)在探測深度有限、精度不足。

（6）大連理工大學(xué)的蔡迎春和鄭州大學(xué)的王復(fù)明等建立了地質(zhì)雷達(dá)電磁波在路面結(jié)構(gòu)中傳播的二維時域有限差分（2D-FDTD）方程，探索研究了探地雷達(dá)用于半剛性基層路面裂縫檢測的可行性，結(jié)果表明：當(dāng)半剛性基層出現(xiàn)裂縫后，雷達(dá)反射波會在路面結(jié)構(gòu)層間出現(xiàn)一個負(fù)反射波，且波幅隨著裂縫寬度的增加而增大；高頻、低噪音的探地雷達(dá)技術(shù)可用于檢測半剛性基層產(chǎn)生的各種裂縫；當(dāng)基層裂縫寬度大于1cm時檢測效果更好。

（7）黃淮學(xué)院的李修忠通過理論分析和物理數(shù)值模擬，對多層均勻介質(zhì)中垂直裂縫模型的雷達(dá)波場特性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：基于垂直裂縫模型的探地雷達(dá)技術(shù)可對高速公路路面以下1m深度范圍內(nèi)的隱形裂縫進(jìn)行準(zhǔn)確測定，能快速對高速公路的工作情況進(jìn)行監(jiān)測與監(jiān)控，可對工后維修養(yǎng)護(hù)工作提供重要參考。

2.2光纖傳感技術(shù)。 光纖傳感檢測技術(shù)的工作原理是通過充分利用某些物理量的敏感特性并將外界物理量轉(zhuǎn)換成光信號，最終達(dá)到測量的目的。國內(nèi)的光纖傳感檢測技術(shù)經(jīng)過了三十多年來在多個領(lǐng)域的應(yīng)用，舉得了突破性的發(fā)展。光纖傳感檢測技術(shù)可以有效地檢測道路和橋梁使用現(xiàn)狀和破損狀況，包括路基路面脫空、路表坑槽、應(yīng)變特性、預(yù)應(yīng)力混凝土內(nèi)部應(yīng)力等。相對傳統(tǒng)的傳感器而言，光纖應(yīng)變傳感器靈活輕便、樣式齊全，最關(guān)鍵的是它受外界環(huán)境和被測對象影響較小，而且能夠承受高壓、腐蝕、易燃易爆等特殊境況，實(shí)用性非常強(qiáng)。然而，光纖應(yīng)變傳感器的市場價格要比一般的傳感器高出很多，這給光纖應(yīng)變傳感器在道路和橋梁檢測工作中的推廣帶來了很大的阻力。

2.3數(shù)字化圖像識別技術(shù)。數(shù)字化圖像識別技術(shù)可將路面病害以圖像的方式展現(xiàn)出來，形象直觀，使人們更方便的觀察到路面的使用現(xiàn)狀。該技術(shù)要依次對數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集、編碼、圖像數(shù)字化處理，通常包括圖像收集子系統(tǒng)和圖像解釋子系統(tǒng)。圖像數(shù)字化處理能實(shí)現(xiàn)對圖像的分割與組合，能對圖像進(jìn)行形象化的描述?，F(xiàn)階段典型的路面數(shù)字化圖像檢測系統(tǒng)有ARRB交通研究所和美國PAVEDEX公司開發(fā)的路面信息檢測車。

2.4落錘式彎沉儀。落錘式彎沉儀是國際上較為通用的路面無損檢測技術(shù)，應(yīng)用較為廣泛，通過產(chǎn)生荷載脈沖來模擬行駛車輛車輪荷載的影響，用于測定在動態(tài)作用下產(chǎn)生的動態(tài)彎沉和彎沉盆，可與其他路面檢測設(shè)備一同評價路面的使用性能。鄭州大學(xué)的王復(fù)明教授將落錘式彎沉儀（FWD）用于高聚物注漿修復(fù)技術(shù)中，F(xiàn)WD具有試驗(yàn)檢測速度快、數(shù)據(jù)處理速度快、精度高、重復(fù)性好等特點(diǎn)，能較好的模擬實(shí)際行車荷載對路面的作用。

2.5激光檢測技術(shù)。激光檢測技術(shù)是一種新型的無損檢測技術(shù)，不僅具有高亮度和高分辨率，還具有較好的方向性、相干性和衍射性。激光檢測技術(shù)在路面檢測中采用的原理主要是激光的光反射原理、光衍射原理和光時差原理，激光的光強(qiáng)越強(qiáng)則光電流越強(qiáng)，當(dāng)光強(qiáng)發(fā)生變化時光電流也相應(yīng)的發(fā)生變化，根據(jù)所標(biāo)定的光電流與位移的關(guān)系，通過光電流的變化反算彎沉和位移的變化量，當(dāng)作為路面檢測技術(shù)是正是利用了這一原理，因此，激光檢測技術(shù)可用于測量裂縫深度、彎沉、車轍和平整度等參數(shù)。

2.6斷面儀。平整度是路面使用性能的最重要的指標(biāo)之一，直接影響到行車舒適性。平整度的測試設(shè)備有兩大類：反應(yīng)類和斷面類。反應(yīng)類的代表設(shè)備為顛簸累積儀，它測量后軸同車身之間懸掛系統(tǒng)的位移，當(dāng)位移累積一定量后，就送出一脈沖信號給電子計(jì)數(shù)器。但此類設(shè)備有一顯著缺點(diǎn)：必須經(jīng)常標(biāo)定以確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。斷面類設(shè)備直接沿行駛車輛的輪跡測量路表高程，得到路表斷面，通過數(shù)學(xué)分析后采用綜合統(tǒng)計(jì)表征其平整度。以前主要用的是水準(zhǔn)測試和梁式斷面儀，雖測試簡單、直觀，但測試速度較慢。近年來，人們逐漸采用激光斷面儀來評價路面的平整度。

3. 發(fā)展趨勢探討

與國外發(fā)達(dá)國家相比，我國道路無損檢測技術(shù)發(fā)展相對落后，目前尚不能單獨(dú)用于高精度的隱形病害檢測。比如地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)可用于準(zhǔn)確檢測水泥混凝土板的脫空、橋面鋪裝層剝離、路面厚度、路面坑洞等，但目前為止尚不能準(zhǔn)確給出脫空邊界、路面隱形裂縫等；比如落錘式彎沉儀，可用于評定路基路面彎沉、橋面鋪裝剝離判定，但往往需要采用不同的檢測方法來相互印證；再比如激光檢測技術(shù)，大大提高了檢測數(shù)據(jù)的精度，但是由于路面狀況復(fù)雜多變，必須對所測結(jié)果的可重復(fù)性、可再現(xiàn)性進(jìn)行深人研究，歐洲和美國均進(jìn)行過較大規(guī)模的可重復(fù)性和可再現(xiàn)性研究，并在其所使用的設(shè)備類型和品牌之間建立了相關(guān)關(guān)系，目前在我國使用的激光斷面儀有多種品牌，但還沒有進(jìn)行過再現(xiàn)性研究。

4. 綜上所述

4.1雖然我國道路無損檢測技術(shù)眾多，但還未形成標(biāo)準(zhǔn)化路面檢測設(shè)備，同樣也未制定供道路工作者參考的與道路無損檢測相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范。因此，有必要對我國現(xiàn)階段的道路無損檢測技術(shù)進(jìn)行綜合評價，找出快速有效的路基路面檢測方法，及早發(fā)現(xiàn)路面隱形病害，及早進(jìn)行針對性維修養(yǎng)護(hù)。

4.2因此，可以預(yù)見，道路無損檢測技術(shù)未來發(fā)展方向?yàn)椋?/p>

（1）標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的路面檢測設(shè)備；

（2）快速有效的路基路面隱形病害檢測設(shè)備及方法。