吳志列

【摘 ?要】目前我國(guó)處于運(yùn)營(yíng)期的公路工程由于受到設(shè)計(jì)理念或施工技術(shù)等方面的限制，再遭遇降雨、溫度變化等自然環(huán)境的影響可能存在滑坡、坍塌等 。為了提高公路工程的建設(shè)水平、加強(qiáng)公路服務(wù)水平、確保其功能滿足交通運(yùn)輸需要，應(yīng)當(dāng)在公路施工及運(yùn)營(yíng)期間，對(duì)路基可能出現(xiàn)的病害展開(kāi)動(dòng)態(tài)的、全面的檢測(cè)，同時(shí)如何準(zhǔn)確判斷路基可能出現(xiàn)的病害，選擇經(jīng)濟(jì)可行的病害檢測(cè)技術(shù)也成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者及工程技術(shù)人員亟待解決的問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】公路;路基病害;無(wú)損檢測(cè);技術(shù)應(yīng)用

引言

公路工程在建設(shè)過(guò)程中及后期運(yùn)營(yíng)階段，應(yīng)當(dāng)對(duì)路基的質(zhì)量展開(kāi)全面的監(jiān)檢測(cè)管理，從而滿足公路交通運(yùn)輸?shù)男枨?，并提高公路的服?wù)質(zhì)量。近年來(lái)，檢測(cè)技術(shù)的飛速發(fā)展為公路工程的質(zhì)量監(jiān)測(cè)提供了很高的便利性、經(jīng)濟(jì)效益等。在公路施工過(guò)程中，路基厚度會(huì)影響到路基的壓實(shí)度、工后沉降等參數(shù)。與此同時(shí)，由于施工工藝和填筑材料性能的差異性，路基厚度很難恰好達(dá)到設(shè)計(jì)的要求值。傳統(tǒng)的路基施工厚度無(wú)損檢測(cè)方法是對(duì)每個(gè)施工環(huán)節(jié)的路基分層壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，而且往往是采用隨機(jī)選點(diǎn)的方式開(kāi)展的，并將現(xiàn)場(chǎng)鉆探取樣與室內(nèi)分析結(jié)合起來(lái)分析。目前，在進(jìn)行國(guó)內(nèi)外路基厚度檢測(cè)時(shí)，選擇便利、高精度的檢測(cè)技術(shù)就成了主要趨勢(shì)。其中，應(yīng)用最為廣泛的就是無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。因此，研究無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在公路路基施工厚度中的應(yīng)用意義重大，這不僅能更好地確保公路路基的施工質(zhì)量，還可以提高公路工程的整體建設(shè)水平，為類似公路路基厚度施工檢測(cè)提供科學(xué)的指導(dǎo)。

1.工程概況

某公路工程項(xiàng)目路線總長(zhǎng)70km，主線采用高速公路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，路基寬度為26m，雙向6車道，設(shè)計(jì)速度為100km/h。在高速公路工程建設(shè)過(guò)程中，工作人員主要采用無(wú)損檢測(cè)法進(jìn)行施工質(zhì)量檢測(cè)，包括路基路面的壓實(shí)度、路基路面的彎沉值、路面平整度等，記錄指標(biāo)數(shù)值。檢測(cè)路段的路面結(jié)構(gòu)為5cm中粒式瀝青混凝土+1cm下封層+25cm水泥穩(wěn)定砂礫基層+35cm級(jí)配碎石底基層，利用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)全面檢測(cè)路基的壓實(shí)度和彎沉值，檢測(cè)路面的壓實(shí)度、壓實(shí)厚度以及路面厚度，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，分析工程施工質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中存在的問(wèn)題，確保高質(zhì)量施工。

2.路基病害及原因

2.1路基沉陷

公路路基沉陷指的是路基表面豎向位移較大，使得地基土出現(xiàn)下沉并向兩側(cè)擠壓所引起的路基不均勻沉陷現(xiàn)象。出現(xiàn)這種病害的原因在于：（1） 路基填料或壓實(shí)方法選取不當(dāng)。（2） 路基分層壓實(shí)厚度不合理、不同填料混合壓實(shí)、含水量控制不當(dāng)?shù)仍驅(qū)е侣坊鶋簩?shí)效果不佳，壓實(shí)度達(dá)不到規(guī)范要求。（3） 公路路基施工期間排水設(shè)施處理不當(dāng)，出現(xiàn)積水現(xiàn)象。

2.2滑坡

公路路基滑坡指的是路基邊坡巖土體在重力作用下，沿著某一軟弱帶整體向下滑動(dòng)。產(chǎn)生路基滑坡的原因分為內(nèi)在因素和外在因素兩大類，前者包括土體填料性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件等，后者包括降雨、溫度變化、人類活動(dòng)等。

2.3坍塌

公路路基坍塌指的是路塹邊坡在各種不利荷載作用下，巖土體發(fā)生崩塌并墜落的現(xiàn)象。路基坍塌相對(duì)于一般病害而言，有快速性、突變性等特點(diǎn)，對(duì)行車安全危害較大。同時(shí)形成公路路基坍塌的原因主要有坡度較大（55°以上）、降雨、地震、人工開(kāi)挖及爆破等。

3.公路路基病害的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用

3.1探地雷達(dá)法

（1）工作原理。地質(zhì)雷達(dá)法是一種地下甚高頻～微波段電磁波反射探測(cè)法。地質(zhì)雷達(dá)的探測(cè)原理是：發(fā)射器通過(guò)發(fā)射天線向地下定向發(fā)射電磁波，電磁波在傳播的路徑中當(dāng)遇到有電性（介電常數(shù)和電導(dǎo)率）差異的界面時(shí)即發(fā)生反射，反射波由接收器接收，在時(shí)域上得到反射回波及其往返旅行時(shí)間，并首先沿2天線所在表面形成直達(dá)波被最先接收到，作為系統(tǒng)起始零點(diǎn)，取反射波往返時(shí)間的一半，乘以相應(yīng)介質(zhì)的雷達(dá)波速度便得出反射目標(biāo)所在深度，再根據(jù)反射波的形狀、幅度及其在橫向和縱向上的組合特征和變化情況進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別。因此，如果路基與地基間的土質(zhì)存在較大的差異性，則二者交界面處的介電常數(shù)也不同（如黏土層與軟土層的介電常數(shù)分別為7～8和25～35，2土層之間存在著明顯的電性差異），這就使得地質(zhì)雷達(dá)發(fā)出的電磁波出現(xiàn)折射和反射現(xiàn)象，然后，再依據(jù)電磁波的傳播時(shí)間就可以得到路基的實(shí)際施工厚度。

（2）實(shí)施方法。①現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是天線頻率的選擇和測(cè)線的布置。地質(zhì)雷達(dá)天線頻率的選擇要考慮2個(gè)方面的因素：路基的大概厚度。地質(zhì)雷達(dá)天線的頻率與其分辨率、探測(cè)深度密切相關(guān)，即天線頻率越高，分辨率越低，地質(zhì)雷達(dá)的探測(cè)深度越淺。路基土與地基土交界面的介電常數(shù)。介電常數(shù)會(huì)影響地質(zhì)雷達(dá)發(fā)出的電磁波的折射和反射，從而影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。一般介電常數(shù)可以通過(guò)在路基某處剖面上開(kāi)挖測(cè)試得出。地質(zhì)雷達(dá)天線的頻率確定之后，就要根據(jù)路基施工的實(shí)際情況來(lái)布設(shè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)試斷面的選擇主要依據(jù)公路路基相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試操作嚴(yán)格遵循地質(zhì)雷達(dá)操作手冊(cè)。② 數(shù)據(jù)處理。地質(zhì)雷達(dá)的數(shù)據(jù)可以采用IDSP等軟件來(lái)進(jìn)行處理，并借此分析得到需要的路基施工厚度值。地質(zhì)雷達(dá)的數(shù)據(jù)核心是如何分析脈沖波形圖。在分析波形圖時(shí)，首先要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理，隨后通過(guò)調(diào)整增益大小來(lái)補(bǔ)償或抑制雜波的出現(xiàn)，最后使用濾波工具對(duì)數(shù)據(jù)中的高頻波突出顯示。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，為了得到更多有效的電磁波信號(hào)，往往用寬頻采集，并在原始數(shù)據(jù)中記錄干擾波。與此同時(shí)，波形圖的處理還應(yīng)當(dāng)使用專門軟件基于時(shí)域和頻域來(lái)分析計(jì)算參數(shù)。

（3）工程應(yīng)用。某公路在路基施工作業(yè)結(jié)束之后，為了驗(yàn)證路基的填筑厚度是否滿足設(shè)計(jì)文件的要求，采用了探地雷達(dá)法來(lái)檢測(cè)路基的厚度?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)選擇的是SIR3000雷達(dá)，測(cè)試天線的頻率選擇了400MHz，并每隔10m布設(shè)了1條測(cè)線。與此同時(shí)，在地質(zhì)不良地段對(duì)測(cè)線的間距進(jìn)行了適當(dāng)?shù)募用?，最終得到了連續(xù)的測(cè)試信號(hào)。將測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理之后，能夠得到波的傳播形態(tài)，并通過(guò)深度剖面得到路基的厚度。試驗(yàn)結(jié)果表明：探地雷達(dá)法應(yīng)用于路基施工厚度檢測(cè)是可行的，且同一橫斷面厚度檢測(cè)結(jié)果的誤差僅在3%左右，滿足工程要求。

3.2高密度電阻率法在路基滑坡厚度檢測(cè)中的應(yīng)用

（1）高密度電阻率法探測(cè)基本原理。高密度電阻率法是在地下被探測(cè)體與周圍介質(zhì)之間的電性存在差異性的基礎(chǔ)上來(lái)建立直流電場(chǎng)，并按照預(yù)先布設(shè)的電極進(jìn)行掃描，得到地下一定范圍內(nèi)的空間電阻率變化趨勢(shì)，最終查明可能存在的路基病害。使用高密度電阻率法來(lái)檢測(cè)路基滑坡厚度時(shí)要遵循以下幾項(xiàng)原則：第一，測(cè)量點(diǎn)距必須按照所探測(cè)滑坡的范圍來(lái)確定;第二，在觀測(cè)裝置沿測(cè)線移動(dòng)過(guò)程中，每次移動(dòng)的距離應(yīng)當(dāng)在勘探范圍內(nèi)是連續(xù)的;第三，數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)應(yīng)當(dāng)采用正負(fù)交替的供電方式。

（2）高密度電阻率法的應(yīng)用。①探測(cè)設(shè)備選型。不同探測(cè)設(shè)備對(duì)地質(zhì)體的敏感程度各有差異，溫納四級(jí)分辨能力不佳，而偶極、微分分辨能力較高;同時(shí)如果地形起伏大，溫納四級(jí)影響不大。故筆者用高密度電阻率法探測(cè)路基滑坡厚度時(shí)采用的儀器是重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所設(shè)計(jì)的高密度電阻率測(cè)量系統(tǒng)。該測(cè)量系統(tǒng)以數(shù)字直流激電儀為測(cè)控主機(jī)，并搭配了多路電極轉(zhuǎn)換器。②探測(cè)方案。在探測(cè)設(shè)備選型完成后，應(yīng)當(dāng)根據(jù)路基滑坡體覆蓋層的幾何特征、滑移范圍等來(lái)確定高密度電阻率法檢測(cè)技術(shù)方案。筆者選擇ZK2+330里程附近的滑坡段進(jìn)行滑坡病害檢測(cè)，其檢測(cè)步驟如下：高密度電阻率測(cè)量系統(tǒng)調(diào)教歸零→確定檢測(cè)斷面→布置測(cè)線（應(yīng)采用多電極排列檢測(cè)同一測(cè)線）→檢測(cè)路基滑坡厚度和滑移范圍→數(shù)據(jù)處理→結(jié)合鉆孔取芯法對(duì)比分析。

3.3聲波探測(cè)法在路基施工厚度檢測(cè)中的應(yīng)用

（1）工作原理。目前，聲波探測(cè)法是應(yīng)用于橋梁樁基礎(chǔ)施工過(guò)程中的完整性檢測(cè)，但其用于路基施工厚度的檢測(cè)時(shí)效果也較好。聲波探測(cè)法的基本原理是：將一對(duì)一發(fā)雙收式或自發(fā)自收式的換能器放置在待測(cè)的路基中，換能器會(huì)發(fā)射出聲波。如果聲波的入射角等于第一臨界角，則聲波在被測(cè)物體中的折射角度為90°。此時(shí)聲波會(huì)沿著鉆孔不斷滑行，最終聲波又折射回鉆孔中由換能器接收，由此可以計(jì)算得出路基的厚度。

（2）實(shí)施方法。使用聲波探測(cè)法測(cè)定路基厚度時(shí)，需要準(zhǔn)備的儀器有聲波檢測(cè)儀、換能器、計(jì)算機(jī)等。具體實(shí)施方法如下：①使用鉆孔設(shè)備在路基上鉆出孔徑稍大于聲測(cè)管的孔，并在孔中布置聲測(cè)管;②向孔中注入清水，并采用鋼筋插入孔中檢查孔的通暢性;③將一對(duì)自發(fā)自收式換能器放到聲測(cè)管的內(nèi)部，并將換能器自鉆孔底部拉出，從而得到各土層的測(cè)試信號(hào);④將測(cè)試數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，并采用專門的軟件進(jìn)行分析，從而準(zhǔn)確地計(jì)算出路基的厚度。

3.4實(shí)度快速檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

路基路面壓實(shí)度是高速公路質(zhì)量檢測(cè)的重點(diǎn)內(nèi)容。路基路面壓實(shí)度是室內(nèi)檢測(cè)的混凝土標(biāo)準(zhǔn)密度與路面檢測(cè)的混凝土密度之比。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法是環(huán)刀法和灌砂法，這些方法會(huì)對(duì)路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的損傷，并且難度較大，存在較多的限制。因此，該工程選擇土壤無(wú)核濕密度儀法進(jìn)行路基壓實(shí)度檢測(cè)，選擇瀝青無(wú)核密度儀對(duì)路面壓實(shí)度進(jìn)行快速檢測(cè)，提高了檢測(cè)效率和精度。

（1）用土壤無(wú)核濕密度儀檢測(cè)路基壓實(shí)度。土壤無(wú)核濕密度儀的檢測(cè)原理主要是利用時(shí)域反射技術(shù)，將金屬鋼針插入路基土壤中，通過(guò)脈沖發(fā)生器進(jìn)行電磁脈沖，收集檢測(cè)信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，獲取路基土體的干密度與濕度數(shù)值，進(jìn)行高質(zhì)量檢驗(yàn)。本工程檢測(cè)的基層材料為水泥穩(wěn)定碎石材料，利用土壤無(wú)核濕密度儀獲取材料的濕密度、含水量、干密度以及壓實(shí)度，進(jìn)而分析路基的壓實(shí)度。

（2）用無(wú)核密度儀檢測(cè)瀝青面層壓實(shí)度。瀝青無(wú)核密度儀的檢測(cè)原理主要是利用電磁表面接觸法進(jìn)行混合料密度測(cè)量。在檢驗(yàn)測(cè)量前應(yīng)對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)整和標(biāo)定。需要從四個(gè)方向進(jìn)行實(shí)測(cè)以標(biāo)定密度，達(dá)到檢驗(yàn)的目的。該檢測(cè)方法具有較大的優(yōu)勢(shì)，靈活利用儀器實(shí)現(xiàn)了孔隙率、壓實(shí)度以及平均密度的自動(dòng)計(jì)算，可通過(guò)獲取的數(shù)值分析瀝青路面的均勻性，并提升檢測(cè)質(zhì)量和效率。研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)核密度儀可以高精度、高效率地檢測(cè)瀝青上層密度，中下層檢測(cè)結(jié)果雖然存在一定的誤差，但在允許范圍內(nèi)。誤差產(chǎn)生的主要原因在于無(wú)核密度儀的檢測(cè)信號(hào)受探測(cè)深度影響，深度越深，其對(duì)信號(hào)的削弱度越大，最終影響檢測(cè)精度。

4.結(jié)語(yǔ)

高效率的開(kāi)展水利工程建筑設(shè)計(jì)工作， 實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工序和作業(yè)人員的有效控制， 對(duì)水利工程建設(shè)進(jìn)行總平面設(shè)計(jì)， 積極掌握主體建筑物的總平面布局， 根據(jù)建筑基本特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行造型設(shè)計(jì)， 積極引進(jìn)三維設(shè)計(jì)技術(shù)， 充分利用現(xiàn)代化的建筑設(shè)計(jì)理論來(lái)設(shè)計(jì)建筑造型， 給人們提供一個(gè)更為優(yōu)美的水體環(huán)境， 促使水利工程走向市場(chǎng)化的發(fā)展道路。

參考文獻(xiàn)

[1]梁良.關(guān)于水利工程建設(shè)的設(shè)計(jì)及發(fā)展思考[J].建筑與文化：學(xué)術(shù)版， 2019， （07） ：130.

[2]芮陽(yáng)春.對(duì)水利水電工程建筑設(shè)計(jì)問(wèn)題的研究[J].大科技， 2019， （17） ：182-183.

[3]王鋒.試述水利工程建筑設(shè)計(jì)方法及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)[J].水能經(jīng)濟(jì)， 2019， （08） ：247.