三维探地雷达在公路病害检测中的应用_马强.pdf

设备管理与维修2023 5（下）0引言随着公路路网的成型，新建项目日渐减少，为满足社会发展的需要，公路改建、扩建工程正在大规模进行，但由于旧路经过长期服役，加上运营单位养护水平、费用的不同，路面内部结构会出现不同程度的病害1。然而，当前公路状态评估指标均是检查基于路表的显性病害，不能反映路面结构内部的隐性病害，而且这种隐性危害无论是一般人还是专业人员都不能从表面观察到，只能通过对公路进行全面检查才能查出，因此使用时间较长的公路的隐性病害应该引起更大的关注。如何针对旧路路面结构内部病害进行精确检测，是关系到既有道路合理评价的重大问题之一。探地雷达作为一种无损检测设备，能够真实反映道路内部情况，并具有非破坏性、速度快、精度高、携带方便、低交通影响等特点2。本文结合工程实例，对三维探地雷达在旧路检测中的应用进行总结和分析。1三维探地雷达检测的基本原理三维探地雷达是集现代电子技术、信息技术与电磁技术为一体的检测系统，可对道路实施快速全断面扫描。三维探地雷达最大探测深度可达 6 m，具有检测效率高、深度大、覆盖宽、无破损路面等优势，可实现对路面各种结构层厚度、介电常数以及结构损伤的探测3-4。当接收天线发生移动时，表示为接收到连续的探地雷达反射波，将接收到的信号加以分析处理就可以形成沿天线移动方向切面的雷达分析图像（二维），纵向、横向、平面三向数据经过专业程序的后期处理，可以形成清晰直观的高分辨率三维雷达图像，真实直观地反映路面内部状况5-7。2工程应用实例2.1工程概况某公路于 1997 年 7 月 1 日正式通车运营，已服役 25 年，主线为双向 4 车道，设计速度 80 km/h，路基宽度 26 m。经过勘察，路表无明显病害，偶然看见车辙纵缝与半刚性路面反射型横缝，但从完好处位置钻芯发现有路面内部结构松散的情况。采用三维探地雷达对该公路内部病害进行检测，并通过钻芯验证了探地雷达的精准度，并结合其他检测指标进行多元化分析与评价。2.2检测结果统计根据路面内部病害特征信号的桩号、层位、面积、体积以及宽度等推算病害相关信息，得到的路面内部破损状况调查结果，包括路面内部沉陷位置、最大高程差及面积、一般横向裂缝位置及长度、纵向裂缝位置长度、脱空区域位置及脱空面积、贯穿裂缝位置及长度。病害位置包括病害所属段落及所处层位两个信息，检测结果见表 1。2.3钻芯验证为了解探地雷达图像能否准确地识别出路面内部病害状况，选择在裂缝和松散的位置进行钻芯验证，从芯样裂缝和松散的状态可知其与雷达图像基本一致，两处雷达图像能够较为准确地反映了路面内部病害状况。3结果分析及处治建议病害的出现不是单一现象，而是各种因素综合的结果。将重点病害划分段落后，交叉比对弯沉值、模量、钻芯取样、室内试验、地质条件、养护历史等方面数据，分析病害机理并提出处理意见。3.1结果分析3.1.1病害与路表弯沉右幅病害处（沥青层+水稳层）的弯沉值比全线要小，左幅病害处的弯沉比全线大 0.010.04 mm，分析原因主要与样本段落有关，由于右幅病害相对于左幅较少，导致线性关系不明显，右幅为 9 个样本段落，左幅为 44 个样本段落，并且中心弯沉检测摘要：为了及时发现公路路面内部病害，并且不破坏路面结构，采用三维探地雷达对公路进行病害检测。阐述三维探地雷达的基本原理，并结合工程实例，对某公路采用三维探地雷达进行病害检测，采用钻芯检测进行验证，对其检测结果进行分析，并提出相应的处治建议。结果表明：三维探地雷达在公路病害检测中的应用，能够较为准确地反映路面内部病害状况，便于养护人员及时采取有效措施对病害进行处治，避免病害的进一步发展。关键词：三维探地雷达；公路病害；检测中图分类号：U415文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.05D.41三维探地雷达在公路病害检测中的应用马强（河北益合交通检测技术有限公司，河北保定071000）类型上行下行合计裂缝/条366096裂缝率（10 m/100 m2）/处22325脱空/处6410沉陷/处011松散/处055表 1三维探地雷达检测结果92设备管理与维修2023 5（下）部位与内部缺陷实际位置有相对误差。3.1.2病害与地质条件沥青层纵向裂缝（长度10 m）位于填方路段共 2 处，挖方路段共 4 处，半填半挖共 1 处；水稳层纵向裂缝（长度10 m）位于填方路段共 9 处，挖方路段共 8 处，半填半挖共 5 处；所有纵向裂缝（长度10 m）位于填方路段共 11 处，挖方路段共 12 处，半填半挖共 6 处。根据纵向裂缝分布情况，检测区域内纵向裂缝并无明显分布规律，且分布区域均为非软基路段。通过趋势性分析，纵向裂缝长度与填挖方深度无明显线性关系。沥青层裂缝率10 m/100 m2的区域位于填方路段共 4 处，挖方路段共 1 处，半填半挖共 0 处；水稳层裂缝率10 m/100 m2的区域位于填方路段共6 处，挖方路段共 12 处，半填半挖共 2 处。土基类型对水稳层影响最为直接，根据水稳层裂缝率统计情况，检测区域内挖方路段水稳层裂缝率10 m/100 m2的区域较多，填方路段相对较少。裂缝率10 m/100 m2的区域均为非软基路段。可见病害分布较均匀，且检测范围不含软基段，裂缝与填挖方深度无明显线性关系。3.1.3病害与养护历史总计 53 个病害段落，其中 12 个段落进行过铣刨重铺处理，占比 22.6%，距离最远养护时间为 2010 年，最近养护时间为2015 年，多为沥青层处治并未涉及水稳层，12 个段落中 11 个为水稳层损坏，占比 91.6%。可见未养护过或养护深度不够路段病害显著。3.1.4病害与结构层模量路面内部缺陷发生在沥青层位样本为 9 个，水稳层位样本为 44 个。沥青层病害处模量较非病害处模量变化较小，异常点位 1 处（反算弯沉模量异常），模量差值比在 22%；水稳层处变化较大，异常点位 22 处，病害处较非病害处模量差值比达 44%62%，因为沥青层位常年进行养护处理，病害较少，而水稳层位年久失修，强度早已衰减，相对病害较多，典型病害段与非病害处模量对比见表 2。3.1.5芯样与结构层模量钻芯数量共计 40 个，沥青面层病害 4 个（非表面病害，为钻芯后发现芯样内部开裂），上基层病害 4 处，下基层病害 5 处，底基层（水稳层）病害或由于病害导致未取出 16 处，沥青面层病害处模量为 3256 MPa，低于平均值 19%（平均值为 4019 MPa），底基层病害处（水稳层）模量为 517 MPa，低于平均值 67%（平均值为 1567 MPa）。3.2病害发生机理3.2.1自然因素水泥胶结材料会导致干缩、温缩裂缝，从而造成反射（水稳无侧限强度高）；温度梯度导致的应力集中造成开裂；层间粘结差（完好处芯样工点发现内部破坏）；水环境影响。天气的持续高温导致路面和路基的温差相差较大，从而导致开裂。3.2.2人为因素人为因素主要是由于该公路平常的车流量较大，并且车辆超载现象比较普遍。日常养护工作没有做到位，养护过程中所使用的材料和养护技术不达标。3.3处治建议3.3.1脱空、松散、沉降上行行车道 3 出现 2 处脱空面积超过 1 m2的情况，下行脱空主要在硬路肩 K66+452 处，面积为 17.2 m2；建议采用注浆方式进行处治，其余小范围病害，可暂不处理，但需要定期观测，注意发育情况。如果这些小范围病害逐渐增大，请报告相关部门即使处理。3.3.2纵缝长度10 m 的纵向裂缝，采用铣刨重铺的方式进行处治，若路基出现沉降应进行注浆补强。3.3.3裂缝率10 m/100 m2裂缝率严重路段根据实际情况铣刨 12 层，对基层进行注浆处治后，还原面层至原路面标高。3.3.4使用无损检查的频率加大对该公路进行三维探地雷达等无损检测的力度，并及时处理出现的病害，提高检查频率可以有效发现病害。4结束语对三维探地雷达的工作原理进行介绍，根据检测的结果，通过钻芯验证了探地雷达检测路面结构内部病害的精度，并对重点病害段落划分后，与弯沉值、模量、钻芯取样、室内试验、地质条件、养护历史数据进行多方面比对，分析病害机理及提出处治建议，为探地雷达无损检测技术的应用与评价提供借鉴。参考文献1李军.探地雷达在公路改扩建工程检测中的应用 J.科技和产业，2021（8）：295-3002王倩.三维雷达在市政道路检测中的应用 J.青海交通科技，2021（4）：61-663甘暖其.高速公路沥青路面介电常数多维计算方法分析 J.交通世界，2021（20）：98-994魏克森，陈凯，韩文扬，等.基于三维探地雷达技术的路面病害分析和控制对策 J.黑龙江交通科技，2021（4）：1-35罗传熙，张肖宁，虞将苗，等.基于三维探地雷达对沥青路面厚度检测影响因素分析 J.公路，2021（1）：95-996王钊栋，彭勇均，熊春龙.三维探地雷达在路面内部病害检测中的应用 J.黑龙江交通科技，2020（12）：3-57郑志龙三维雷达在路面基层检测中的应用 J.内蒙古公路与运输，2020（5）：60-62编辑李波段落/车道位置典型病害段非病害处纵缝集中段模量/MPa模量均值异常点个数模量差值比/%裂缝率集中/MPa非病害段模量均值异常点个数模量差值比/%行车道 3 沥青层-2833-21862833-行车道 3 水稳层4891307375.06911307350.0硬路肩沥青层28845206120.051715206-硬路肩水稳层10141828741.27321828956.3表 2典型病害段与非病害处模量对比统计93