高等級公路無損檢測技術探討
道路無損檢測技術即是將路面雷達（GPR）應用技術和落錘式彎沉儀（FWD）、摩擦系數測試儀（CFME）、激光斷面儀（RSP）、路面攝像系統等其他路面無損檢測技術結合起來用以整體評價路面性能，開發路面管理系統（Pavement Management System，簡稱PMS），對道路進行日常探測監察，及時發現路面結構層中存在的隱患、掌握道路的內在質量和使用壽命、研究路面結構層受損程度及影響因素、分析質量變化的趨勢和規律、指導道路的養護和修補等綜合應用技術。
1、落錘式彎沉儀檢測技術
在道路工程中，無損檢測技術主要用于路面的彎沉檢測。在檢測設備方面，上世紀50年代出現了第一套無損檢測設備貝克曼梁，60年代后，自動彎沉儀、穩態動力（激振式）彎沉儀和脈沖式彎沉儀相繼出現?？偟陌l展趨勢是由靜態向動態、由人工向自動化、由一般技術向高新技術發展。目前，國際上己普遍采用FWD測試系統進行路面彎沉檢測，根據路面彎沉觀測結果反演路面各層材料的強度已逐步成為路面結構性能分析和質量評估的重要手段。
1．1 研究應用概況
根據FWD檢測結果反算路面結構層模量在國際上已開展了20多年的研究?，F有研究成果大致可分為兩類：數據庫法和迭代法。美國德克薩斯A&M大學在數據庫方面開展了10多年深入而系統的研究，開發出了商品化軟件MODULUS。近年來，鄭州大學、交通部公路所、長沙理工大學等單位開展了路面結構層模量反算方面的研究。其中，河南省道路檢測工程技術研究中心（鄭州大學）研制開發出模量分析軟件SIDMOD，并在國內得到廣泛應用。
1．2 技術特點
FWD通過電腦控制下的液壓系統提升并下落一重錘，對路面施加脈沖荷載，并通過剛性圓盤作用到路面上，其荷載大小的調整可由改變錘重和提升高度來實現，并由傳感器測定路面變形。FWD測速快（每測點約40秒），精度高（分辨率為1 Izm），能準確測定多點彎沉并較好地模擬了行車荷載的動力作用，目前被認為是理想的路面無損檢測設備。
1．3 工程實例
安新高速公路于1997年11月底通車，全線長121．704 km，各層由上到下為：8 cm中粒式瀝青混凝土；5 cm粗粒式瀝青混凝土；7 cm熱拌瀝青碎石（下設透層油一道）；20 cm水泥穩定碎石基層；35 cm12％ 石灰穩定土。
工程采用Dynatest 8000型落錘式彎沉儀，對安新高速公路全線左幅和右幅的行車道和超車道的右輪跡進行了彎沉測試并進行病害位置定位。每車道測試間距為100 In，行車道與超車道按50 in交錯進行測試。FWD加載盤直徑為30 cm，荷載設置為5 t。
根據95測試規程要求，每級荷載下重復測試三次，取后兩錘測試結果的平均值作為計算依據。對1km內的測試數據進行平均得到平均彎沉盆信息，然后根據其均值和變異性進行進行分段，見表1。通過對探測結果的分析，得到路基路面主要病害為基層不密實、脫空、松散，底基層松散和土基缺陷等。
統計顯示，全線整體剛度左幅大于右幅。分段彎沉為84．0～214．7 Ixm，顯示全線各車道彎沉變化較大。對于全線行車道，左幅彎沉平均值為119．0 Ixm，右幅彎沉平均值為121．8 m；對于全線超車道，左幅彎沉平均值為124．6 I．zm，右幅彎沉平均值為138．8m?？傮w講，整體剛度行車道大于超車道，原因在于行車道維修養護面積大，很多路段的基層已換為混凝土材料，使其整體剛度得以提高。
根據彎沉檢測結果，利用模量分析軟件SIDMOD反算路面各層模量，分層分段進行評價，見表2。
統計結果顯示：路面結構層模量變化很大，部分路段模量較低，特別是石灰土底基層模量較低；對于面層和基層的綜合模量，行車道大于超車道，原因在于行車道已經過大面積維修，很多路段的基層已經換為混凝土材料，使整體剛度得以提高。
2、探地雷達檢測技術
2．1 研究應用概況
1904年，德國Hulsemeyer首次嘗試用電磁波信號來探測遠距離地面金屬體，這便是探地雷達的雛形。上世紀70年代后，隨著電子技術的發展以及數據處理技術的廣泛應用，探地雷達的應用范圍迅速擴大，從冰層、巖礦等弱耗介質擴展到土層、巖層等有耗介質，覆蓋了礦產資源勘探、巖石勘查、結構調查等眾多領域。在歐洲，主要以芬蘭Roadscanner公司Timo Saarenketo的研究成果為代表，在美國則以德克薩斯A&M大學交通研究所的Tom Scullion的研究成果為代表。我國對探地雷達應用和研究始于上世紀80年代，中國地質大學、長沙交通學院、鄭州大學等單位開展了長期研究，并取得了重要成果。
2．2 技術特點
路面雷達是專門用于道路結構層探測的探地雷達系統。其原理是利用高頻電磁波以寬頻帶脈沖形式，由地面通過天線定向送人地下，經存在電性差異的地層或者目標體反射后返回地面，被另一天線所接收。路面材料介電特性的差異是路面雷達應用的先決條件，因此，通過對時域波形的處理和分析及介質介電特性的研究，可以確定地下界面或地質體的空間位置及地下介質的結構。主要用于路面厚度檢測，材料評估和路面病害調查等方面。路面雷達測量厚度過程見圖1。
2．3 工程實例
采用路面雷達對安新高速公路行車道、超車道進行了檢測，利用SIDTHK軟件對GPR檢測數據進行分析處理并得到了面層和基層的厚度，見表3。
雷達檢測結果分析表明：面層和基層厚度變異性較大，并通過圖像對比確定安新高速公路路基路面病害主要為基層脫空、松散和土基缺陷等。
3、平整度檢測技術
平整度檢測貫穿于工程施工、質量檢測、評定、驗收及運營等各個環節。檢測設備、原理和方法多種多樣，檢測結果因檢測設備不同而有較大差異。美國、澳大利亞等國的平整度檢測技術處于領先水平，如美國ICC公司和澳大利亞ARRB生產的慣性激光斷面儀和手推式斷面儀，在國際占有一定市場，就我國而言，連續式激光斷面儀是目前國內較先進的平整度檢測設備 。平整度檢測關鍵技術在于傳感器選型、二次積分器設計及軟件開發，其工作難度體現在數據處理軟件編程和系統調試。
4、抗滑能力檢測技術
在檢測方法上主要有早期英國的擺式摩擦儀和現今制動測距的方法。在研究方面動態連續式檢測已成為當今國際上的主流，但在制造上有較大的難度。國際上檢測手段較發達的國家有瑞典和美國等。一種新的檢測方法是測定檢測車全剎車時的最大減速度。一些研究成果表明，最大減速度與路面摩擦系數有較好的相關性。近幾年國際上有一些研究采用高分辨率的激光距離傳感器檢測路面的微觀特征，并研究其綜合定量指標與路面摩擦系數的相關性。若這一種新的方法得以認可，路面摩擦系數的快速檢測將變得更有效和低價。我國目前采用的主要檢測手段仍為擺式摩擦儀，由于是靜態單點抽樣檢測，其效率和可靠性無法滿足公路管理的需要。今后需開展此方面的檢測技術的研究，重點應集中在采用何種技術以實現快速連續的檢測。
5、路面破損攝像檢測技術
路面破損攝像檢測技術主要是應用照像及CCD攝像技術對路面的破損狀況進行動態、實時獲取，然后采用圖像處理技術對獲得的路面圖像進行處理，定量分析路面破損狀況 。路面破損檢測的研究開發重點是開發車載式自動破損檢測系統，包括路面圖像攝影、錄像系統及其配套的檢測裝置和系統軟件。目前路面破損圖像識別、破損程度的自動評價等日漸集成化。如美國Pavedex和CRISO公司開發的路面破損圖像識別軟件在自動識別路面破損類別的同時，也可自動判別路面破損程度，并將結果存人PMS系統中為路面養護決策服務。
6、結語
路面無損檢測與評價技術的廣泛應用，不僅提高了路面性能檢測和工程質量評價水平，也促使道路養護技術更趨科學化、合理化，并滿足社會對道路交通服務質量的要求。深入系統地進行研究，積極引進國外先進技術，發展我國自主知識產權的路面快速檢測技術，其意義就顯得尤為重要。
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