近年来我国重大交通基础设施建设获得了高速地发展,2017年我国高速公路总里程,高速铁路总里程已双双跃居世界第一。尤其是高速铁路的发展,计划2030年将建成近四万公里的高速铁路,形成八横八纵铁路网。高铁不仅是地区交通的纽带,更能够促进国家“一带一路”的倡议,成为中国制造的国际名片。但是随着运营时间的增长,重大交通基础设施面临着性能退化、超载服役、自然灾害等问题,在长期的运营中出现混凝土裂缝、钢筋腐蚀、结构层脱空、砂浆层离隙等病害。因此,及时地病害检测和修补是保证交通基础设施正常运作的关键。特别是高速铁路线下结构高负荷高强度使用,要求检测效率高、精度高、设备集成化,所以需要快速、精准、操作简单的病害检测方法。首先详细分析了高速铁路、高速公路岩土工程结构常见病害的类型和特征,以及模式匹配法在土木工程中的应用。针对交通基础设施的典型病害特征,提出了基于模式匹配法的网格化扫描检测方法。该方法通过数值模拟建立典型病害有限元模型,模拟网格化扫描法接收的弹性波响应,建立病害组合的数据库;设计了网格化检波器阵列,在工程现场实现快速网格化扫描;通过把现场检测得到的弹性波响应数据与数据库中的病害特征进行匹配,实现快速准确的病害检测。本研究以高速铁路线下结构CA砂浆层病害为例,针对CA砂浆层典型病害特征,建立典型病害的三维有限元模型。采用批处理技术,完成模型的批量建立、病害特征定义、动力分析以及响应波形处理,模拟网格化扫描法接收的弹性波响应,建立典型病害的特征匹配数据库。通过算例分析确定模式匹配算法结构病害损伤识别的参数:弹性波的平均响应能量、卓越频谱、卓越频率,并通过病害组合对比,确定匹配参数的敏感度权重值。基于弹性波传播特性,设定不同位置组合下匹配的权重矩阵,提升匹配准确率。通过分析算例与数据库的波形特性,考虑实际病害特征分布下的匹配误差最大值,确定匹配算法的阈值,确保匹配结果的有效性。将网格化扫描法成功应用于沪杭高铁虹桥站线下结构病害检测中。设计并组装了网格化扫描检测设备,对虹桥站疑似病害区域线下结构进行了病害观察、光纤振动测试、冲击映像法和网格化扫描法检测。针对于其中较为普遍和严重的CA砂浆层脱空病害进行识别和评价。通过对比网格化扫描法和其他检测方法的评价结果,验证网格化扫描法的准确度与有效性。相较于冲击映像法,通过网格化检波器设备,提升了检测速度,通过模式匹配算法,提升了检测精度。