论文部分内容阅读
摘要：目前道路检测中出现了弯沉检测和压实度检测新技术，本文针对这两种新技术的检测仪器和检测原理进行了阐述，并指出存在的问题，对进一步研究动弯沉理论和完善我国道路检测指标具有指导意义。
关键词：道路检测；弯层检测；公路路面
1 引言
根据国情和需求，各国采用了不同的研究思路和方法，形成了不同风格和特点的检测技术和检测设备。路面状况检测是公路建设与管理中的关键性、基础性技术，它对检验和控制工程质量至关重要。国外在路面检测技术方面的研究已经有30 多年的历史，我国近年随着高新技术的发展，路面检测技术方面有所突破。文中简单介绍了弯沉和压实度检测新技术，并提出了目前道路检测方面仍然存在的一些问题。
2 压实度检测
目前，国内外检测压实质量的技术主要有灌砂法、环刀法、核子仪发射法、预埋加速度计法和静载承压实验法等。灌砂法和环刀法比较精确，但测试周期长，为破坏性测量；核子仪发射法采用放射性元素，测试成本高；预埋加速度计法的加速度计只能使用一次，而静载承压实验法的测量结果受土颗粒大小影响很大，并且所有这些方法均属于静态抽样检测法，很难反映作业区每一点的压实情况。
振动压路机的压实度连续检测仪，基于传感压实轮的运动原理测压实度。通过该仪器，驾驶员可从显示器上随时查看压实情况、振动频率、运行速度，能够实现压实质量的实时控制，并能保存数据以备其他数据处理之用，避免了漏检，使欠压、过压问题得以解决。工作效率高，压实效果好。落锤频谱式路基压实度快速测定仪，利用落锤的冲击使土体产生反弹力，并利用低频测出土体响应值的含水量，然后得到路基压实度的一种测试仪器。该仪器操作简单，携带方便；不需要挖坑，只需在路基表面轻轻冲击几下就能无损地测得路基压实度的响应值；无需测土的含水量和湿密度；数据采集处理精度高，测定速度快。
瞬态瑞雷面波法，利用瞬态瑞雷面波法测试路基的压实度，主要利用其两种特性：
1) 在分层介质中瞬态瑞雷面波速度的频散特性；
2) 瞬态瑞雷面波传播速度与介质密度的相关性。前者可根据实测频散曲线划分层位，并计算出各层的速度值；后者则是用已求得各层的瞬态瑞雷面波速度值与密度值的相关关系计算各层的压实度水平。瑞雷面波测试技术是一种无损、高速快捷的检测新技术，可较好地完成对路基压实度的快速检测，目前尚处于研究阶段。处于研究阶段的还有路面雷达和瑞利波波速检测技术。
3 弯沉检测
公路路面的回弹弯沉特性是判断公路建设质量和路用性能的一项重要的技术指标。目前我国在公路行业建设标准JTGE60-2008公路路基路面现场测试规程中规定了三种检测方法，即：T 0951贝克曼梁测定路基路面回弹弯沉试验方法，T0952 自动弯沉仪测定路面弯沉试验方法和T0953 落锤式弯沉仪测定路面弯沉试验方法，其中贝克曼梁测定路基路面回弹弯沉试验方法在我国已经获得广泛的应用。新弯沉检测仪如下：
1) 落锤式弯沉仪，这是利用自由落下的重锤瞬间产生的冲击荷载来测定弯沉，属动态弯沉，能较好地模拟正常行车荷载的作用，其应力、应变和弯沉与实际交通荷载下的结果十分吻合；可测出弯沉盆的形状；测试速度快，精度高，无需交通封闭，整个过程均由电脑控制。
2) 激光弯沉仪， 它是在高速行驶过程中利用激光多普勒(Laser2Doppler) 技术测试地面在荷载作用下的垂直下沉速度，通过计算得出最大弯沉及弯沉盆数据。它既可测动态弯沉指标，又能以正常的行驶速度连续检测，不影响现场的车流交通。测试速度较快(30 km/ h～70 km/ h) 、精度高、频率快、安全性高。
3) 滚轮式弯沉仪(RWD) 是继FWD 之后的新一代高速动态弯沉检测设备，正处于研究阶段。具有代表性的有丹麦GreeWood 公司的HSD ( High2Speed Deffectograph) 和美国FHWA 的RWD(Rolling Wheel Deflectometer) 。HSD 采用激光多普勒技术(Laser2Doppler) 测试路面在荷载作用下的垂直下沉速度，并通过对速度积分获得最大弯沉及弯沉盆数据。RWD 是采用高频激光扫描，连续地记录行驶中的测试车在路表产生的弯沉，测试速度可达到88. 5 km/ h。此类设备记录真实受力状态而非模拟荷载状态下的路面弯沉，并能以正常行驶速度连续检测，是弯沉检测设备的重要发展方向。
4) 美国得克萨斯大学开发了滚动动力弯沉仪(RDD) ，其加载原理同RWD 相似，但弯沉测量采用的是滚动式弯沉传感器，测试速度约2. 5 km/ h ，同时可提供路表破损摄像。
4 存在的问题
4.1 检测指标不完善
1) 室内指标与施工控制指标不一致。我国现行的路面设计以回弹模量E0作为土基的强度参数，虽然对路基路面材料的CBR 强度也提出了要求，但施工时则根据规范以土基压实度进行控制。施工压实度的多少并不对设计构成影响，而设计回弹模量也不对施工产生约束，这样就将设计与施工割裂开来，造成设计与施工结果之间的距离。不过可以通过寻找CBR、回弹模量E0与压实度K 的关系，从而使设计人员能够根据实标施工控制的压实度，对土基的CBR、回弹模量E0 进行预测，从而在设计与施工间建立相互关系，使设计与施工吻合。
2) 室內试验测定的指标具有一定的局限性。试样的数量是有限的，按规范要求一层土也只能取几个或几十个。试样总体积与其所代表的土层体积之比，相差数百万倍乃至数千万倍以上。同时，土层在其长期形成的过程中，受复杂环境条件的影响，使之无论是在垂直方向还是在平面延续方向上都是非均质的，指标都有相当的变异性。试样切削成型以及操作仔细与否，也会导致某些扰动，而这些扰动会使得含水量、体积、土的结构、孔隙水压力等发生变化。再者，室内试验的应力条件是较为理想和单一化的，而实际土基中应力条件却相当复杂，三个主应力常常是各不相等，主应力方向、大小顺序也在变化。因此，室内试验测定的指标具有一定的局限性。
4.2 各仪器不完善和检测结果不一致
1) 各设备检测结果不一致。以弯沉检测仪为例，贝克曼梁式弯沉仪和落锤式弯沉仪是我国现在公路行业中常用的两种弯沉检测仪器。贝克曼梁式弯沉仪测得的弯沉是静弯沉，研究理论比较成熟；而落锤式弯沉仪测得的弯沉是动弯沉，更加切合实际，可惜理论还不够。所以当用不同类型仪器检测弯沉时需与贝克曼梁弯沉仪做相关关系对比试验。又因具体路基路面影响因素复杂，结构差异较大，动态弯沉仪测出的数据与静态弯沉仪关系不易确定，尚处于研究阶段。
2) 检测指标不能完全反映道路实际情况。目前我国在公路行业建设标准中的公路路面的回弹弯沉检测，按贝克曼梁的方法测定的弯沉值仅仅代表的是在垂直静态力作用下路面(或路基)的弯沉特性，按自动弯沉仪的方法测定的弯沉值也只代表在准静态力作用下路面(或路基) 的弯沉特性。这些检测结果只能定性地反映公路路面在车辆实际行车条件下路面(或路基) 的响应趋势而非动态响应关系。对于落锤式弯沉仪的试验方法而言，测定值反映的是路面(或路基) 在垂直冲击荷载力作用下，路面(或路基) 表面所产生的瞬态变形，然后由此来间接地确定路面(或路基) 的弯沉特性。因此，采用这几种试验方法检测获得的弯沉值，从理论上讲都不能真实地反映路面(或路基) 在车辆正常运行条件下的结构变化。
3) 与国际标准不一致。土基的回弹模量E0 由于能较好地反映土所具有的部分弹性性质，在以弹性半空间地基模型表征土基的受力特征时，可以用它表示路基土在瞬时荷载作用下具有的可恢复变形性质，而我国现行的路面设计以回弹模量E0 作为土基的强度参数。然而，土基回弹模量E0 测定较为困难，尤其新土基现场承载板测定更无法进行。而国外则常用路基和路面材料的CBR 直接指导设计。用CBR 值表征材料和路基土的强度较为稳定，可用于测定基层、垫层或土基材料的相对承载力。因此在柔性路面结构设计中，CBR 是国际上广泛使用的一种方法。
5 结束语
在道路检测方面我国起步较晚，应不断加强对动弯沉的理论研究，加强与国外的经验交流，引进国外的先进技术，在结合我国国情的基础上，进一步完善我国的道路检测指标。路面检测技术不断向应用自动化、高精度检测设备、对路面进行高效连续检测和实时监控、数据存储和处理实现智能化发展。针对检测技术存在的不足，有必要进一步开展不同类型设备间的对比试验研究，从而得到良好的相关关系，使检测结果更加切合实际，以便更好地指导施工生产。
关键词：道路检测；弯层检测；公路路面
1 引言
根据国情和需求，各国采用了不同的研究思路和方法，形成了不同风格和特点的检测技术和检测设备。路面状况检测是公路建设与管理中的关键性、基础性技术，它对检验和控制工程质量至关重要。国外在路面检测技术方面的研究已经有30 多年的历史，我国近年随着高新技术的发展，路面检测技术方面有所突破。文中简单介绍了弯沉和压实度检测新技术，并提出了目前道路检测方面仍然存在的一些问题。
2 压实度检测
目前，国内外检测压实质量的技术主要有灌砂法、环刀法、核子仪发射法、预埋加速度计法和静载承压实验法等。灌砂法和环刀法比较精确，但测试周期长，为破坏性测量；核子仪发射法采用放射性元素，测试成本高；预埋加速度计法的加速度计只能使用一次，而静载承压实验法的测量结果受土颗粒大小影响很大，并且所有这些方法均属于静态抽样检测法，很难反映作业区每一点的压实情况。
振动压路机的压实度连续检测仪，基于传感压实轮的运动原理测压实度。通过该仪器，驾驶员可从显示器上随时查看压实情况、振动频率、运行速度，能够实现压实质量的实时控制，并能保存数据以备其他数据处理之用，避免了漏检，使欠压、过压问题得以解决。工作效率高，压实效果好。落锤频谱式路基压实度快速测定仪，利用落锤的冲击使土体产生反弹力，并利用低频测出土体响应值的含水量，然后得到路基压实度的一种测试仪器。该仪器操作简单，携带方便；不需要挖坑，只需在路基表面轻轻冲击几下就能无损地测得路基压实度的响应值；无需测土的含水量和湿密度；数据采集处理精度高，测定速度快。
瞬态瑞雷面波法，利用瞬态瑞雷面波法测试路基的压实度，主要利用其两种特性：
1) 在分层介质中瞬态瑞雷面波速度的频散特性；
2) 瞬态瑞雷面波传播速度与介质密度的相关性。前者可根据实测频散曲线划分层位，并计算出各层的速度值；后者则是用已求得各层的瞬态瑞雷面波速度值与密度值的相关关系计算各层的压实度水平。瑞雷面波测试技术是一种无损、高速快捷的检测新技术，可较好地完成对路基压实度的快速检测，目前尚处于研究阶段。处于研究阶段的还有路面雷达和瑞利波波速检测技术。
3 弯沉检测
公路路面的回弹弯沉特性是判断公路建设质量和路用性能的一项重要的技术指标。目前我国在公路行业建设标准JTGE60-2008公路路基路面现场测试规程中规定了三种检测方法，即：T 0951贝克曼梁测定路基路面回弹弯沉试验方法，T0952 自动弯沉仪测定路面弯沉试验方法和T0953 落锤式弯沉仪测定路面弯沉试验方法，其中贝克曼梁测定路基路面回弹弯沉试验方法在我国已经获得广泛的应用。新弯沉检测仪如下：
1) 落锤式弯沉仪，这是利用自由落下的重锤瞬间产生的冲击荷载来测定弯沉，属动态弯沉，能较好地模拟正常行车荷载的作用，其应力、应变和弯沉与实际交通荷载下的结果十分吻合；可测出弯沉盆的形状；测试速度快，精度高，无需交通封闭，整个过程均由电脑控制。
2) 激光弯沉仪， 它是在高速行驶过程中利用激光多普勒(Laser2Doppler) 技术测试地面在荷载作用下的垂直下沉速度，通过计算得出最大弯沉及弯沉盆数据。它既可测动态弯沉指标，又能以正常的行驶速度连续检测，不影响现场的车流交通。测试速度较快(30 km/ h～70 km/ h) 、精度高、频率快、安全性高。
3) 滚轮式弯沉仪(RWD) 是继FWD 之后的新一代高速动态弯沉检测设备，正处于研究阶段。具有代表性的有丹麦GreeWood 公司的HSD ( High2Speed Deffectograph) 和美国FHWA 的RWD(Rolling Wheel Deflectometer) 。HSD 采用激光多普勒技术(Laser2Doppler) 测试路面在荷载作用下的垂直下沉速度，并通过对速度积分获得最大弯沉及弯沉盆数据。RWD 是采用高频激光扫描，连续地记录行驶中的测试车在路表产生的弯沉，测试速度可达到88. 5 km/ h。此类设备记录真实受力状态而非模拟荷载状态下的路面弯沉，并能以正常行驶速度连续检测，是弯沉检测设备的重要发展方向。
4) 美国得克萨斯大学开发了滚动动力弯沉仪(RDD) ，其加载原理同RWD 相似，但弯沉测量采用的是滚动式弯沉传感器，测试速度约2. 5 km/ h ，同时可提供路表破损摄像。
4 存在的问题
4.1 检测指标不完善
1) 室内指标与施工控制指标不一致。我国现行的路面设计以回弹模量E0作为土基的强度参数，虽然对路基路面材料的CBR 强度也提出了要求，但施工时则根据规范以土基压实度进行控制。施工压实度的多少并不对设计构成影响，而设计回弹模量也不对施工产生约束，这样就将设计与施工割裂开来，造成设计与施工结果之间的距离。不过可以通过寻找CBR、回弹模量E0与压实度K 的关系，从而使设计人员能够根据实标施工控制的压实度，对土基的CBR、回弹模量E0 进行预测，从而在设计与施工间建立相互关系，使设计与施工吻合。
2) 室內试验测定的指标具有一定的局限性。试样的数量是有限的，按规范要求一层土也只能取几个或几十个。试样总体积与其所代表的土层体积之比，相差数百万倍乃至数千万倍以上。同时，土层在其长期形成的过程中，受复杂环境条件的影响，使之无论是在垂直方向还是在平面延续方向上都是非均质的，指标都有相当的变异性。试样切削成型以及操作仔细与否，也会导致某些扰动，而这些扰动会使得含水量、体积、土的结构、孔隙水压力等发生变化。再者，室内试验的应力条件是较为理想和单一化的，而实际土基中应力条件却相当复杂，三个主应力常常是各不相等，主应力方向、大小顺序也在变化。因此，室内试验测定的指标具有一定的局限性。
4.2 各仪器不完善和检测结果不一致
1) 各设备检测结果不一致。以弯沉检测仪为例，贝克曼梁式弯沉仪和落锤式弯沉仪是我国现在公路行业中常用的两种弯沉检测仪器。贝克曼梁式弯沉仪测得的弯沉是静弯沉，研究理论比较成熟；而落锤式弯沉仪测得的弯沉是动弯沉，更加切合实际，可惜理论还不够。所以当用不同类型仪器检测弯沉时需与贝克曼梁弯沉仪做相关关系对比试验。又因具体路基路面影响因素复杂，结构差异较大，动态弯沉仪测出的数据与静态弯沉仪关系不易确定，尚处于研究阶段。
2) 检测指标不能完全反映道路实际情况。目前我国在公路行业建设标准中的公路路面的回弹弯沉检测，按贝克曼梁的方法测定的弯沉值仅仅代表的是在垂直静态力作用下路面(或路基)的弯沉特性，按自动弯沉仪的方法测定的弯沉值也只代表在准静态力作用下路面(或路基) 的弯沉特性。这些检测结果只能定性地反映公路路面在车辆实际行车条件下路面(或路基) 的响应趋势而非动态响应关系。对于落锤式弯沉仪的试验方法而言，测定值反映的是路面(或路基) 在垂直冲击荷载力作用下，路面(或路基) 表面所产生的瞬态变形，然后由此来间接地确定路面(或路基) 的弯沉特性。因此，采用这几种试验方法检测获得的弯沉值，从理论上讲都不能真实地反映路面(或路基) 在车辆正常运行条件下的结构变化。
3) 与国际标准不一致。土基的回弹模量E0 由于能较好地反映土所具有的部分弹性性质，在以弹性半空间地基模型表征土基的受力特征时，可以用它表示路基土在瞬时荷载作用下具有的可恢复变形性质，而我国现行的路面设计以回弹模量E0 作为土基的强度参数。然而，土基回弹模量E0 测定较为困难，尤其新土基现场承载板测定更无法进行。而国外则常用路基和路面材料的CBR 直接指导设计。用CBR 值表征材料和路基土的强度较为稳定，可用于测定基层、垫层或土基材料的相对承载力。因此在柔性路面结构设计中，CBR 是国际上广泛使用的一种方法。
5 结束语
在道路检测方面我国起步较晚，应不断加强对动弯沉的理论研究，加强与国外的经验交流，引进国外的先进技术，在结合我国国情的基础上，进一步完善我国的道路检测指标。路面检测技术不断向应用自动化、高精度检测设备、对路面进行高效连续检测和实时监控、数据存储和处理实现智能化发展。针对检测技术存在的不足，有必要进一步开展不同类型设备间的对比试验研究，从而得到良好的相关关系，使检测结果更加切合实际，以便更好地指导施工生产。