无损检测技术在道路工程中的发展应用

梅世浩 宋金生

【摘要】本文阐述了道路无损检测技术出现的背景和意义，并介绍了无损检测技术的主要内容，最后深入探讨了道路工程中无损检测技术的发展应用前景。

【关键词】无损检测；道路工程；发展应用

1 引言

交通作为国民经济的大动脉，其发展状况直接影响国民经济的发展速度。在交通运输体系中，公路又是基础中的基础。随着我国道路工程建设的迅猛发展，传统的检测手段和评价方法已很难对路面的真实状况做出准确的定性和定量判断。如何科学地对道路的建设和养护质量进行评定，已成为道路工程水平继续向前发展的拦路虎。

在计算机科学和自动化控制技术不断发展的今天，利用高精度测微技术，快速直观地发现道路病害隐患及其质量问题，即现代道路无损检测技术的发展，不仅摆脱了道路人工检测的落后局面，向自动化检测技术发展，而且实现了由破损性检测向无损检测技术的转变和从低速度、低精度向高速度、高精度的发展。

2 无损检测技术出现的背景和意义

众所周知，在道路施工中，为了保证工程质量，从夯实地基、碾压每层路基，到铺筑水泥混凝土路面或沥青路面，每道工序都需要检测。传统道路检测以人工、破坏性方法为主，按照规程对道路随机选点，钻孔取样，进行室内分析处理，从中获取厚度、压实度和强度等工程技术指标。然而，这种传统方法具有一定的局限性，存在着许多问题：

（1）测试速度慢，效率低，精度差。

（2）试验选取的样本点少，随机选择，代表性差。

（3）现场密度（压实度）试验条件与室内击实试验的条件很难一致。

（4）对道路结构有一定的破坏性。

因此，无损检测技术作为一种无损、快速、直观，并且能够显示出道路内部状态的检测设备和技术手段，在这种工程背景下应运而生了。无损检测技术不仅弥补了传统检测方法的不足，也必将使道路建设质量和养护管理水平进入到一个新的阶段。它在控制道路施工质量、深入认识路面长期使用性能、改善路面设计、优化道路改造方案以及提高路网养护水平等方面具有重要的意义。

3 无损检测技术的主要内容和在道路工程中的应用

3.1 超声波无损检测技术

超声波是一种频率高于人耳能听到的频率的声波，它的传输过程遵循波的传播规律。超声波路面检测技术是通过发射超声波到材料介质，接收反射波的相关参数，进而判断结构内部破损情况的一种新型无损检测方法。在接收超声波的主要参数中，最常用的是波速参数，即通过检测超声波在路面材料中的传播速度来分析其力学性能的一种方法。通过在介质的不同位置设置传感器，测量超声波在一定距离L的的传播时间t，利用速度、时间和位移的关系，计算出波速。利用公式中速度与介质相关参数的关系，不仅可以测定材料的相关参数如弹性模量、抗压强度和抗折强度等，还可以用来检测材料或内部结构的缺陷。若假定路面结构为无限大的固体介质，则其波速公式为：

式中： ---- 波速，m/s

E ---- 弹性模量，MPa

---- 介质材料密度，㎏/㎝3

---- 泊松比。

因超声波无损检测技术具有操作简单、检测方便和价格相对低廉等优点，在路面检测中的应用前景非常广阔。现已成功地应用于检测路基路面材料的密实度与弹性模量、检测混凝土的抗压强度、抗折强度、检测路基路面的厚度与空隙等。

3.2 激光检测技术

激光检测技术是近几十年来发展起来的新型无损检测技术，它之所以能够得到广泛的应用，主要是由于激光具有高亮度和分辨率，还有较好的方向性、相干性和衍射性等特点。激光的光强愈强则光电流愈强，路面检测正是利用了激光这一原理。当激光的光强发生变化时，光电流也随之发生变化，根据所标定的光电流与位移的关系，通过光电流的变化反算弯沉位移的变化量。在路基和路面检测中，激光检测技术主要应用于距离测定、纹理深度测定、弯沉测定、车辙深度和平整度测定等方面。

3.3 图像技术

图像技术主要包括红外成像技术和激光全息图像摄影技术。前者的原理是利用不同材料介质所对应的不同的导热性能，而高精度的热敏传感器可对结构内部的热传导规律和温度场分布状况进行检测，并将检测数据图像化，从而呈现结构物内部状况。后者是通过对全息摄影得到的图像进行分析，求出相应力学量的方法，它具有精度高、直观和能够对全场情况进行观测等优点。

3.4 探地雷达检测技术

路面雷达（GPR）的基本原理是向下发送脉冲形式的高频电磁波。电磁波在地下介质传播过程中，在遇到存在电性差异的地下目标体，如空洞、路面结构层分界面时，会发生反射，反射波到达地面时由接收天线接收，在对接收到的雷达波进行处理和分析的基础上，根据接收到的雷达波形、强度和双程走时等参数便可以推断地下目标体的空间位置、结构、电性及几何形态，从而达到对地下隐蔽目标物的探测。路面雷达采用非接地性测量，可做快速连续检测，对检测对象无损害，能比较直观地表现检测目标，因此路面雷达已成为道路检测的重要工具。

近年来，探地雷达在国内外得到了广泛的应用。路面雷达主要用于路面厚度检测、材料评估和路面病害调查。我国作为公路大国，目前高速公路正在蓬勃发展，将路用GPR技术有效地应用于路况评价非常必要，因为一旦路面潜伏病害显现化以后，其维修有效性、经济性均会受到限制。因此，利用雷达探测技术及时发现路面潜在问题，尽早维护，做到防微杜渐，防患于未然，对提高路面使用寿命、改善行车质量和节省维护费用具有重要意义。

对以上几种无损检测技术在道路工程行业中的应用情况进行分析，可见利用无损检测技术在我国道路检测行业中已不同程度上得到了快速的发展，不管在无损检测技术的研究或无损检测技术产品的开发以及在道路工程的各个领域里均取得了前所未有的成绩。但是，必须承认在利用无损检测技术在道路或其他行业的应用中仍然存在不足和差距。

4 無损检测技术在道路工程中的应用前景

无损检测技术因其现场性、实用性、快速性等特点，在道路工程中的应用愈来愈广泛，具体而言在道路建设、运营养护以及改建不同阶段发挥着不同的作用。在道路建设阶段，无损检测技术主要应用于施工质量检测与控制，通过采用先进、高效的检测评价技术，能够及时发现工程质量隐患，有效地防止路面过早破坏，避免造成了巨大损失。在道路建成后的养护管理阶段，随着使用时间的增加，路面使用性能会逐渐劣化。采用先进、高效的路面检测评价技术对路网进行跟踪监测和分析评价，可以为优化养护方案、实现科学决策提供依据。在道路改造阶段，采用无损检测技术可以合理地确定改造方案，优化路面结构设计，从而节省工程造价或提高使用性能。

总之，道路无损检测技术在检测和控制施工质量、提高道路养护管理科学化水平及改进路面设计等方面都具有十分重要的地位和作用。无损检测技术水平的不断提高给道路建设带来的经济社会效益是非常明显的。

5 结束语

无损检测技术是一门多学科的、综合性的应用技术，在无损检测技术的应用中，应善于把基础理论与工程实际相结合，大胆创新，不断提高道路养护管理科学化水平。

参考文献：

[1]王复明.提高我国路面检测评价水平探讨.

[2]付雪梅，单佳宏.无损检测技术在道桥施工中的应用.科技论坛.2007

[3]赵军.道路工程中无损检测技术及其发展前景介绍.同济大学交通运输院.2004

[4]王仁健，张小草.无损检测技术在道路桥梁中的应用.