探讨路面养护项目基层注浆加固质量的无损检测方法

李 军

（贵州高速公路集团有限公司,贵州 贵阳 550000）

0 引言

取芯法是检测沥青路面基层注浆加固效果的常用手段，可评估弯沉情况与路面结构强度变化。钻芯法具有直观性的特点，弯沉检测为间接评价措施，且操作中会对路面结构有所损害，而路面基层注浆施工验收需要更加合理的无损检测手段[1-3]。该研究以服役期沥青路面基层的聚合物注浆试验路段作为研究对象，比较分析2D 地质雷达同轴图像法、高频弹性波反射波法、瞬态面波法三种无损检测手段在注浆前后相关参数检测方面的效果，分析三种无损检测手段对注浆处置效果评价的可行性。

1 工程概况

某注浆加固试验路位于高速公路下行线K800～K801，路面结构包括沥青混凝土（15 cm）、低剂量水泥级配碎石基层（18 cm）、水泥碎石底基层（40 cm）和土基层，全线长100 m。基层注浆加固前需钻芯进行FWD 和病害检测，随后通过注浆填充底层脱空达到固结松散碎石的目的[4]。取芯结果显示，19 个取芯样本中，上下水稳层间、下水稳层与级配碎石层间多有松散夹层存在，且横向裂缝为主要病害类型，FWD 荷载中心有明显弯沉。注浆加固后，基层松散夹层固结，上下水稳层形成水泥黏合整体，路面强度整体得到提升。

2 地质雷达法检测

两介质介电参数存在差异，地质雷达发射的电磁波会在介质交界面处发生反射、透射，且符合反射定律和透射定律，反射系数和透射系数分别用R与T表示，其大小直接决定反射波和透射波的能量大小，计算方法见式（1）和（2）：

两介质介电常数存在差异，电磁波传播至界面处会出现电磁波能量与相位变化。路面结构稳定均一，其介电常数为常数，当结构中出现脱空、不密实等病害，该区域介电常数会出现差异。该项目选用具备二维Mala 功能的地质雷达仪，完成了现场无损地质雷达检测。

注浆加固前情况如下：上基层底深约35 m，雷达检测显示950～960 m 段和983～990 m 段反射波有明显紊乱与下沉，表明该区域松散明显；964～970 m 段和975～981 m段出现雷达反射信号增强，表明该区域有明显松散夹层或脱空。其他检测段，雷达反射信号均匀，且层厚无明显变化，证实无明显脱空、松散等现象。

注浆加固后情况如下：920～1 000 m 段，注浆后该区域介电常数明显异于周边，透射波反射能量减少，证实该区域形成了相对紧密的浆液固结层。注浆后，深约35 m处上基层底部界面位置雷达反射波有明显信号增强，同轴连续性强，界面下反射波信号有相对减弱[5]。

3 极小偏移距高频弹性波反射波法检测

3.1 基本原理

弹性波垂直反射法是通过弹性波脉冲发射装置，使弹性波在介质中传播，当遇到松散、脱空等质量缺陷时，由于波阻抗数据变化，接收器的表现会出现差异。通过对反射信号的振幅、相位、频率等指标综合检测，可反映特定性能[6]。

正常情况下，电源瞬态激振在路面上产生R 波、S波、P 波等振动信号，其信号包括多种反射波相互叠加、彼此作用形成的特定波形。表面激振随着路面内部脱空、松散而呈现出信号变化，导致弹性波异常。无缺陷路面传感器接收的信号频谱图及脱空、松散路面传感器接收的信号频谱图见图1～2。分析发现，路面结构无异常情况时，接收器接收的信号，表现为高频特性（图1，主频1 466 Hz），路面结构出现松散、脱空质量问题时，表现为低频特性且衰减速度慢（图2，主频977 Hz）。路面基层经注浆加固后，接收器所接收的振动信号频幅增加，会接近于高频特性。

图1 无缺陷路面位置点采集时域信号及其频谱图

图2 路面结构层存在松散、脱空等缺陷的路面采集时域信号及频谱图

3.2 结果分析

注浆前后对应的主频变化曲线如图3 所示，对图3分析可知：

图3 注浆前后采集信号主频变化曲线图

（1）注浆加固前，接收器采集的振动信号主频分布在950～960 m 段、965～970 m 段、976～982 m 段和983～970 m段4个区间内，主频均小于1 000 Hz，呈现出低频特征，而920～930 m 段处呈现出高频特性，主频约1 300 Hz，表明相比于920～930 m 段，上述4 个区间的基层松散、脱空等现象更为严重。经施工钻孔内窥镜观察，上述4段区域存在明显土层孔隙和松散，注浆加固取芯后得以改善，与检测结果相吻合。

（2）注浆加固后，接收器接收的弹性波振动信号频率升高，950～990 m 段区间主频增加明显，注浆后呈现高频特性，主频约1 200 Hz，相比于注浆前不足1 000 Hz，频谱明显增加。由此可知，注浆加固后，原松散、脱空区域加固效果显著，内部基层密实度明显增加，高频性有所改善[7]。

（3）1 000～1 020 m 段未注浆加固，注浆前后接收器获取信号主频无明显变化，符合实际施工情况。

4 瞬态面波法检测

瑞雷波在不同介质中的传播速度存在显著差异是瞬态面波法检测的物理前提，为确定路面结构层介质特性奠定了基础[8]。检测时，于现场按照0.5 m 间距布置4 个采集设备，以锤子敲击地面作为垂直脉冲信号来源，距离检测波0.5 m 处为震源，并按照5 m 间隔分别在地面进行面波采集。以采集的面波点绘制波列图，完成速度拟合后，并对0.3～0.6 m 区域内各点剪切波速度进行计算，得出图4 为注浆前后剪切波速度变化曲线。由图4 可知：

图4 注浆前后剪切波波速度变化曲线图

（1）注浆加固前，920～950 m 区间内，剪切波波速为650 m/s，950～1 000 m 区间内剪切波波速仅为45 m/s，证实950～1 000 m 区间内有明显松散、脱空等异常现象，经现场钻芯取样后内窥镜观测证实。

（2）注浆加固后，920～1 000 m 区域内剪切波波速明显提高，表明原松散、脱空区域病害得以改善，区域密实度增加，现场钻芯后检测结果得以证实。

（3）1 000～1 020 m 区间内未实施基层注浆加固，检测结果证实面波点剪切波波速无明显变化。

对上述三种无损检测方法进行分析，结论为：①920～950 m 区域内，注浆加固前剪切波波速有明显变化，注浆加固后反射波法检测结果显示，区域内主频幅无明显变化；②施工环节，1 000 m 位置钻孔注浆加固，浆液渗入后分布于1 000～1 005 m 区间。注浆加固前后，以极小偏移距高频弹性波法检测结果显示区域内主频无明显变化，以瞬态面波法检测结果显示区域内主频有显著变化；③综合分析可知，路面结构层内部状况变化，以瞬态面波法检测剪切波波速敏感性更高，该检测方法在注浆加固前后路面结构层性能评估方面适用性高；④由图4可知，结合瞬态面波法与极小偏移距高频弹性波法检测结果，920～950 m 区域路面基层存在松散、脱空异常且缺陷程度小于950～1000 m 区域。现场钻芯取样后内窥镜观测结果证实此结果。

综上所述，注浆加固前后路面结构层松散、脱空等缺陷检测应用2D 地质雷达法所呈现的图像无法精确判断，需结合经验加以评估[9]。注浆前后，地质雷达同轴图像有明显变化，即基层内部实密度得以改善，故可将该方法作为注浆效果定性评估依据，同时可作为辅助性判断手段，用于基层注浆加固验收[10]。

5 结论

综上所述，经钻芯取样后内窥镜观测验证，对比2D地质雷达同轴图像法、高频弹性波反射波法、瞬态面波法三种无损检测方法效果，结论如下：

（1）瞬态面波法检测剪切波波速能够相对准确地反映路面结构层内部情况，通过对不同路段剪切波波速差异对比可反映出路面缺损程度，在路面结构内部缺陷检测中效果可观。该方法还可通过对注浆加固前后波速水平差异分析，作为注浆质量半定量评价的参考。

（2）极小偏移距高频弹性波法反射波法检测结果与瞬态面波法有所差异，该检测方法显示主频无明显变化，通过该方法对注浆前后主频变化检测，可作为注浆质量半定量评定的参考。

（3）基层注浆前后，地质雷达法检测显示同轴频谱图像有明显变化，可将该方法作为基层注浆质量评估和定性评价的参考。但是注浆前后雷达图像无法准确识别松散、脱空等异常，还需凭借经验判断。