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摘 要：当前，我国公路行业已进入“建养并重”发展期，沥青路面是我国高等级公路的主要路面结构形式，随着公路使用年限的不断增加，沥青路面早期病害愈加严重，因此对路面开展相应检测成为必然。研究表明无损检测技术不会对路面造成破坏性损伤，同时，具有精度高、操作方便、检测速度快等优势。本文阐述几种不同路面无损检测方法，以三维探地雷达技术为研究对象，结合工程案例，对三维探地雷达检测效果进行探讨，以期提高沥青路面结构病害信息检测的准确性。
关键词：无损检测技术;沥青路面;三维探地雷达
中图分类号：U416.217 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2020）02-0000-00
0引言
改革开放40年来，我国经济迅速发展，公路作为国家最重要的基础设施，也随之步入高速发展阶段。在我国公路建设里程持续增加的同时，很多已有公路工程面临着养护维修的局面。传统道路检测技术不仅会对路面结构造成破坏性损伤，还存在工作效率低、代表性差等缺陷。面对与日俱增的公路养护量，传统道路检测技术无法满足现代道路建设需要。为克服上述缺陷，提高检测精度，无损检测技术在公路沥青路面脱空、沉陷、裂缝等病害检测中得到了广泛应用。
1无损检测法类型
无损检测是为了克服有损检测缺陷的一种检测方法，是指被检测对象使用性能不受到任何损害或影响的前提下，检测其内部结构变化情况。主要依托先进的设备、技术，采用物理、化学等方法进行测试与检查。无损检测是一个国家工业化水平的象征。在公路工程无损检测中，常用的无损检测方法包括激光路面平整度检测、探地雷达路面厚度检测、落锤式弯沉检测路面承载力等。具体如下：
1.1激光路面平整度检测
在路面平整度检测中，最常用的检测方法如3 m直尺法、颠簸累积值法、激光平整度仪检测法等。激光断面仪是最常见的一种路面平整度检测设备，在路面检测中不仅可以检测路面平整度，还可以检测路面车辙和构造深度等。其主要构成包括激光传感器、加速度传感器、数据采集仪器等。其本质是采用激光测距原理一标准刚性梁上安装多个 （两个以上） 激光位移传感器， 刚性梁可安装在车尾部，随着承载车的行走， 测试仪会自动记录激光发射口到路面的距离， 并绘制折线图输出， 可以直觀了解路面的变化情况[1]。
1.2探地雷达路面厚度检测
探地雷达又称为透地雷达，是利用发射天线将高频电磁波反射到地下，随后通过接收天线对反射回地面的电磁波进行接收。在地下介质中，电磁波传播过程中将遇到电性差异的分界面，这种情况下，便会产生反射现象。根据接收到的信息，如波形、振幅强度等，可判定地下介质的实际情况。相比其他检测方法，探地雷达的适用性更广泛，可用于岩石、泥土、混凝土、沥青等各类材料[2]。
1.3落锤式弯沉路面承载力检测
在路面承载力检测中，多采用落锤式弯沉检测系统，其主要构成成分包括加载系统、控制与数据采集处理、位移传感器等。在计算机控制下，通过液压传动装置将重锤提升到一定高度，随后自由下落。强大冲击力作用于承载板，并向路面传递。此时形成的脉冲载荷将会促使路面在极短时间内变形。设置在各个位置的传感器便可对路面结构层的变形情况进行真实记录，并向计算机传送，测算出所需数据信息。
2工程概况
某高速公路工程全长147 km，双向六车道。设计时速根据路段不同，分为两类，即120 km/h、100 km/h。公路建设中出现沥青路面沉陷情况，如图1所示。表面沉陷区域呈弧形，长、宽各为11.5 m、3.8 m。为了解及掌握沉陷区域下部结构情况，更好地进行处治，决定采用三维探地雷达检测沥青路面沉陷病害。
3三维探地雷达工作原理
作为一种新型的无损检测设备，探地雷达设备是以现代电子技术和电磁技术为基础的高端设备，检测准确性和效率较高，已在各个领域得到了广泛应用。三维探地雷达检测不会对路面造成破坏性的损伤。其工作原理为利用定距发射天线，将具有穿透性的高频电磁波发射到路面结构内，并通过相应的接收天线接收定向反射信号。随后经雷达主机进行数据分析、处理。最终通过计算机重建三维性质的路面结构检测信息。在地下穿越不同介质层时，电磁波可进行反射与折射，以电信号的形式，如电磁波的波形、振幅等，来展现路面结构内部的不同信息[3]。
4三维探地雷达检测性能
4.1检测深度
探地雷达可探测的最大深度即为探地雷达检测深度性能。主要影响因素包括介质介电特性、电磁波自身特性等。据相关研究可知，在路面结构中，电磁波频率越高，传播过程中能量衰减越快，检测深度越小。基于电磁波传播特性，探地雷达中心频率选择将会对检测深度造成一定影响。因此，检测时遵循“高频测浅层、低频测深层”的原则，并结合目标物深度位置选择天线频率，可参考表1。
作为以频率步进技术为主的三维探地雷达，其天线频率范围为0.2～3.0 GHz，10m为其理论有效检测深度。
4.2 检测分辨率
探地雷达对结构物进行分辨的能力被称为探地雷达分辨率性能，主要分为两种形式，即水平、竖直分辨率。水平分辨率是指探地雷达可识别的水平方向上的结构物最小尺寸。竖向分辨率是指探地雷达可区分的最小薄层厚度，或通过计算所取得的最小薄层厚度。在薄层厚度太小的情况下，很难区分其层顶和层底反射波，甚至出现互相干扰现象，增加分层难度。经研究表明，电磁波频率和介质介电常数均会影响探地雷达检测分辨率。随着频率增加，介质介电常数也将增大，此时表明探地雷达检测分辨率越小。
作为以频率步进技术为主的三维探地雷达，雷达天线频率范围为200 MHz～3 GHz，在各个深度范围之内，均可生成效果良好的分辨率雷达图像，无需频率选择[4]。 5三维探地雷达检测结果分析
通过检测，图2为三维探地雷达扫描检测的平面图，此外，结合三维探地雷達纵断面图，即图3（a）、图3（b）可知，沿行车道方向k136+161～k136+175段右幅存在沉陷区域，宽度约3.8 m、沉陷面积为46 m2左右。此外，还可发现，路基区域脱空现象较为严重，约1.5 m深，但未明确区分出空洞顶、低部的反射信号，因此，脱空高度很难准确计算。
经发现，在检测中还存在部分开裂现象，如桩号K136+161左幅段，桩号K136+172左幅段，沉陷宽1.2 m，面积在10 m2左右。同时，路基区域脱空现象严重，约1.5 m深[5]。
相比之下，右幅的脱空高度、面积更大。在上述左幅段未明确区分出空洞顶、低部的反射信号，无法进行脱空高度计算。根据分析可知，“两黑夹一白”为上述两处脱空雷达图像的展现形式，且反射系数为负值，表明此处属于充水脱空。
为检验在沥青路面脱空病害检测中三维探地雷达测定结果是否准确，本文采用地质钻探的方式进行对比分析。经钻探发现，孔洞存在于路面结构以下1.5～3.0m之间，1.5m为空洞高度。通过对比钻探结果，可确定三维探地雷达检测结果准确性较高。但也存在一定问题，当脱空高度为1.5m的情况下，三维探地雷达在洞顶反射、洞底反射中很难明确区分出来。通过分析可知，主要原因在于脱空处深度较大，同时，三维探地雷达检测前，曾出现降雨情况，进而大大增加了路面结构层的含水率。这种情况下在路面结构层内，高频电磁波能量衰减幅度较大，因此，探测到空洞的仅为低频电磁波，大大降低了脱空高度的识别率（6）。
6结语
综上所述，目前常见的无损检测技术包含超声波检测法、探地雷达检测法等。其中三维探地雷达检测技术应用较多，其是探地雷达技术革新的新型产品，可实现三维画面展示，能够有效提高路面结构层病害探测的准确性，对道路质量评定和养护施工具有重要的现实意义。
参考文献
[1] 张书林.无损检测技术在公路工程中的应用分析[J].交通世界（中旬刊），2017（6）：86-87.
[2] 孙梁.无损检测技术在公路桥梁中的应用研究[J].交通世界（上旬刊），2016（1）：14-15.
[3] 林钦国，熊斌丹.PQI用于沥青混合料密度检测的影响因素分析[J].公路交通技术，2016（2）：46-50+56.
[4] 张松波.无损检测在沥青路面施工均匀性评价中的应用[J].交通世界（上旬刊），2016（6）：72-73.
[5] 李细伟，陈敏.基于无损检测技术的半刚性基层沥青路面损伤状态分析[J].公路，2017（8）：40-43.
[6] 胡先进.无损检测技术在公路隧道支护结构质量检测中的应用研究[J].黑龙江交通科技，2016（5）：157-159.
收稿日期：2020-01-09
作者简介：赵杰（1984—），女，河南南阳人，本科，工程师，研究方向：公路工程。
关键词：无损检测技术;沥青路面;三维探地雷达
中图分类号：U416.217 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2020）02-0000-00
0引言
改革开放40年来，我国经济迅速发展，公路作为国家最重要的基础设施，也随之步入高速发展阶段。在我国公路建设里程持续增加的同时，很多已有公路工程面临着养护维修的局面。传统道路检测技术不仅会对路面结构造成破坏性损伤，还存在工作效率低、代表性差等缺陷。面对与日俱增的公路养护量，传统道路检测技术无法满足现代道路建设需要。为克服上述缺陷，提高检测精度，无损检测技术在公路沥青路面脱空、沉陷、裂缝等病害检测中得到了广泛应用。
1无损检测法类型
无损检测是为了克服有损检测缺陷的一种检测方法，是指被检测对象使用性能不受到任何损害或影响的前提下，检测其内部结构变化情况。主要依托先进的设备、技术，采用物理、化学等方法进行测试与检查。无损检测是一个国家工业化水平的象征。在公路工程无损检测中，常用的无损检测方法包括激光路面平整度检测、探地雷达路面厚度检测、落锤式弯沉检测路面承载力等。具体如下：
1.1激光路面平整度检测
在路面平整度检测中，最常用的检测方法如3 m直尺法、颠簸累积值法、激光平整度仪检测法等。激光断面仪是最常见的一种路面平整度检测设备，在路面检测中不仅可以检测路面平整度，还可以检测路面车辙和构造深度等。其主要构成包括激光传感器、加速度传感器、数据采集仪器等。其本质是采用激光测距原理一标准刚性梁上安装多个 （两个以上） 激光位移传感器， 刚性梁可安装在车尾部，随着承载车的行走， 测试仪会自动记录激光发射口到路面的距离， 并绘制折线图输出， 可以直觀了解路面的变化情况[1]。
1.2探地雷达路面厚度检测
探地雷达又称为透地雷达，是利用发射天线将高频电磁波反射到地下，随后通过接收天线对反射回地面的电磁波进行接收。在地下介质中，电磁波传播过程中将遇到电性差异的分界面，这种情况下，便会产生反射现象。根据接收到的信息，如波形、振幅强度等，可判定地下介质的实际情况。相比其他检测方法，探地雷达的适用性更广泛，可用于岩石、泥土、混凝土、沥青等各类材料[2]。
1.3落锤式弯沉路面承载力检测
在路面承载力检测中，多采用落锤式弯沉检测系统，其主要构成成分包括加载系统、控制与数据采集处理、位移传感器等。在计算机控制下，通过液压传动装置将重锤提升到一定高度，随后自由下落。强大冲击力作用于承载板，并向路面传递。此时形成的脉冲载荷将会促使路面在极短时间内变形。设置在各个位置的传感器便可对路面结构层的变形情况进行真实记录，并向计算机传送，测算出所需数据信息。
2工程概况
某高速公路工程全长147 km，双向六车道。设计时速根据路段不同，分为两类，即120 km/h、100 km/h。公路建设中出现沥青路面沉陷情况，如图1所示。表面沉陷区域呈弧形，长、宽各为11.5 m、3.8 m。为了解及掌握沉陷区域下部结构情况，更好地进行处治，决定采用三维探地雷达检测沥青路面沉陷病害。
3三维探地雷达工作原理
作为一种新型的无损检测设备，探地雷达设备是以现代电子技术和电磁技术为基础的高端设备，检测准确性和效率较高，已在各个领域得到了广泛应用。三维探地雷达检测不会对路面造成破坏性的损伤。其工作原理为利用定距发射天线，将具有穿透性的高频电磁波发射到路面结构内，并通过相应的接收天线接收定向反射信号。随后经雷达主机进行数据分析、处理。最终通过计算机重建三维性质的路面结构检测信息。在地下穿越不同介质层时，电磁波可进行反射与折射，以电信号的形式，如电磁波的波形、振幅等，来展现路面结构内部的不同信息[3]。
4三维探地雷达检测性能
4.1检测深度
探地雷达可探测的最大深度即为探地雷达检测深度性能。主要影响因素包括介质介电特性、电磁波自身特性等。据相关研究可知，在路面结构中，电磁波频率越高，传播过程中能量衰减越快，检测深度越小。基于电磁波传播特性，探地雷达中心频率选择将会对检测深度造成一定影响。因此，检测时遵循“高频测浅层、低频测深层”的原则，并结合目标物深度位置选择天线频率，可参考表1。
作为以频率步进技术为主的三维探地雷达，其天线频率范围为0.2～3.0 GHz，10m为其理论有效检测深度。
4.2 检测分辨率
探地雷达对结构物进行分辨的能力被称为探地雷达分辨率性能，主要分为两种形式，即水平、竖直分辨率。水平分辨率是指探地雷达可识别的水平方向上的结构物最小尺寸。竖向分辨率是指探地雷达可区分的最小薄层厚度，或通过计算所取得的最小薄层厚度。在薄层厚度太小的情况下，很难区分其层顶和层底反射波，甚至出现互相干扰现象，增加分层难度。经研究表明，电磁波频率和介质介电常数均会影响探地雷达检测分辨率。随着频率增加，介质介电常数也将增大，此时表明探地雷达检测分辨率越小。
作为以频率步进技术为主的三维探地雷达，雷达天线频率范围为200 MHz～3 GHz，在各个深度范围之内，均可生成效果良好的分辨率雷达图像，无需频率选择[4]。 5三维探地雷达检测结果分析
通过检测，图2为三维探地雷达扫描检测的平面图，此外，结合三维探地雷達纵断面图，即图3（a）、图3（b）可知，沿行车道方向k136+161～k136+175段右幅存在沉陷区域，宽度约3.8 m、沉陷面积为46 m2左右。此外，还可发现，路基区域脱空现象较为严重，约1.5 m深，但未明确区分出空洞顶、低部的反射信号，因此，脱空高度很难准确计算。
经发现，在检测中还存在部分开裂现象，如桩号K136+161左幅段，桩号K136+172左幅段，沉陷宽1.2 m，面积在10 m2左右。同时，路基区域脱空现象严重，约1.5 m深[5]。
相比之下，右幅的脱空高度、面积更大。在上述左幅段未明确区分出空洞顶、低部的反射信号，无法进行脱空高度计算。根据分析可知，“两黑夹一白”为上述两处脱空雷达图像的展现形式，且反射系数为负值，表明此处属于充水脱空。
为检验在沥青路面脱空病害检测中三维探地雷达测定结果是否准确，本文采用地质钻探的方式进行对比分析。经钻探发现，孔洞存在于路面结构以下1.5～3.0m之间，1.5m为空洞高度。通过对比钻探结果，可确定三维探地雷达检测结果准确性较高。但也存在一定问题，当脱空高度为1.5m的情况下，三维探地雷达在洞顶反射、洞底反射中很难明确区分出来。通过分析可知，主要原因在于脱空处深度较大，同时，三维探地雷达检测前，曾出现降雨情况，进而大大增加了路面结构层的含水率。这种情况下在路面结构层内，高频电磁波能量衰减幅度较大，因此，探测到空洞的仅为低频电磁波，大大降低了脱空高度的识别率（6）。
6结语
综上所述，目前常见的无损检测技术包含超声波检测法、探地雷达检测法等。其中三维探地雷达检测技术应用较多，其是探地雷达技术革新的新型产品，可实现三维画面展示，能够有效提高路面结构层病害探测的准确性，对道路质量评定和养护施工具有重要的现实意义。
参考文献
[1] 张书林.无损检测技术在公路工程中的应用分析[J].交通世界（中旬刊），2017（6）：86-87.
[2] 孙梁.无损检测技术在公路桥梁中的应用研究[J].交通世界（上旬刊），2016（1）：14-15.
[3] 林钦国，熊斌丹.PQI用于沥青混合料密度检测的影响因素分析[J].公路交通技术，2016（2）：46-50+56.
[4] 张松波.无损检测在沥青路面施工均匀性评价中的应用[J].交通世界（上旬刊），2016（6）：72-73.
[5] 李细伟，陈敏.基于无损检测技术的半刚性基层沥青路面损伤状态分析[J].公路，2017（8）：40-43.
[6] 胡先进.无损检测技术在公路隧道支护结构质量检测中的应用研究[J].黑龙江交通科技，2016（5）：157-159.
收稿日期：2020-01-09
作者简介：赵杰（1984—），女，河南南阳人，本科，工程师，研究方向：公路工程。