【技术】基于无损检测技术的沥青路面均匀性评价
基于无损检测技术的沥青路面均匀性评价
高旭 王地
河南省中原路桥建设（集团）有限公司 河南 南阳 473000
摘要：传统的道路检测手段效率较低，无法满足现代道路建设要求。本文研究了无损检测技术探地雷达进行沥青路面均匀性评价，首先介绍了路面均匀性评价方法，探讨了介电常数测定方法与原理，依托工程项目进行了沥青路面均匀性评价。结果表明，基于介电常数的探地雷达沥青路面均匀性检测数据可靠、效率高。
关键词：道路工程；沥青路面；均匀性；探地雷达；评价
目前，我国沥青混合料的级配、油石比、碾压方案等均已有较成熟的研究成果，但大部分研究均是在假定沥青路面是均匀一致的前提下开展的，而现实中沥青路面的均匀性在施工过程中是不断变化的，这也就导致的沥青路面的级配、油量与所需的压实功在不断变化，进而造成沥青路面的离析现象。国内大量高速公路沥青路面早期病害调查报告表明，沥青路面的早期破损大部分是由于沥青路面的局部离析，在车辆荷载与雨水的作用下所造成的。然而现有沥青路面均匀性评价方法常常局限于小范围检测评价，无法进行长距离大面积的评价工作，进而导致无法全面分析沥青路面均匀性情况。
介电常数是沥青路面物理指标之一，其反映沥青路面各组成成分变化情况，可直观的表现沥青路面的均匀性情况。三维探地雷达可采用独特的检测方法获取大面积的沥青路面介电常数，从而实现沥青路面大面积均匀性评价。本文在已有研究的基础上阐述三维探地雷达介电常数法评价沥青路面均匀性情况的主要原理，同时着重分析该方法在实际使用中遇到的问题与困难。
1均匀性评价方法
常见的沥青路面均匀性评价方法主要分为三大类：密度类、表观类、物理指标类。密度类评价方法主要指通过仪器检测沥青路面密度指标及与密度相关的指标进行均匀性分析，例如钻芯法、核子密度仪法、无核密度仪法等，其优点是准确性高，但工作效率较低，无法大面积开展均匀性评价；表观类主要指通过仪器检测路面纹理构造指标进行均匀性分析，例如有激光纹理仪法、铺砂法等，其优点是快速直接，但其只能通过表面离析现象进行均匀性评价，无法进行沥青路面全厚范围内的均匀性评价；物理指标类主要指通过检测路面相关物理指标进行均匀性评价，主要有渗水系数法、红外成像仪法等，渗水系数仪法耗时较长，红外成像仪法只在施工温度上进行均匀性评价，无法对成品沥青路面进行综合评价。现行均匀性评价方法由于工作量的关系大多只能进行小范围的评价工作，无法进行大面积评价工作。
介电常数是沥青路面物理指标之一，其反映沥青路面各组成成分变化情况，与空隙率有着相关关系，并且可通过三维探地雷达检测获得大面积的沥青路面介电常数。介电常数反映沥青路面各组成成分变化情况，一定程度上介电常数数值大小与分布情况可以反应沥青路面施工均匀性状况。
2介电常数测定方法与原理
运用探地雷达测定介电常数的方法有很多种，例如反射系数法、厚度恒定法与共中心点法等。本文结合三维探地雷达优势，选择共中心点法进行沥青路面介电常数大面积快速测定。所谓共中点法测定介电常数就是利用电磁波的发射与接收过程中的几何关系，计算探地雷达在沥青层中传播的时间差，进而根据电磁波与沥青混合料的物理特性计算出沥青路面介电常数。电磁波传递示意图如下图所示。
图1 电磁波传播示意图
根据电磁波传播原理，可直接得出如下公式：
式中：d 是指沥青路面厚度，t0和t1分别是指不同位置发射、接收的电磁波传播双程时间，x1是指发射天线与接收天线的距离，c是指光在真空中的传播速度，ε是指沥青路面介电常数。将上述公式整理后得：
三维探地雷达由于其独特的天线阵列技术包含了21 个发射与接收通道，可通过设定雷达天线的发射和接收模式，进而实现共中点法测定介电常数，并可大大提高数据准确性，如下图2所示。
图2 三维探地雷达共中心点法天线设置示意图
通过合理设定三维探地雷达的发射和接收模式，采用共中心点法可快测定沥青路面介电常数，但目前三维探地雷达一测道只能获取一条线性的介电常数，无法像厚度一样获取区域的介电常数。因此在测定过程中需要在检测区域内不断进行多测道检测，方可获得全断面介电常数，进而实现沥青路面均匀性评价。
3 检测结果评价
为了确定沥青路面离析状况，本文选择一检测区域长度100m的路段进行测试，桩号为K155+000—K155+100采用直接评价方法对检测结果进行评价。
分析过程分别引入 4 个统计量与 2 个评定标准，分别为“测道内重复性标准偏差Sr”、“测道间重复性标准偏差 SR”、“测道内一致性统计量 k”、“测道间一致性统计量 h”这4 个统计量，以及“测道内一致性检验临界值kcrit”和“测道间一致性检验临界值hcrit”两个评定标准。
kcrit、hcrit值选定的显著性水平为 5%，查分位数表计算可得kcrit值为 1.29，hcrit值±1.62。当 k 值超过临界值kcrit，说明测道内纵向施工离析严重，施工质量不合格；当 k值接近kcrit，说明测道内虽然纵向施工质量合格，但存在质量隐患，这两种情况都要引起重视，及时解决离析问题。同理 h 值与hcrit值比较情况则表示横向离析情况。具体数据如下表所示。
表 1桩号K155+000-K155+1区域介电常数统计表
|
测道 |
点数 |
S |
d |
Sr |
Sxave |
SR |
k |
h |
|
1 |
100 |
0.590 |
0.078 |
0.55 |
0.09 |
0.56 |
1.08 |
0.76 |
|
2 |
100 |
0.741 |
-0.070 |
1.36 |
-0.68 |
|||
|
3 |
100 |
0.521 |
0.105 |
0.95 |
1.01 |
|||
|
4 |
100 |
0.688 |
0.023 |
1.26 |
0.22 |
|||
|
5 |
100 |
0.833 |
-0.077 |
1.52 |
-0.74 |
|||
|
6 |
100 |
0.780 |
-0.138 |
1.43 |
-1.33 |
|||
|
7 |
100 |
0.645 |
-0.004 |
1.18 |
-0.04 |
|||
|
8 |
100 |
0.859 |
-0.003 |
1.57 |
-0.03 |
检测区域内测道2、测道 4、测道 5、测道 6、测道 8 的 k 值都大于或接近于临界值kcrit=1.29，说明各测道内纵向施工均匀性较差，施工稳定性有待加强，存在较大质量隐患，应该及时进行调整。
4 结语
三维探地雷达测定介电常数实现大面积沥青路面均匀性评价的方法。三维探地雷达天线特点，本文提出采用共中心点法进行介电常数测定，并制定了测定方案；依托工程项目，采用三维探地雷达测定介电常数，对测试结果进行了直接评价，评价结果可靠，效率高。
参考文献
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