高等级公路无损检测技术的现状及发展

高等级公路无损检测技术的现状及发展

摘要：无损检测技术是在不破坏被检测物结构的前提下，通过某些物理量来判定其性能的检测方法。在应于公路工程检测中是其竣工验收和养护检测的基础，笔者在本文过介绍探地雷达（ground penetrating radar，简称gpr）和落锤式弯沉仪（falling weight deflectometer，简称fwd）的国外发展现状，提出了gpr和fwd

在应用过程中存在的问题，并分析了gpr和fwd的发展趋势，希望能够帮助进一步完善高等级公路的无损检测技术。

关键词：公路工程；无损检测；gpr；fwd；技术现状；发展趋势公路基础设施建设是公路运输能力保障的基础，也是我国国民经济发展的基础。随着经济的发展和社会的进步，城市中的汽车越来越多，完善公路网络对现代公路交通有着十分重要的意义。公路建设过程中及使用期间的路基路面各项技术指标对其质量水平和工

作状态有着重要影响，而无损检测技术能够很好地确定相应技术性数据，精度高、效率高，具有广阔的发展前景。

1. gpr国外发展现状

1.1 gpr在国外的发展现状研究

gpr是一种光谱电磁设备，利用该设备能够确定地下介质的分布情况。国外的探地雷达有很多，包括瑞典的ramac钻孔雷达系统、日本的geora2dar系列、美国penetrator公司的系列雷达sir系列、美国地球物理探测设备公司的sir系列雷达、加拿大探头软件公司的pulse ekko系列。探地雷达采用的天线一般包括两种形式，第一

种是空气偶合天线，这种形式的中心频率最高可以达到215ghz，工作人员需要将其安装高度控制在三十到五十厘米之间，空气偶合天线的检测速度很快，最高可达到每小时一百千米，高速公路的质量检测中广泛应用着这种形式，它能够让工作人员清楚的看到地面以下的结构信息，在进行路基质量检测或者基层质量检测时，为了增加穿透深度，工作人员可以在天线中心选用400～500mhz的频率；第二种是地面耦合天线，在进行检测工作时，应该将其安装高度控制在三到五厘米之间，因为这种形式天线的检测速度不是很大，因此，工作人员一般会在桥梁面板质量检测中应用这项技术。

1.2 gpr在我国的发展现状研究

目前，国产的探地雷达主要包括爱迪尔国际探测技术的cbs29000车载式道路gpr、国产ltd系列（该系列的探地雷达包括两千多种型号）。通过gpr自身激振会产生雷达波，雷达波会向路基地面直接发射具有高频率的电磁波，工作人员可以通过波的反射和接收获得需要的路基地面信号（如图1）。传统的公路检测方法包括灌砂法和钻芯法，与它们相比，探地雷达具有抽样点数多、工作效率高、速度快、精度高、无损检测、检测面积大的优点。利用探地雷达进行公路检测工作，每隔0.25秒就能采集一个抽样点，工作效率可以高达80km/h。

2. fwd国外发展现状

2.1 fwd在国外的发展现状研究

在二十世纪七十年代初期，产生了落锤式弯沉仪，即fwd，最先

研制并应用fwd的国家是瑞典和丹麦，从现在的情况来看，世界上已经有很多国家和地区在应用这种仪器，如日本生产的portable fwd重量轻，携带起来非常方便。目前，国外非常重视路面无破损检测技术的开发和研究，弯沉检测设备已经从静力弯沉仪发展到落锤式弯沉仪，既减轻了仪器本身的重量，又克服了原有检测设备的缺陷，从根本上解决了弯沉仪的静力预载问题。

现代的公路无损检测技术主要用于检测公路路面、路基和病害。随着现代遥感技术的发展，利用无人机进行公路沿线摄影成了公路无损检测技术的发展方向，国外已经有很多国家在应用这项技术。

2.2 fwd在我国的发展现状研究

弯沉值是我国路基路面验收和检测的重要标准。如果运用传统的贝克曼梁进行现有弯沉值的测量和计算工作，没有较高的工作效率，因为传统的方法在很大程度上受室实验条件和主观因素的影响。传统的贝克曼梁既没有良好地弯沉检测效果，也没有很好的发展前景。落锤式弯沉仪在公路检测中具有很大的优越性，工作人员可以利用这项技术研究路面材料在使用过程中的性能变化，为工作人员提供技术参数，除此之外，这项技术还能以弯沉盆作标准，对路面的整体强度进行评价，为后期工作人员的养护管理工作提供依据。

目前，国生产的激光路面平整度检测仪器也收到了社会上的好评和认可。在利用现代遥感技术进行路面检测的方面，我国仍然处于初级阶段，目前，我国大部分检测工作都是采用人工检测方式进行

的，采用这样的检测方式不利于提高检测的工作效率，也不利于工作人员掌握车辙的实际情况。

3.无损检测技术存在的问题及发展趋势

3.1探地雷达（gpr）存在的问题分析

从现在来看，国际上应用的探地雷达技术的解释方法、探测方法以及探地机理基本上是一样的，但是各种公路检测仪器的性能指标具有较大的差异。国产的探地雷达的数据处理手段比较单一，工作人员得不到检测的实际情况，因此在处理原始数据的时候有很多的不便，除此之外，国产的探地雷达没有较强的干扰排除能力和信号采集能力。

3.2探地雷达的未来发展趋势研究

目前，地下浅层探测的先进手段就是探地雷达技术，探地雷达技术在考古、环境工程、水文勘测、城市建设、地质勘探等领域发挥着十分重要的作用。探地雷达具有较广的应用前景，因为它具有不损害探测目标、速度快、探测精度高、分辨率强的特点，笔者认为，日后探地雷达检测技术会在以下四方面得到发展。第一，该项技术会进一步应用小波理论，向量小波又叫做多小波，可以在日后的信号处理中应用小波变换方法，采用这种方法容易进行反变换工作，这种变换方法具有很多优点，具体来说，它具有兼容性、自适应性、在位计算性、快速性、多分辨率性的特点；第二，探地雷达的检测精度和检测深度会得到进一步的提高，相信它的应用围也会进一步拓展；第三，从探地雷达的波源来讲，日后将不会再采用单一的脉

冲雷达波，调频连续波将会取而代之；第四，未来的探地雷达检测技术将会采用多数据的处理方法，在雷达波的图像处理方面，会用到模糊数学方法和神经网络方法。

3.3落锤式弯沉仪（fwd）存在的问题分析

虽然落锤式弯沉仪检测技术比较先进，但是采用这种分析技术得出的检测结果仍然有很多不足之处，常规的fwd进行数值分析工作是在静荷载条件下进行的，而fwd采用的是脉冲荷载，反演路面特性是通过弯沉盆采用静力分析进行的；除了路基中刚性底基层对弯沉有一定的影响之外，路面材料的非线性行为也会在一定程度上影响弯沉，所有这些问题都需要得到进一步的探索和研究。虽然说fwd 是一种十分先进的路面弯沉测量设备，但是受开发时间和应用时间的限制，这种测量设备还不能累积充分的数据。

3.4fwd的未来发展趋势研究

笔者认为，日后的落锤式弯沉仪会在以下几个方面得到发展，第一，世界各国会加强对rwd的研究，也就是说，通过弯沉盆进行路面的检测分析工作将会有更好的发展空间；第二，至今没有一个国家能够规fwd的使用行为，很多国家处于多种弯沉仪并存的阶段，经过大量是实验分析，日后将会改变多种fwd并存的局面，我国也会为fwd建立同一型号，明确fwd的使用标准；第三，未来的fwd 检测技术会用到人工神经网络方法和有限元神经网络方法，使用着两种技术，相信模量反算方法会得到进一步的完善。

4.结语