浅议瞬态振动信号在公路工程检测中的应用

【摘要】为了能够维护整个公路工程项目的安全、稳定运行，延长公路工程的使用寿命，就需要将有关公路工程的检测作为重要内容之一。针对当前在公路工程检测中，环刀法、以及灌沙法等操作技术存在的缺陷，本文提出了一种建立在瞬态振动信号基础之上的，公路工程无损检测方法，现针对该检测方法的主要原理及应用要点展开详细分析与探讨。

【关键词】瞬态振动信号；公路工程；路基；压实度；检测

在公路工程项目，特别是高等级公路项目施工作业的实施过程当中，多将路基压实度作为衡量整个公路工程项目施工质量的关键指标之一，受到了公路工程施工方、使用方等参与主体的关注与重视。但，在现阶段的技术条件支持下，针对公路路基压实度而言，多采取环刀法或者是灌沙法进行检测。上述两种检测方法作为评估公路路基压实度的主流方法，虽然能够获取针对性的路基压实度数据，但由于操作过程当中的步骤相对比较繁琐，因此存在劳动强度大，检测速度满等问题。同时，也会对路基的整体质量产生比较不良的影响，无法在大面积内加以应用与推广，缺乏必要的数据代表性优势。因此，综合对公路工程检测质量的高标准要求以及检测过程当中的无损性需要，应当进一步展开的无损检测技术的研究工作。本文立足于这一实际情况，提出了一种引入瞬态振动信号的公路工程无损性检测方法，现针对相关问题展开进一步分析与阐述。

1 瞬态振动信号的优势分析

对于公路工程项目而言，受到瞬态激振作用影响，会生成具有一定规律的振动信号。在这部分瞬态振动信号当中，往往可以提炼出丰富的数据信息，及时反映公路路基以及路面的运行状态。一般来说，瞬态振动信号是由瑞雷波信号、纵波信号、以及拉夫波信号这几个方面所构成的。基于对各类瞬态振动信号的应用，能够获取有关路基下部介质的波速情况，进而实现对路基结构质量的检测。不但如此，若公路工程路面与下部区域的衔接部位出现脱空现象，则表面瞬态激振作用会导致振动信号出现明显的共振现象，这种共振现象能够实现对时域振动信号的采集，并转换至频率域当中表现，根据瞬态振动信号对应的主频数值，实现对公路路面脱空的检测。在此基础之上，研究波速与密度之间的对应关系，还可实现对公路工程路基压实度的检测，因此，瞬态振动信号在公路工程检测中具有突出的价值。

2 瞬态振动信号在公路工程检测中的应用要点

瞬态振动信号可作用于公路工程的检测工作当中，主要的应用环节包括：1）对公路工程路面脱空的检测；2）对公路工程路基压实度的检测，这两个方面。现主要针对以上两个不同检测要求下，对于瞬态振动信号的应用方法及其优势进行分析与说明：

1）瞬态振动信号在公路工程路面脱空检测中的应用

相关的研究结果表明：对于混凝土公路工程项目而言，在路基性能以及混凝土面层性能良好的情况下，瞬态激振反应下对应生成的振动信号会表现出突出的高频特征。而反过来说，对于混凝土公路工程项目而言，若受到土体均匀性、车载负荷水平等因素的影响，混凝土面层与基层相互之间的连接部位出现脱空、空隙等问题，则此状态下的瞬态激振反应所生成的振动信号则多表现为低频特征。且，还伴随有振动幅度较大，以及振动信号衰减周期较长的特点。若面层与基层的脱空现象相对比较轻微，或空隙相对较小，则瞬态振动信号则介乎于高频振动以及低频振动区间。且此状态下对应的是与信号为高频与低频信号的叠加结果。

通过对公路工程的频谱分析可知：对于存在混凝土面层与基层脱空现象的公路路段而言，瞬态振动信号下所对应的主频数值大多在50 Hz单位以内；而在混凝土面层与基层无脱空，压实良好的情况下，瞬态振动信号下所对应的主频数值则大多取值在200 Hz单位以上；针对轻微的面层与基层脱空情况，则瞬态振动信号对应主频数值取值特点为，高频（>200 Hz）与低频（

在实际检测作业的实施过程当中，可以通过对多波测试仪的应用，以振动映像功能为切入点，对现场路段数据进行采集。在实测过程当中，为了确保多波测试仪能够持续对振动信号进行接收，需要以黄油，将传感器与路面进行粘接。同时，检测车主机需要与现场传感器保持良好连接状态，以铁锤对路面进行敲击，实现对数据的持续性采集与分析。按照以上方式，工作人员可以通过对脱空检测振动映像时域波形中所反应的结果，对检测路段的脱空情况，以及脱空率等数据进行平判定，从而评估路段的结构稳定性。

2）瞬态振动信号在公路工程路基压实度检测中的应用

在对公路工程路基压实度进行检测的过程当中，所采取的主要方法为：通过对路基材料的获取，以室内为环境，进行材料击实试验，在此过程当中获取路基材料所对应的干密度max数值。进一步可以按照：路基实际压实后干密度数值/路基击实试验干密度max数值的方式，计算得出所检测路段对应的压实度水平。

在此过程当中，由于路基材料的水分含量会对纵波速度产生决定性的影响，但对于瑞雷波速度的影响则相对较小。从这一角度上来说，为了能够确保对公路工程路基压实度进行检测数据的可靠，就需要以瑞雷波速度作为首选指标。而在弹性理论当中，路基材料密度与横波速度相关，两者之间的关系为：横波速度=（剪切模量/密度）-1。同时，剪切速度与瑞雷波速度之间也存在一定的相关性关系，两者之间的关系为：瑞雷波速度=（0.87+1.12×地层泊松比/1+泊松比）剪切波速。

结合对该式的分析不难发现：瑞雷波速度与剪切波速两者之间取值主要受到了所检测公路工程路段对应地层的泊松比取值影响。由于常规状态下，地层的泊松比取值大多在0.25左右，因此带入该式当中，瑞雷波速度与剪切波速之间的误差仅在±5.0 %范围之内，实际计算中，多假定剪切波速与瑞雷波速度保持均等关系。以此为基础，可以构建具有针对性压实度标准。具体的标准为：针对土层，每进行一周期年限，测定干密度数值，同点对波速进行测定，碾压直至干密度max的情况下，进行分析，构建波速与密度之间的对应关系。具体关系可表述为：（实际测试波速数值/最大干密度状态下对应波速数值）。

3 结束语

大量的研究结果证实，在设计车载负荷条件作用之下，通过刚性面层以及基层传递至土基上的压力始终维持在较低水平。但，受到土体土质不均匀性、压实度不充分性等因素的影响，再加上公路运行过程当中，大多处于超负荷运转状态，因而将共同导致刚性面层与基层出现明显的空隙，导致路面、路基质量受到极为严重的威胁。以上问题一旦出现，要想恢复，难度是非常大的。由此可知，在整个公路工程项目施工、运行的全过程当中，定期进行无损检测有重要的价值。总而言之，本文主要针对在公路工程检测过程当中，瞬态振动信号的应用要点进行了详细分析与说明，论证了应用瞬态振动信号在实现公路工程无损检测方面的意义与价值，望上述问题能够引起各方工作人员的特别关注与重视。

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