道路无损检测及其综合评价技术现状与发展

【摘要】随着科学技术的不断发展，道路检测技术和装备的进步日新月异。道路无损检测因其快速，无损，精确等特点越来越受到行业内的青睐。论文针对当前道路无损检测技术现状及未来发展趋势展开论述。介绍了当前主要的无损检测技术，路地质雷达，光纤传感，自动图像识别以及落锤式弯沉仪的应用，同时对激光检测技术，断面仪的发展及应用进行了介绍。

【关键词】道路工程；无损检测；评价技术；现状与发展

【Abstract】With the continuous development of science and technology， advances in road detection technology and equipment with each passing day. NDT road because of rapid， non-destructive， accurate and so more and more popular within the industry. Aiming at the current status of non-destructive testing technology and future trends start on the road. It describes the current application of the main non-destructive testing technology， road radar， optical fiber sensing， automatic image recognition and falling weight deflectometer， while the laser detection technology， development and application profiler were introduced.

【Key words】Road works；Non-destructive testing；Evaluation techniques；Situation and Development

1. 概述

（1）路基路面从运营开始便会产生各种疲劳及损害，使用后期便表现出路基路面脱空、沉陷、唧泥、裂缝、坑槽等典型损害，但到目前为止，在对道路无损检测技术的检测与监控效果方面，研究者观点不尽相同，至于采用何种无损检测技术最有效，国内学者还尚未达成共识。

（2）现阶段，我国针对路基路面病害尚无理想、稳定的监测方法，通常病害形成后才能得到维修养护。我国道路无损检测技术种类众多，每种无损检测技术都有自己擅长的病害检测类型，而且至今还没有准确检测深层路基路面隐形病害的无损检测技术；如果单独开发新型无损检测技术，既费时又费力，关键也不是我们擅长的领域。因此，我们可对目前道路无损检测技术进行综合评价，有必要时做适当改进，找出快速有效的无损检测手段，及早检测出道路结构层中存在的隐形病害，并对其采取针对性的养护措施，具有十分重要的意义。

（3）我国对道路无损检测技术和设备进行了一系列的探索研究，取得了一定的研究成果，包括：路用地质雷达技术、光纤传感监测技术、冲击反射波技术、超声波技术、落锤式弯沉仪、断面仪、激光检测技术、瞬态瑞雷面波分析技术等，检测方法众多，工作原理和检测条件各不相同。

2. 主要无损检测技术介绍

2.1地质雷达技术（GPR技术）。

（1）地质雷达技术以电磁场理论、电磁波传播理论、地球物理学和现代信号处理技术为基础，在我国应用时间并不长。地质雷达技术作为一种连续且快速的道路无损检测技术，现阶段主要用于路面结构层厚度，但也开始用于路面脱空、断板等病害检测，但由于测量精度和稳定性稍显不足，探地雷达技术很少用于路面裂缝检测。

（2）地质雷达技术通过发射天线往地下发射高频率、宽脉冲电磁波束，电磁波在路面结构层内传播时以指数形式衰退，且频率越高衰减越快。假设路面结构是一个层状且各向同性的均匀介质，当电磁波遇到各结构层的界面或异常后会发生反射，传播路径也相应发生变化，通过反射波变化特征、地面反射波与地下反射波时间差等参数，进而得出路基路面病害的埋置深度和病害类型。

（3）20世纪70年代，美国开始将地质雷达技术用于道路检测，并相应的展开了一系列研究；1985年，美国联邦公路局对地质雷达进行了车载试验，随后高频率和空气耦合性高的地质雷达开始用于检测路面结构层厚度、路基路面脱空、路面病害位置等，并获得成功，极大的提高了路面检测效率。近年来，美国将地质雷达进行了改进，可用于诊断路面病害类型，效果较好。

（4）20世纪90年代初期，丹麦、瑞典等国开始将地质雷达技术用于道路检测工作；随后，芬兰开始引进地质雷达技术，主要用于高速公路的质量评定和检测，可用于探测地下空洞、脱空和路面裂缝。

（5）我国在20世纪70年代开始研究地质雷达探测技术，但20世纪90年代中后期才将其用于路面病害检测，目前该技术在我国应用较为普遍，可成功对路面结构层位、路面病害位置进行检测，但对深层路基病害、路面病害类型的检测有待于进步研究，主要表现在探测深度有限、精度不足。

（6）大连理工大学的蔡迎春和郑州大学的王复明等建立了地质雷达电磁波在路面结构中传播的二维时域有限差分（2D-FDTD）方程，探索研究了探地雷达用于半刚性基层路面裂缝检测的可行性，结果表明：当半刚性基层出现裂缝后，雷达反射波会在路面结构层间出现一个负反射波，且波幅随着裂缝宽度的增加而增大；高频、低噪音的探地雷达技术可用于检测半刚性基层产生的各种裂缝；当基层裂缝宽度大于1cm时检测效果更好。

（7）黄淮学院的李修忠通过理论分析和物理数值模拟，对多层均匀介质中垂直裂缝模型的雷达波场特性进行了研究，结果表明：基于垂直裂缝模型的探地雷达技术可对高速公路路面以下1m深度范围内的隐形裂缝进行准确测定，能快速对高速公路的工作情况进行监测与监控，可对工后维修养护工作提供重要参考。

2.2光纤传感技术。 光纤传感检测技术的工作原理是通过充分利用某些物理量的敏感特性并将外界物理量转换成光信号，最终达到测量的目的。国内的光纤传感检测技术经过了三十多年来在多个领域的应用，举得了突破性的发展。光纤传感检测技术可以有效地检测道路和桥梁使用现状和破损状况，包括路基路面脱空、路表坑槽、应变特性、预应力混凝土内部应力等。相对传统的传感器而言，光纤应变传感器灵活轻便、样式齐全，最关键的是它受外界环境和被测对象影响较小，而且能够承受高压、腐蚀、易燃易爆等特殊境况，实用性非常强。然而，光纤应变传感器的市场价格要比一般的传感器高出很多，这给光纤应变传感器在道路和桥梁检测工作中的推广带来了很大的阻力。

2.3数字化图像识别技术。数字化图像识别技术可将路面病害以图像的方式展现出来，形象直观，使人们更方便的观察到路面的使用现状。该技术要依次对数据进行搜集、编码、图像数字化处理，通常包括图像收集子系统和图像解释子系统。图像数字化处理能实现对图像的分割与组合，能对图像进行形象化的描述。现阶段典型的路面数字化图像检测系统有ARRB交通研究所和美国PAVEDEX公司开发的路面信息检测车。

2.4落锤式弯沉仪。落锤式弯沉仪是国际上较为通用的路面无损检测技术，应用较为广泛，通过产生荷载脉冲来模拟行驶车辆车轮荷载的影响，用于测定在动态作用下产生的动态弯沉和弯沉盆，可与其他路面检测设备一同评价路面的使用性能。郑州大学的王复明教授将落锤式弯沉仪（FWD）用于高聚物注浆修复技术中，FWD具有试验检测速度快、数据处理速度快、精度高、重复性好等特点，能较好的模拟实际行车荷载对路面的作用。

2.5激光检测技术。激光检测技术是一种新型的无损检测技术，不仅具有高亮度和高分辨率，还具有较好的方向性、相干性和衍射性。激光检测技术在路面检测中采用的原理主要是激光的光反射原理、光衍射原理和光时差原理，激光的光强越强则光电流越强，当光强发生变化时光电流也相应的发生变化，根据所标定的光电流与位移的关系，通过光电流的变化反算弯沉和位移的变化量，当作为路面检测技术是正是利用了这一原理，因此，激光检测技术可用于测量裂缝深度、弯沉、车辙和平整度等参数。

2.6断面仪。平整度是路面使用性能的最重要的指标之一，直接影响到行车舒适性。平整度的测试设备有两大类：反应类和断面类。反应类的代表设备为颠簸累积仪，它测量后轴同车身之间悬挂系统的位移，当位移累积一定量后，就送出一脉冲信号给电子计数器。但此类设备有一显著缺点：必须经常标定以确保测量结果的准确性。断面类设备直接沿行驶车辆的轮迹测量路表高程，得到路表断面，通过数学分析后采用综合统计表征其平整度。以前主要用的是水准测试和梁式断面仪，虽测试简单、直观，但测试速度较慢。近年来，人们逐渐采用激光断面仪来评价路面的平整度。

3. 发展趋势探讨

与国外发达国家相比，我国道路无损检测技术发展相对落后，目前尚不能单独用于高精度的隐形病害检测。比如地质雷达技术可用于准确检测水泥混凝土板的脱空、桥面铺装层剥离、路面厚度、路面坑洞等，但目前为止尚不能准确给出脱空边界、路面隐形裂缝等；比如落锤式弯沉仪，可用于评定路基路面弯沉、桥面铺装剥离判定，但往往需要采用不同的检测方法来相互印证；再比如激光检测技术，大大提高了检测数据的精度，但是由于路面状况复杂多变，必须对所测结果的可重复性、可再现性进行深人研究，欧洲和美国均进行过较大规模的可重复性和可再现性研究，并在其所使用的设备类型和品牌之间建立了相关关系，目前在我国使用的激光断面仪有多种品牌，但还没有进行过再现性研究。

4. 综上所述

4.1虽然我国道路无损检测技术众多，但还未形成标准化路面检测设备，同样也未制定供道路工作者参考的与道路无损检测相关的技术标准或规范。因此，有必要对我国现阶段的道路无损检测技术进行综合评价，找出快速有效的路基路面检测方法，及早发现路面隐形病害，及早进行针对性维修养护。

4.2因此，可以预见，道路无损检测技术未来发展方向为：

（1）标准化、规范化的路面检测设备；

（2）快速有效的路基路面隐形病害检测设备及方法。