徐天檄
摘要:随着我国经济的快速发展,高速公路也得到了快速发展,并且已经具备了一定的规模及体系,因此在役高速公路的养护已是高速公路发展及建设的重点,其路基性能的评价及检测成为一项重要的研究内容。本文结合某高速公路工程探讨了三种路基性能评价的方法,分别为线性加权评价法、灰色类聚评价法、BP神经网络评价法,并列举了几种快速检测的技术。
Abstract: With the rapid development of China's economy, the expressway has also developed rapidly and already has a certain scale and system. Therefore, the maintenance of in-service expressway is the focus of expressway development and construction, and its evaluation of roadbed performance and testing has become an important research content. In this paper, three kinds of roadbed performance evaluation methods are discussed in combination with a highway engineering. They are linear weighted evaluation method, gray class evaluation method and BP neural network evaluation method, and several quick detection techniques are listed.
关键词:高速公路路基;性能评价;检测技术
Key words: expressway subgrade;performance evaluation;detection technology
中图分类号:U416.1 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2017)35-0165-02
0 引言
随着我国交通运输行业的快速发展,交通负荷量也越来越重。公路的承重主体即为路基,路基不仅受车辆压力的影响,还会受到自然环境等因素的影响,会经常出现损坏的现象。为了保证交通运输的畅通,延长高速公路的使用寿命,就必须对损坏的路段进行维修养护,因此加强对在役高速公路性能的评价及检测技术水平是十分有必要的。本文结合某高速公路运输干道分析高速公路性能评价方法及快速检测技术。
1 某高速公路路基分析研究
随着我国经济的发展,某高速公路的交通量不断扩增,原有的四车道不得不改为八车道才能满足需求。该高速公路投入运营的二十年间,由于交通量不断增长,路基负荷量越来越大,加上受自然环境因素的影响,致使路基的性能发生了改变,部分路基产生了一定程度的病害。因此,对在役高速公路路基性能的评价及检测技术的研究有着十分重要的意义。
2 在役高速公路路基性能评价
2.1 线性加权评价法
线性加权评价法的基本流程是:第一步,先计算出各路面的综合破损率(DR),再将DR值代入换算公式中,从而计算路面状况指数,所得到的数值越大,说明路况越好;第二步,根据路面的弯沉指数计算其强度指数(SSI),计算得到的数值越大,表明路段强度越好;第三步,计算出路面抗滑指数(BPN)和路面行驶质量指数(RQI),它们的数值越大,路况越理想;第四步,利用得到的各项指标数值计算出路面综合评价指标(MQI)。线性加权评价法的特征是通过选定权值,然后利用加权求和的方法,计算出一个统一的数值,根据该数值的大小来划分路段。
对在役高速公路路基性能的评价中使用线性加权评价法的优点是:只需要进行实地勘察,然后收集相关的资料,实地检测的工作量少,能有效节约人力、物力以及财力,并且对路基性能评价结果有一定的精确度。
2.2 灰色聚类评价法
由于当前还比较缺乏对高速路路基性能的评价模型,因而我们将路面性能评价模型作为参考及借鉴。路面性能评价体系包括分项指标及综合性指标,路面性能评估方法包括回归模型法及系统分析法。这些方法运用于高速路路基性能评价中都有各自的优缺点,但对路基性能进行评估时要根据实际情况运用科学有效的方法。目前灰色聚类评价运用于沥青路面的性能测试已取得理想效果,因而可以借鉴到路基性能的评价中。路基性能受诸多因素的影响,例如使用条件、作用负载、结构层性质及环境因素等,由于这些因素对路基作用机理及性能的影响程度还不能完全掌握,因而我们可以用灰色聚类评估法对这一“灰色”特征进行分析评价。采集和处理已知部分的信息,并对这些信息进行定量及定性分析,然后按照灰类进行划分、归纳,从而完成对高速公路路基性能的评价。灰色聚类评价方法用于高速公路路基评价的特征是误差小、精确度高。
2.3 BP神经网络评价法
人工智能研究中人工神经网络是其中重要组成部分,该系统是由人脑构造基本单元组成,通过模拟人脑的思维过程,从而得到的一种计算思维模型。该系统主要有信息协同处理及分布式储存、学习能力强、具有集体运算的能力、容错性强、善于综合联想及推广、数据拟合能力好等特质。BP网络通常应用于模式识别、数据压缩、函数逼近、矢量分类,运用BP神经网络法对高速路路基性能进行评价,其中的复杂对应关系可以精确的模拟出来,并且自动确定其中的权值。
3 快速检测技术
3.1 探地雷达检测
探地雷达是一种新型的高速路检测技术,近几年才在我国得到应用。探地雷达技术的工作原理是:将高频电磁波由地面的发射天线传送至地下,当电磁波经异常发射体或地层返回至地面,电磁波反射信号由接受天线接收,通过分析返回电磁波的振幅及时频特征,以此了解路面下层的信息,从而得出检测结果。探测雷达的工作频率影响探测的深度和分辨能力,当工作频率高时探测的深度小,分辨能力强;当工作频率低时探测的深度大,分辨能力弱。当工作频率不变时,探测的深度受场地介质电阻的影响,电阻率小,則探测深度小,电阻率大,则探测的深度大。探地雷达通常用来初步检测相对不利路段,能总体上判别检测路段路基填筑的情况。在进行数据处理时,要消除高频传输及扩散引发的低频组分,消除噪声的影响及自然环境引起的零点漂移现象,根据具体情况分析频率谱、振幅谱,通过分析得到滤波器的参数,然后对虑波进行处理,去除干扰、突出有利反射波。endprint
探地雷达检测技术不仅可以检测路面的厚度,还可以分析出路基松散情况、沥青剥落情况、各层结构松散情况、桥面铺装剥离情况及路面板块脱空情况等。探地雷达检测方法具有快速、无损、信息量大及精度高的特点,而且检测过程中不会对交通造成影响,在高速路路基质量检测中得以广泛应用。探地雷达技术使高速公路无破损检测问题得到了解决,试验证明检测效果理想。无论是公路改建扩建,还是旧路的维修养护,或者新建设的高速路,都可以运用该方法对公路质量进行检测评价,因此具有巨大的推广意义。
3.2 瞬態瑞利波检测
瞬态瑞利波法作为一种新技术主要应用于岩石工程原位测试,该法是通过分析瑞利波在介质中的传播速度及频散特性与岩石物理力学性质的关系,从而解决工程的问题。瑞利波到达速度、弹性或密度不同的介质界面上时,会出现折射、反射的现象,并且产生界面波。瑞利波在均匀的介质中其振幅会随着深度的增大而逐渐减小,瑞利波的波长影响其播深度,波长越长,传播的深度越大。介质的弹性参数影响瑞利波的传播速度,主要包括:介质的剪切波速度、压缩速度及密度,其中剪切波的速度是主要影响的参数。瑞利波在地层传播经过水平分层地层时,由于各界面包含了多个模态,使得弹性波途径各个界面时不断透射、反射、谐振,加上地表叠加、干涉的过程,致使瑞利比的波长及弹性能量不断变化。瑞利波的模态组成受各地层的弹性结构影响,应用瑞利波探测方法就必须研究分析各地层结构的瑞利波模态特征。
地层深度增加时其刚度也随之增加,这是最常见、最简单的地层分层结构。在这样的地层结构中瑞利波的能量大部分都集中在基阶模态中,根据简单的频散特征就能求出地层的弹性参数。若地表覆盖的是高刚度地层,或者地层中存在软弱夹层,瑞利波的能量就会分散到基阶及各个高阶模态中,频散特征就会变得十分复杂。若要计算出地层的弹性分层结构就需将多个模态综合利用。
相关试验表明,应用瞬态瑞利波检测高速路路基性能的是有效、可靠的,该方法不仅操作简单、快捷,而且检测精确度较高,容易普检。
3.3 DCP检测
DCP检测法即利用动力锥贯入仪(DCP)对高速路路基性能进行检测,动力锥贯入仪主要用于判断二灰土基层、路基、底基层及无粘结基层的各种深度的承载能力,通常的评价指标为回弹模量及CBR值。动力锥贯入仪是一种小型轻便的触探仪,主要应用于基土原位的测试,其主要组成部分中圆锥头的直径为20mm,锤重为4.6kg及8kg,锥尖为60度,落距为575mm,贯入杆长为1000mm,读尺为1000mm。动力锥贯入仪每击一次的贯入值在读尺中直接读出,贯入值与相应的路基性能存在一定的关系,如土基强度、加州承载比、无侧限抗压强度等。通过仪器的标准贯入,即得到各地层的贯入值,再根据贯入值换算为相应的指标,由此判定路基各地层的承载能力及整个路基的承载能力。
DCP检测法的特点是测定不受场地的限制,操作简单、快捷,主要应用于路基承载能力评价及施工过程的检测。
3.4 钻探检测
钻探检测就是对路基进行钻孔取样,然后对取出的样本进行分析研究,根据各个样本的指标判断路基的性能。钻探取样时对二灰土、二灰碎石、沥青路面应全部取样。采取试样主要是运用钻机干钻的方法,对于填土土基的采样则用压入法。采样完成后需用水泥浆封好取样孔,并做好现场清理工作。取到的石灰石、二灰碎石须进行抗压强度的分析,填土土基须进行干重度检测及物理力学性质试验,粉煤炭及粪土须进行可分试验,弱膨胀土须进行膨胀压力、自由膨胀率的试验。
钻探检测方法应用于高速路路基性能的检测,有着其他检测方法不可比拟的优势,由于该方法是直接对路基进行钻探取样、检测,检测结果的准确度高,更能反映路基的实际性能状态。但是运用该法钻探取样时由于占用的面积大,因而会给交通带来严重影响。
4 结束语
随着我国交通运输业的快速发展,高速路的车流量急速增加,公路负荷量越来越大,给我国高速公路的维护及建设带来巨大的难题,影响交通的正常运输。因此,我们要加强对在役高速公路路基性能评价方法的研究,并不断提高快速检测的方法技术水平,从而保证在役高速公路的使用性及安全性,保证交通运输业的持续发展。
参考文献:
[1]张德津,李清泉.公路路面快速检测技术发展综述[J].测绘地理信息,2015(01):1-8.
[2]王楹.高速公路路基路面使用性能检测评定与养护规划[J].公路与汽运,2016(03):125-127.
[3]陈育书.路面快速检测技术与科学决策实践[J].广东公路交通,2016(04):25-28.
[4]龙曙东,龙劭一.娄新高速公路新老路基土性能快速检测与数据分析研究[J].湖南交通科技,2012(04):28-30,34.
[5]李振存.在役高速公路路基性能评价及快速检测技术[J].长沙理工大学,2014.
[6]李慧申,廖卫东,李向东.灰色聚类评估在高速公路原有路况评价中的应用[J].华中科技大学学报城市科学版,2005(6):18.endprint