基于养护设计需求检测

笔者将基于养护设计需求检测细分为路面结构损坏状况检测、结构层力学参数检测，以及路面几何参数检测，并从检测技术、适用范围、优缺点对比等方面，进行了详细介绍。

01 路面结构损坏状况检测

在设计路面养护方案之前，除了分析路面表面病害之外，必要时还需要检测路面结构内部损坏状况，特别是对表面病害严重或结构强度不足的路面，从而根据发现的内部结构病害层位、类型、程度制定针对性的处置措施。路面结构病害状况检测分为破坏性检测和无损检测两类。

目前，我国新型检测设备集成化程度越来越高，能够快速、准确地获取路面评价、养护分析所需的各种参数和技术指标。

路面取芯、探坑法检测

在指定位置取芯或开挖探坑获取路面各结构层状况，是观察路面结构损害状况最直接的检测方法。当采用取芯方法时，可以一次性取出多层路面结构，观察各结构层材料的完整性、层间的结合性、裂缝的贯穿情况等，并记录和拍照，所取芯样还可以用于室内芯样强度及各类材料性能试验。

当采用开挖方法时，一般使用风镐等工具，采用逐层长方形阶梯式开挖方式，检查路面结构内部损坏状况，从上往下各层开挖面积逐渐减小，直至开挖到无损坏的板体结构。当路面材料需回收利用时，可将开挖出的材料分类带回实验室，并开展回收材料性能试验。取芯法和探坑法属于破坏性试验，为减少路面损坏或避免留下隐患，应尽量减少破坏性试验数量并积极采用无损检测方法。

探地雷达检测

探地雷达利用电磁波在介质中传播的原理来检测介质内部结构状况，电磁波在不同介质中的传播速度不一样，在介质分界面会发生透射和反射，根据天线接收到的反射电磁波信号及相应时长，可以推断内部结构几何形态和位置信息。雷达频率越高，体积越小，波长越短，位置测试精度越高，可探测的距离越短；雷达频率越低，体积越大，波长越长，位置测试精度越低，可探测的距离越长。不同频率的探地雷达广泛应用于公路检测各个领域，比如低频雷达可用于隧道地质超前预报，探测深度达数十米；高频率雷达可精确测量1米以内的路面结构层厚度。

探地雷达用于路面结构检测时，装有雷达的车在路面上以一定的速度行驶，通过天线发射电磁脉冲，并在较短时间内穿透路面，由相应接收天线接收不同介质间界面反射波，系统记录时长和路面结构中的介电常数变化情况。根据已知的各种路面材料的介电常数及波速，可以计算路面各结构层的界面位置、损坏位置等信息。一对天线沿行进方向可以测得一条测线上的雷达数据，当使用多个雷达组成雷达阵列时，通过多收多发的设置，以及不同频率天线组合，可以测得路面内部结构的三维雷达图像，从而探测路面各结构层厚度、脱空、裂缝、陷落、松散、积水等各类内部结构病害，并可用于城市道路地下管线探测。

探地雷达特别是三维雷达阵列实现了路面结构内部损坏情况的快速自动化无损检测，可以识别结构内部缺陷类型、位置及大小，可为养护设计提供重要的基础数据支撑，提高养护方案设计的准确性，同时可以减少钻芯及探坑数量，降低对既有路面结构的破坏。

FWD方法水泥混凝土路面板底脱空检测

板底脱空是水泥混凝土路面的一种常见病害，除了可以用人工判断、探地雷达检测之外，落锤式弯沉仪（FWD）检测也是一种常用的检测方法。FWD的冲击荷载作用于水泥混凝土路面时，面板会产生弯沉变形，正常情况下离荷载作用点位置越远变形越小，根据布置在面板上距离荷载作用点不同距离的多个位移传感器，所测得的弯沉变形结果，可以推断面板下是否存在脱空病害及病害程度，具体判定方法包括多级加载法、弯沉盘判断法等。

02 结构层力学参数检测

在路面养护工程实施过程中，一般先根据路面技术状况检测结果开展养护决策分析，划分养护路段并推荐优选的养护措施，然后再做出养护工程设计。在开始具体的养护工程设计前，当原有结构强度不足时，需要检测原有路面结构回弹模量等力学参数，并参与结构计算，以确定需要维修或结构补强的具体方式。由于旧路结构层力学参数测试涉及的数学模型、影响因素较为复杂，现阶段多数采用经验与理论计算相结合的方式获得，相关理论和试验方法还有待进一步研究。

承载板法

目前，国内市场上集成了多种检测功能的国产多功能综合检测车层出不穷。

承载板法检测路面结构回弹模量是最直接的检测方法。在待测表面上放置一块规定尺寸的刚性圆形承载板，通过荷载装置对其分级加载，用位移传感器测试承载处的变形深度，消除影响因素后获得不同荷载下的回弹变形，计算出各级荷载下的回弹模量，最后采用线性回归方法得出路面结构层回弹模量。

该方法测得的回弹模量为表面综合静态回弹模量，当需要分层检测各结构层表面回弹模量时，可以结合探坑法分层开挖，挖至各层相应深度实施承载板法回弹模量试验。由于回弹模量是路面结构计算的重要参数，在需要结构补强的路面养护设计前应完成此项检测，但该项检测速度慢、操作复杂且需要中断交通，一般作为其他快速、无损检测方法的补充。

弯沉法

弯沉和回弹模量都可以用来表征路面结构强度，两者之间有较高的相关性，因此可以利用贝克曼梁、落锤式弯沉仪（包括LWD、FWD、HWD）或其他方法检测的弯沉值，结合经验公式或比对换算关系直接计算路面回弹模量，该方法具有一定的经验性。

落锤式弯沉仪检测时，可以根据与荷载点距离的不同布置多个位移传感器，因此可以测得包含不同位置变形量的弯沉盘数据，基于沥青路面结构多层层状弹性体模型的假设，以及原有路面结构的材料参数，利用计算机程序可以解析出每层路面结构层的回弹模量结果。该方法相对于其他只能测得顶面综合回弹模量方法来说，可以分别获得各结构层回弹模量，用于路面结构计算更加合理，还可以结合交通量数据计算出路面结构的理论剩余寿命。

动力锥贯入仪法

动力锥贯入仪法（DCP）优点为轻便、快捷，是一种现场检测无结合料路面结构层强度的方法，其利用落锤自由下落所产生的动能，通过贯入杆传递到锥头，使锥头克服材料的阻力灌入带结构层材料中，多次锤击并记录每次的贯入量，可以计算得出动贯入阻力，基于材料强度与贯入阻力之间的相关性，并根据经验公式将动贯入阻力换算成加州承载比CBR或抗压强度等力学参数。在使用探坑法调查路面内部损坏状况时，经常同步使用DCP测试路面结构内部各层强度。

03 路面几何参数检测

路面几何参数包括路面横坡、纵坡，以及路线曲率半径（平曲线半径、竖曲线半径），这些几何参数与车辆行驶安全、路面排水相关，在养护设计时需要予以考虑。

路面几何参数检测分为人工法和机器自动测试法两种。人工法采用水准仪、全站仪等仪器检测，其特点是速度慢、效率低，但准确性较高。在大规模路况检测时一般采用几何数据测试系统，连续自动化采集各项几何参数。该系统由承载车、激光位移传感器、加速度传感器、陀螺仪、距离传感器等部分组成，其中承载车、距离传感器、激光位移传感器可以与其他检测系统共用，通过陀螺仪测得车架姿态角度、两个激光位移传感器，测得相应位置与路面的距离及高差，可以计算出路面横坡，结合加速度传感器的数据可以计算得出纵坡及曲率半径信息。路面几何数据测试系统检测速度快、效率高，近几年各厂商已经开始大量装配到综合路况检测车上，并用于路况检测。

公路路面技术状况检测与评价不仅对检验和控制工程质量至关重要，而且还决定着公路资产管理及养护决策的科学化程度。（摄影：张啸天）