現(xiàn)代公路試驗檢測方法原理及應(yīng)用
2011-10-17 來源：建設(shè)工程網(wǎng)
一、公路工程試驗檢測概述
公路工程試驗檢測工作是公路工程施工技術(shù)管理中的一個重要組成部分，同時也是公路工程施工質(zhì)量控制和竣工驗收評定工作中不可缺少的一個主要環(huán)節(jié)。通過試驗檢測能充分地利用當(dāng)?shù)卦牧?，能迅速推廣應(yīng)用新材料、新技術(shù)和新工藝；能用定量的方法科學(xué)地評定各種材料和構(gòu)件的質(zhì)量；能合理地控制并科學(xué)地評定工程質(zhì)量。因此，工程試驗檢測工作對于提高工程質(zhì)量、加快工程進度、降低工程造價、推動公路工程施工技術(shù)進步，將起到極為重要的作用。公路工程試驗檢測技術(shù)是一門正在發(fā)展的新興學(xué)科，它融試驗檢測基本原理和測試操作技能及公路工程相關(guān)學(xué)科基礎(chǔ)知識于一體，是工程設(shè)計參數(shù)、施工質(zhì)量控制、施工驗收評定、養(yǎng)護管理決策及各種技術(shù)規(guī)范和規(guī)程修訂的主要依據(jù)。作為公路工程試驗檢測工作的一個組成部分，路基路面現(xiàn)場試驗檢測技術(shù)已經(jīng)被廣范應(yīng)用于公路改擴建工程，其檢測結(jié)果對于合理確定改擴建方案，減少改擴建工程成本都起到舉足輕重的作用。
二、探地雷達檢測方法的原理及應(yīng)用
（一）探地雷達檢測方法的原理
雷達檢測技術(shù)實質(zhì)上是一種特高頻電磁波發(fā)射與接受技術(shù)，它與地震波不同，地震波是在錘擊或小量炸藥引爆情況下產(chǎn)生的一種振動輻射波，一般具有低頻性質(zhì)，而雷達波由自身激振產(chǎn)生，直接向路基路面中發(fā)射射頻電磁波，通過波的反射與接收獲得路基路面的采樣信號，再經(jīng)過硬件與軟件及圖文顯示系統(tǒng)，得到檢測結(jié)果。從地球物理觀點看，路基路面的結(jié)構(gòu)類型可視為典型的水平層狀介質(zhì)模型，鑒于路基路面構(gòu)筑材料、構(gòu)筑方法的差異，使其存在著各種物性（電性、密度、彈性波或電磁波傳播速度和吸收等）差異，同時由于是人工構(gòu)筑比天然的水平層狀地層要均勻單一，因此為應(yīng)用地球物理方法進行無損檢測提供了物理前提和有利條件。同時，路基路面檢測是一種超淺層至淺層的探測，要求檢測方法精度高，分辨率高，信噪比高，能在自然和人文強干擾下適應(yīng)工作，輕便高效。
探地雷達是利用高頻電磁脈沖波以寬頻帶短脈沖形式由發(fā)射天線送入地下，該雷達脈沖在地下傳播過程中，遇到不同電性介質(zhì)交界面時，部分雷達波的能量被反射回地面，被接收天線接收。探地雷達探測的是來自地下介質(zhì)交界面的反射波，記錄的每一雷達數(shù)據(jù)n（t）可看成是雷達脈沖子波b（t）與反射波系數(shù)序列R（t）的褶積。子波b（t）取決于所使用的雷達系統(tǒng)，而R（t）則包含了地下介質(zhì)的信息。探地雷達通過記錄反射波到達地面的時間t和反射波的波幅來研究地下介質(zhì)的分布。在用探地雷達對道路結(jié)構(gòu)進行檢測時，如果道路的局部地段受到破壞，則介質(zhì)的電性將發(fā)生變化，從而導(dǎo)致雷達波反射信號的雙程旅行時、振幅及頻譜特征發(fā)生明顯變化，根據(jù)這些變化特征，就可以推測路面下基層、路基等的狀況，達到檢測目的。
（二）探地雷達檢測方法的應(yīng)用
例如，某高速公路擴建需對現(xiàn)有路況進行檢測，為制定擴建對策提供依據(jù)，而在已通車運行的高速公路上進行檢測不能中斷現(xiàn)有交通、檢測路線長、檢測時間有限。如何對原有高速公路的路基路面結(jié)構(gòu)狀況進行快速準確的現(xiàn)場檢測，是一個值得深入探討的問題。該檢測工作使用瑞典MALA公司制造的RAMAC/GPR型探地雷達，信號采集、數(shù)據(jù)處理采用專用的Ground Vision和Reflexw軟件系統(tǒng)：
1．天線：選用瑞典RAMAC 800MHz屏蔽天線。屏蔽天線特別適合于城市及有干擾背景（如高壓線，車等）的地方，800MHz屏蔽天線主要用于隧道、路面等淺層高分辨率探測，理想測深為1.5m。
2．主機：采用通用型主機（CUII），該主機用采集軟件Ground Vision（Windows2000/XP中文系統(tǒng)）進行操作，它通過并口用ECP方式傳輸資料，因此傳輸速度很快。CUII可與RAMAC/GPR的所有天線兼容，并可升級成多道系統(tǒng)（4道系統(tǒng)MC4及16道系統(tǒng)MC16，升級時只需將MC4或MC16模塊從外部連接并固定即可）。
3．信號采集軟件：Ground Vision是RAMAC/GPR雷達單道或多道系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集軟件，它可以用UII，X3M或X3M CORDER等主機來采集數(shù)據(jù)。該軟件有非常容易使用的用戶界面，以做文件管理，打印和其他工作。每一個采集的數(shù)據(jù)和設(shè)置都保存在文件中，可對采集數(shù)據(jù)進行濾波。GROUND VISION軟件支持GPS或多種標記。所有雷達數(shù)據(jù)都以打印或用其它軟件做后處理。
4．?dāng)?shù)據(jù)處理軟件：Reflexw雷達數(shù)據(jù)處理及解釋軟件包為模塊式組合，包括二維數(shù)據(jù)分析及解釋、維數(shù)據(jù)分析及解釋，三維立體顯示，正演，層析成像，CMP數(shù)據(jù)處理，孔中數(shù)據(jù)處及解釋等模塊，在歐洲它是權(quán)威性的雷達數(shù)據(jù)處理軟件。此次檢測可以掃描得到清晰的雷達剖面圖，在圖中可以比較清楚直觀的分辨出路面面層的厚度狀況。
三、旁壓試驗檢測方法的原理及應(yīng)用
（一）旁壓試驗檢測方法的原理
旁壓試驗PMT（pressure meter test）又稱橫壓試驗，是工程地質(zhì)勘察中原位測試方法的一種，旁壓試驗是將圓柱形旁壓器豎直放在土中，利用旁壓器的擴張，對周圍土體施加均勻壓力，測量壓力和徑向變形之間的關(guān)系，即可得地基土在水平方向上的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。旁壓儀分：預(yù)鉆式旁壓儀（PB-PMT）、自鉆式旁壓儀（SB-PMT）、壓入式旁壓儀（PI-PMT）。壓入式旁壓儀包括圓錐壓入式旁壓儀和圓筒壓入式旁壓儀，不同旁壓儀的差異在于將旁壓器設(shè)置在土中的方法是不同的。
1．預(yù)鉆式旁壓試驗是預(yù)先在巖土中鉆一符合要求的豎向鉆孔，然后將旁壓器放入孔內(nèi)試驗標高處進行試驗。它對于不易成孔或易縮孔的土層是不適用的。
2．自鉆式旁壓試驗是將旁壓器（下端為環(huán)形刃具，內(nèi)有旋轉(zhuǎn)切削鉆頭）以靜壓方式一邊壓入土中，一邊利用鉆頭破碎進入刃具的土，用泥漿將碎土循環(huán)沖到地面。用自鉆式旁壓儀的自鉆功能，鉆進到預(yù)定試驗位置后，進行旁壓試驗。自鉆式旁壓儀的旁壓器直接與土接觸，旁壓器周圍的土體不如預(yù)鉆式那樣經(jīng)過應(yīng)力釋放，故對周圍土的應(yīng)力狀況，基本保持原位的應(yīng)力狀態(tài)，這是其優(yōu)點。但其操作復(fù)雜，對含碎石的土層是不適用的。
3．壓入式旁壓試驗中的圓錐壓入式旁壓儀可利用靜力觸探設(shè)備以靜壓方式壓入土中，壓到一定試驗深度進行旁壓試驗，由于壓入過程有擠土作用，與擠土樁機理相似，圓筒壓入式旁壓儀是在孔底以靜壓方式壓入土中一定深度進行旁壓試驗。它與自鉆式旁壓儀一樣，對周圍土體的擾動相對較小，而操作技術(shù)比自鉆式旁壓儀簡單，壓入式旁壓儀對一般粘性土、粉土和軟土均適用，對于硬粘土或密實土不易壓入時，也可在孔底先鉆一個直徑比旁壓器小些的鉆孔。
（二）旁壓試驗檢測方法的應(yīng)用
旁壓試驗前，最好先進行靜力觸探，初選貫入阻力均勻、厚度不小于1m的層位做旁壓試驗，試驗最小深度、連續(xù)試驗層位間距、取土鉆孔或其它原位測試與旁壓試驗孔間的水平距離，均不宜小于1m。對于預(yù)鉆式旁壓試驗，成孔質(zhì)量極為重要，要盡可能減小孔壁的擾動，即使不大的擾動帶，也會顯著影響試驗結(jié)果?？妆诘臄_動包括：鉆具對孔壁的擾動、塌孔、循環(huán)液的沖蝕和孔壁土的軟化，不同的土層條件，它們的擾動影響是不同的。針對具體土層條件，應(yīng)選擇合適的鉆進成孔工藝，孔深不大的、土層軟的可以手動勺鉆，孔深大的，或遇軟巖和風(fēng)化巖，可用回轉(zhuǎn)鉆進成孔。對可塑-硬塑粘性土，可用環(huán)刀成孔器；對軟塑-流塑軟土，可用提土器成孔，成孔直徑比旁壓器外徑大2～8mm為宜，強度高的土孔徑宜小，孔形要圓整，孔壁要垂直，應(yīng)盡量減輕對孔壁土體的擾動，保護孔壁土體的含水量，成孔深度一般應(yīng)比試驗深度大50cm，對孔壁穩(wěn)定性差的或有縮孔的土層，宜采用泥漿護壁，成孔后試驗應(yīng)盡快進行，盡可能縮短間隔時間，一般不宜超過15min。
現(xiàn)場試驗步驟如下：
1．先向水箱注滿蒸餾水或干凈的冷開水，然后將旁壓器豎立于地面，打開水箱至測管和輔管管路上的所有閥門，并按逆時針方向擰松調(diào)壓閥，向水箱稍加壓力，加快注水速度，同時不停地拍打尼龍管束和搖晃旁壓器，以便排除旁壓器和管中滯留的氣泡，當(dāng)測管內(nèi)的水位達到或稍高于零位時，關(guān)閉注水閥和測量腔注水閥，終止注水。
2．將旁壓器垂直舉起，使測量腔中點與測管零刻度齊平，把水位調(diào)至零位，并立即關(guān)閉測管閥和輔管閥，然后將旁壓器放入鉆孔預(yù)定測試深度。
3．打開測管閥和輔管閥，此時旁壓器內(nèi)產(chǎn)生靜水壓力Pw，系旁壓器測量腔中點至測管水面間產(chǎn)生的水柱壓力，該壓力實際上為第一級壓力。
4．順時針方向旋轉(zhuǎn)調(diào)壓閥，調(diào)至所加壓力Pm，逐級加壓并按規(guī)定時間順序測記測管水位下降值Sm。當(dāng)測管水位下降值接近最大允許值或壓力加至儀器最大額定值，應(yīng)終止試驗，《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-94）規(guī)定，當(dāng)量測腔擴張體積相當(dāng)于其固有體積時可終止試驗。
