CN1880579A - 落锤式弯沉仪及探地雷达在道路施工过程中的应用技术 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了落锤式弯沉仪及探地雷达在道路施工过程中的应用技术，通过落锤式弯沉仪应用技术可对道路质量进行分层检测评价和对路基冲压实效果进行评价；通过探地雷达应用技术可对路面结构层厚度和压实度、含水量进行连续检测评价；通过集成落锤式弯沉仪与探地雷达应用技术，将探地雷达对厚度的检测结果输入基于落锤式弯沉仪检测数据的路面结构力学特性反算软件中，以提高对路面结构力学特性的反算精度。本发明可快速、无破损、多方位地对在建道路进行实时检测评价，及时发现工程质量隐患，控制施工质量，对于避免路面过早破坏、提高道路使用寿命、减少养护资金等具有重大应用价值和显著的社会经济效益，符合当前我国公路建设与管理的迫切需要。
Description
技术领域
本发明属于路基路面无损检测评价技术，尤其涉及落锤式弯沉仪及探地雷达在道路施工过程中的应用技术。
背景技术
近年来，我国的公路建设处于蓬勃发展时期，特别是高等级公路建设方兴未艾。如何及时发现工程质量隐患，控制施工质量，从而避免路面过早破坏、提高道路使用寿命、减少养护资金已经成为我国公路建设与管理中急需解决的关键问题。
由于我国高速公路建设起步较晚，路基路面检测评价技术发展缓慢，先进的检测手段和评价技术的缺乏，使得路面过早破坏的现象普遍存在，许多路网未能充分发挥其服务能力。究其原因，一方面是检测设备比较落后，在道路施工过程中没有采用科学的检测评价方法对施工质量进行严格控制。比如我国现行的路面弯沉检测还主要采用50年代发明的贝克曼梁，路面结构层厚度、含水量和压实度检测主要依赖钻孔取芯或现场开挖等破坏性方法。这些传统的人工手段，不仅效率低、代表性差，而且对公路具有一定的破坏性。另一方面，虽然目前已有不少单位进口了国外的一些先进检测设备，但由于缺乏相应的配套技术，造成这些设备尚未充分发挥应有的作用。这种状况与当前公路建设的发展很不适应。
落锤式弯沉仪自七十年代问世以来，由于它能快速、无损、准确地采集到路面弯沉盆的信息，反映出路面的总体强度，为路面承载能力的评价以及使用寿命的预测提供了必要的基础，特别是落锤式弯沉仪施加的脉冲荷载较好地模拟了实际的行车荷载，因此落锤式弯沉仪很快被工程界接收，并成为研究热点。美国战略性公路研究计划(SHRP)对落锤式弯沉仪进行了系统而细致的研究，将落锤式弯沉仪的应用推向了高潮。
探地雷达作为时域瞬态电磁场理论发展过程中的重要成果，结合了瞬态电磁场理论、时域测量技术、纳秒脉冲源技术、超宽带天线技术和信号处理技术等多门学科的研究成果，具有无损伤、高效率、低成本和高分辨率成像等优点，已成为地下浅层勘探的重要工具之一。它利用电磁波对地表的穿透能力，从地表向地下发射高频脉冲电磁波，电磁波在地下介质特性变化的界面上发生反射和折射，通过接收反射回波信号，根据其时延、形状及频谱特性等参数，解译出目标深度、介质结构及性质，在连续、快速、无破损检测路面性能指标方面显示出广阔的应用前景和巨大的社会和经济效益，逐步成为人们关注的热点。目前，探地雷达检测技术已成为路基路面无损检测技术的重要组成部分，并代表了路面结构层厚度、压实度、含水量及沥青含量等检测技术的发展方向。
对于落锤式弯沉仪和探地雷达应用技术，国内外均开展了多年的研究工作，并取得了较为丰富的成果。但总体上讲，应用理论的研究和配套软件的开发始终滞后于高科技检测设备的研制，其中路基路面材料特性反演问题一直阻碍着落锤式弯沉仪、探地雷达等无损检测技术的发展。目前，落锤式弯沉仪和探地雷达应用技术的研究成果仅局限在对已建成公路的使用性能进行科学的评价与系统管理，即道路的养护评价方面，而且落锤式弯沉仪和探地雷达应用技术相脱节。如何将落锤式弯沉仪和探地雷达应用于道路施工过程质量控制，并且将落锤式弯沉仪和探地雷达应用技术相结合还未有相关成果。
发明内容
本发明基于路基路面材料力学特性和介电特性反演理论的研究成果，研究落锤式弯沉仪和探地雷达在道路施工过程中的应用技术，从而及时发现工程质量隐患，控制施工质量。
本发明的解决方案是：
一种落锤式弯沉仪及探地雷达在道路施工过程中的应用技术，所述应用技术包括以下三个方面：
(1)落锤式弯沉仪在道路施工过程中的应用技术包括道路质量分层检测评价技术和路基冲压实效果评价技术；
a、路基路面分层检测评价技术
具体实施步骤为：当道路由路基、底基层、基层到面层逐层施工时，首先采用落锤式弯沉仪从路基开始逐层对道路各结构层进行弯沉测试，然后利用力学特性反分析软件对弯沉数据进行分析，对道路结构层的刚度等力学特性做出评价，及时发现质量隐患，控制施工质量；
b、路基冲击压实效果评价技术
具体实施步骤为：首先采用落锤式弯沉仪检测不同压实遍数下路基的弯沉，然后利用力学特性反分析软件反算不同路基深度处的模量，从而对路基冲击压实效果进行评价；
(2)探地雷达在道路施工过程中的应用技术包括路面结构层厚度检测评价技术和路面结构层压实度、含水量检测评价技术；
a、路面结构层厚度连续检测评价技术
具体实施步骤为：在道路施工过程中，利用探地雷达对各结构层进行连续测试，然后利用介电特性及厚度分析技术对探地雷达数据进行分析，得到各结构层的厚度，并将其与各结构层厚度的设计值进行对比，及时发现质量隐患；
b、路面结构层压实度、含水量连续检测评价技术
具体实施步骤为：在道路施工过程中，采用探地雷达对各结构层进行连续测试，然后利用介电特性及压实度、含水量分析技术对探地雷达数据进行分析，得到各结构层的压实度及含水量，找出压实不足的路段，及时发现质量隐患，控制施工质量；
(3)落锤式弯沉仪与探地雷达应用技术的集成在道路施工过程中的应用技术，将探地雷达对路面结构层厚度的连续检测分析结果输入基于落锤式弯沉仪检测数据的路面结构力学特性反算软件中，以提高现行软件对路面结构力学特性的反算精度。
本发明通过落锤式弯沉仪及探地雷达在道路施工过程中的应用技术，可快速、无破损、多方位的对在建公路进行实时检测与评价，及时发现工程质量隐患，控制施工质量，这对于避免路面过早破坏、提高路网服务质量和使用寿命、减少养护资金等方面具有重大应用价值和显著的社会经济效益。本发明不仅对于落锤式弯沉仪和探地雷达等公路无损检测技术的发展与应用具有重大推动作用，而且符合我国高速公路建设与管理的迫切需要。
具体实施方式
实施例：本发明落锤式弯沉仪及探地雷达在道路施工过程中的应用技术包括以下内容：
(1)落锤式弯沉仪在道路施工过程中的应用技术包括道路质量分层检测评价技术和路基冲压实效果评价技术；
a、路基路面分层检测评价技术
所述的路基路面分层检测评价技术是应用本发明在道路施工过程中通过对各结构层逐层检测和分析评价及时发现道路质量隐患，从而有效地控制工程质量，从根本上防止路面过早破坏。
具体实施步骤为：当道路由路基、底基层、基层到面层逐层施工时，采用落锤式弯沉仪从路基开始逐层对各结构层进行弯沉测试，然后利用力学特性反分析软件对弯沉数据进行分析，对道路结构层的刚度等力学特性做出评价，及时发现质量隐患，控制施工质量。
b、路基冲击压实效果评价技术
为了加快公路施工进度，减少路基的天然沉降时间需要解决路基的深层压实问题，冲击压实是基于这一问题发展起来的压实技术，然而其压实效果却难以用传统的技术进行检测评价。利用本发明，通过采用落锤式弯沉仪检测不同压实遍数下路基的弯沉，然后利用力学特性反分析软件反算不同路基深度处的模量，从而对路基冲击压实效果进行评价。
下面给出广州惠河高速公路路基的冲击压实检测评价实例：
分别在土基冲击压实前、压实5遍、10遍、15遍、20遍用落锤式弯沉仪进行弯沉检测，检测统计结果见表1。
表1不同冲压遍数下落锤式弯沉仪测试弯沉均值
| D1 | D2 | D3 | D4 | D5 | D6 | D7 | D8 | D9 | |
| 0遍 | 2406.1 | 1533.0 | 859.9 | 445.2 | 256.1 | 133.5 | 92.2 | 65.6 | 49.5 |
| 5遍 | 2144.4 | 1269.8 | 725.8 | 397.1 | 234.4 | 122.5 | 78.7 | 55.2 | 43.1 |
| 10遍 | 2053.0 | 1184.0 | 656.8 | 366.4 | 229.7 | 122.9 | 81.0 | 58.6 | 43.4 |
| 15遍 | 1987.4 | 1075.1 | 618.2 | 353.9 | 226.7 | 122.7 | 79.1 | 55.5 | 44.9 |
| 20遍 | 1830.8 | 1034.6 | 595.6 | 352.1 | 228.4 | 121.7 | 78.9 | 59.3 | 43.1 |
将土基分为4层，然后用软件反算各层模量，反算结果见表2。
表2不同冲压遍数下土基各层模量均值
| 0遍 | 5遍 | 10遍 | 15遍 | 20遍 | |
| 第一层30cm | 22.4 | 37.9 | 42.3 | 52.7 | 56.9 |
| 第二层60cm | 44.9 | 55.2 | 66.0 | 69.7 | 67.6 |
| 第三层90cm | 90.0 | 94.3 | 85.5 | 97.5 | 95.9 |
| 第四层无限深 | 140.9 | 167.6 | 168.8 | 175.9 | 172.1 |
通过分析表中结果，可以初步得到如下结论：
这种冲击压实技术具有良好的深部压实效果。土基深度距地表1米内效果非常显著。对本例，冲压15遍已达到较好的效果，继续冲压效果不明显。
(2)探地雷达在道路施工过程中的应用技术包括路面结构层厚度检测评价技术和路面结构层压实度、含水量检测评价技术：
a、路面结构层厚度连续检测评价技术
具体实施步骤为：在道路施工过程中，利用探地雷达对各结构层进行连续测试，然后利用介电特性及厚度分析技术对探地雷达数据进行分析，得到各结构层的厚度，并将其与各结构层厚度的设计值进行对比，及时发现质量隐患。
b、路面结构层压实度、含水量连续检测评价技术
具体实施步骤为：在道路施工过程中，采用探地雷达对各结构层进行连续测试，然后利用介电特性及压实度、含水量分析技术对探地雷达数据进行分析，得到各结构层的压实度及含水量，找出压实不足的路段，及时发现质量隐患，控制施工质量。
(3)落锤式弯沉仪与探地雷达应用技术的集成在道路施工过程中的应用技术，将探地雷达对路面结构层厚度的连续检测分析结果输入基于落锤式弯沉仪检测数据的路面结构力学特性反算软件中，以提高现行软件对路面结构力学特性的反算精度。
Claims (1)
1、一种落锤式弯沉仪及探地雷达在道路施工过程中的应用技术，其特征是：所述落锤式弯沉仪及探地雷达在道路施工过程中的应用技术包括以下三个方面：
(1)落锤式弯沉仪在道路施工过程中的应用技术包括道路质量分层检测评价技术和路基冲压实效果评价技术；
a、路基路面分层检测评价技术
具体实施步骤为：当道路由路基、底基层、基层到面层逐层施工时，首先采用落锤式弯沉仪从路基开始逐层对道路各结构层进行弯沉测试，然后利用力学特性反分析软件对弯沉数据进行分析，对道路结构层的刚度等力学特性做出评价，及时发现质量隐患，控制施工质量；
b、路基冲击压实效果评价技术
具体实施步骤为：首先采用落锤式弯沉仪检测不同压实遍数下路基的弯沉，然后利用力学特性反分析软件反算不同路基深度处的模量，从而对路基冲击压实效果进行评价；
(2)探地雷达在道路施工过程中的应用技术包括路面结构层厚度检测评价技术和路面结构层压实度、含水量检测评价技术：
a、路面结构层厚度连续检测评价技术
具体实施步骤为：在道路施工过程中，利用探地雷达对各结构层进行连续测试，然后利用介电特性及厚度分析技术对探地雷达数据进行分析，得到各结构层的厚度，并将其与各结构层厚度的设计值进行对比，及时发现质量隐患；
b、路面结构层压实度、含水量连续检测评价技术
具体实施步骤为：在道路施工过程中，采用探地雷达对各结构层进行连续测试，然后利用介电特性及压实度、含水量分析技术对探地雷达数据进行分析，得到各结构层的压实度及含水量，找出压实不足的路段，及时发现质量隐患，控制施工质量；
(3)落锤式弯沉仪与探地雷达应用技术的集成在道路施工过程中的应用技术，将探地雷达对路面结构层厚度的连续检测分析结果输入基于落锤式弯沉仪检测数据的路面结构力学特性反算软件中，以提高现行软件对路面结构力学特性的反算精度。
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