現(xiàn)代公路工程試驗(yàn)檢測(cè)方法及應(yīng)用
2011-10-13 來源：建設(shè)工程教育網(wǎng)
一、公路工程試驗(yàn)檢測(cè)概述
公路工程試驗(yàn)檢測(cè)工作是公路工程施工技術(shù)管理中的一個(gè)重要組成部分，同時(shí)也是公路工程施工質(zhì)量控制和竣工驗(yàn)收評(píng)定工作中不可缺少的一個(gè)主要環(huán)節(jié)。通過試驗(yàn)檢測(cè)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(píng)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(píng)定工程質(zhì)量。因此，工程試驗(yàn)檢測(cè)工作對(duì)于提高工程質(zhì)量、加快工程進(jìn)度、降低工程造價(jià)、推動(dòng)公路工程施工技術(shù)進(jìn)步，將起到極為重要的作用。公路工程試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)是一門正在發(fā)展的新興學(xué)科，它融試驗(yàn)檢測(cè)基本原理和測(cè)試操作技能及公路工程相關(guān)學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)于一體，是工程設(shè)計(jì)參數(shù)、施工質(zhì)量控制、施工驗(yàn)收評(píng)定、養(yǎng)護(hù)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(yàn)檢測(cè)工作的一個(gè)組成部分，路基路面現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)被廣范應(yīng)用于公路改擴(kuò)建工程，其檢測(cè)結(jié)果對(duì)于合理確定改擴(kuò)建方案，減少改擴(kuò)建工程成本都起到舉足輕重的作用。
二、探地雷達(dá)檢測(cè)方法的原理及應(yīng)用
（一）探地雷達(dá)檢測(cè)方法的原理
雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)實(shí)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(dòng)輻射波，一般具有低頻性質(zhì)，而雷達(dá)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(hào)，再經(jīng)過硬件與軟件及圖文顯示系統(tǒng)，得到檢測(cè)結(jié)果。從地球物理觀點(diǎn)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(shí)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(jìn)行無損檢測(cè)提供了物理前提和有利條件。同時(shí)，路基路面檢測(cè)是一種超淺層至淺層的探測(cè)，要求檢測(cè)方法精度高，分辨率高，信噪比高，能在自然和人文強(qiáng)干擾下適應(yīng)工作，輕便高效。
探地雷達(dá)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(dá)脈沖在地下傳播過程中，遇到不同電性介質(zhì)交界面時(shí)，部分雷達(dá)波的能量被反射回地面，被接收天線接收。探地雷達(dá)探測(cè)的是來自地下介質(zhì)交界面的反射波，記錄的每一雷達(dá)數(shù)據(jù)n（t）可看成是雷達(dá)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(dá)系統(tǒng)，而R（t）則包含了地下介質(zhì)的信息。探地雷達(dá)通過記錄反射波到達(dá)地面的時(shí)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(dá)對(duì)道路結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，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(dá)波反射信號(hào)的雙程旅行時(shí)、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(cè)路面下基層、路基等的狀況，達(dá)到檢測(cè)目的。
（二）探地雷達(dá)檢測(cè)方法的應(yīng)用
例如，某高速公路擴(kuò)建需對(duì)現(xiàn)有路況進(jìn)行檢測(cè)，為制定擴(kuò)建對(duì)策提供依據(jù)，而在已通車運(yùn)行的高速公路上進(jìn)行檢測(cè)不能中斷現(xiàn)有交通、檢測(cè)路線長(zhǎng)、檢測(cè)時(shí)間有限。如何對(duì)原有高速公路的路基路面結(jié)構(gòu)狀況進(jìn)行快速準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，是一個(gè)值得深入探討的問題。該檢測(cè)工作使用瑞典MALA公司制造的RAMAC/GPR型探地雷達(dá)，信號(hào)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(cè)，理想測(cè)深為1.5m。
2．主機(jī)：采用通用型主機(jī)（CUII），該主機(jī)用采集軟件Ground Vision（Windows2000/XP中文系統(tǒng)）進(jìn)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(jí)成多道系統(tǒng)（4道系統(tǒng)MC4及16道系統(tǒng)MC16，升級(jí)時(shí)只需將MC4或MC16模塊從外部連接并固定即可）。
3．信號(hào)采集軟件：Ground Vision是RAMAC/GPR雷達(dá)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(jī)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(gè)采集的數(shù)據(jù)和設(shè)置都保存在文件中，可對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。GROUND VISION軟件支持GPS或多種標(biāo)記。所有雷達(dá)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(dá)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(dá)數(shù)據(jù)處理軟件。此次檢測(cè)可以掃描得到清晰的雷達(dá)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(yàn)檢測(cè)方法的原理及應(yīng)用
（一）旁壓試驗(yàn)檢測(cè)方法的原理
旁壓試驗(yàn)PMT（pressure meter test）又稱橫壓試驗(yàn)，是工程地質(zhì)勘察中原位測(cè)試方法的一種，旁壓試驗(yàn)是將圓柱形旁壓器豎直放在土中，利用旁壓器的擴(kuò)張，對(duì)周圍土體施加均勻壓力，測(cè)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(yàn)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(yàn)標(biāo)高處進(jìn)行試驗(yàn)。它對(duì)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(yàn)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(jìn)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(jìn)到預(yù)定試驗(yàn)位置后，進(jìn)行旁壓試驗(yàn)。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(duì)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(diǎn)。但其操作復(fù)雜，對(duì)含碎石的土層是不適用的。
3．壓入式旁壓試驗(yàn)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(yàn)深度進(jìn)行旁壓試驗(yàn)，由于壓入過程有擠土作用，與擠土樁機(jī)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(jìn)行旁壓試驗(yàn)。它與自鉆式旁壓儀一樣，對(duì)周圍土體的擾動(dòng)相對(duì)較小，而操作技術(shù)比自鉆式旁壓儀簡(jiǎn)單，壓入式旁壓儀對(duì)一般粘性土、粉土和軟土均適用，對(duì)于硬粘土或密實(shí)土不易壓入時(shí)，也可在孔底先鉆一個(gè)直徑比旁壓器小些的鉆孔。
（二）旁壓試驗(yàn)檢測(cè)方法的應(yīng)用
旁壓試驗(yàn)前，最好先進(jìn)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(yàn)，試驗(yàn)最小深度、連續(xù)試驗(yàn)層位間距、取土鉆孔或其它原位測(cè)試與旁壓試驗(yàn)孔間的水平距離，均不宜小于1m。對(duì)于預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)，成孔質(zhì)量極為重要，要盡可能減小孔壁的擾動(dòng)，即使不大的擾動(dòng)帶，也會(huì)顯著影響試驗(yàn)結(jié)果?？妆诘臄_動(dòng)包括：鉆具對(duì)孔壁的擾動(dòng)、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(dòng)影響是不同的。針對(duì)具體土層條件，應(yīng)選擇合適的鉆進(jìn)成孔工藝，孔深不大的、土層軟的可以手動(dòng)勺鉆，孔深大的，或遇軟巖和風(fēng)化巖，可用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成孔。對(duì)可塑-硬塑粘性土，可用環(huán)刀成孔器；對(duì)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(qiáng)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(duì)孔壁土體的擾動(dòng)，保護(hù)孔壁土體的含水量，成孔深度一般應(yīng)比試驗(yàn)深度大50cm，對(duì)孔壁穩(wěn)定性差的或有縮孔的土層，宜采用泥漿護(hù)壁，成孔后試驗(yàn)應(yīng)盡快進(jìn)行，盡可能縮短間隔時(shí)間，一般不宜超過15min。
現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)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(cè)管和輔管管路上的所有閥門，并按逆時(shí)針方向擰松調(diào)壓閥，向水箱稍加壓力，加快注水速度，同時(shí)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(cè)管內(nèi)的水位達(dá)到或稍高于零位時(shí)，關(guān)閉注水閥和測(cè)量腔注水閥，終止注水。
2．將旁壓器垂直舉起，使測(cè)量腔中點(diǎn)與測(cè)管零刻度齊平，把水位調(diào)至零位，并立即關(guān)閉測(cè)管閥和輔管閥，然后將旁壓器放入鉆孔預(yù)定測(cè)試深度。
3．打開測(cè)管閥和輔管閥，此時(shí)旁壓器內(nèi)產(chǎn)生靜水壓力Pw，系旁壓器測(cè)量腔中點(diǎn)至測(cè)管水面間產(chǎn)生的水柱壓力，該壓力實(shí)際上為第一級(jí)壓力。
4．順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)調(diào)壓閥，調(diào)至所加壓力Pm，逐級(jí)加壓并按規(guī)定時(shí)間順序測(cè)記測(cè)管水位下降值Sm。當(dāng)測(cè)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(yàn)，《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-94）規(guī)定，當(dāng)量測(cè)腔擴(kuò)張?bào)w積相當(dāng)于其固有體積時(shí)可終止試驗(yàn)。
