现代公路试验检测方法原理及应用
2011-10-17 来源：建设工程网
一、公路工程试验检测概述
公路工程试验检测工作是公路工程施工技术管理中的一个重要组成部分，同时也是公路工程施工质量控制和竣工验收评定工作中不可缺少的一个主要环节。通过试验检测能充分地利用当地原材料，能迅速推广应用新材料、新技术和新工艺；能用定量的方法科学地评定各种材料和构件的质量；能合理地控制并科学地评定工程质量。因此，工程试验检测工作对于提高工程质量、加快工程进度、降低工程造价、推动公路工程施工技术进步，将起到极为重要的作用。公路工程试验检测技术是一门正在发展的新兴学科，它融试验检测基本原理和测试操作技能及公路工程相关学科基础知识于一体，是工程设计参数、施工质量控制、施工验收评定、养护管理决策及各种技术规范和规程修订的主要依据。作为公路工程试验检测工作的一个组成部分，路基路面现场试验检测技术已经被广范应用于公路改扩建工程，其检测结果对于合理确定改扩建方案，减少改扩建工程成本都起到举足轻重的作用。
二、探地雷达检测方法的原理及应用
（一）探地雷达检测方法的原理
雷达检测技术实质上是一种特高频电磁波发射与接受技术，它与地震波不同，地震波是在锤击或小量炸药引爆情况下产生的一种振动辐射波，一般具有低频性质，而雷达波由自身激振产生，直接向路基路面中发射射频电磁波，通过波的反射与接收获得路基路面的采样信号，再经过硬件与软件及图文显示系统，得到检测结果。从地球物理观点看，路基路面的结构类型可视为典型的水平层状介质模型，鉴于路基路面构筑材料、构筑方法的差异，使其存在着各种物性（电性、密度、弹性波或电磁波传播速度和吸收等）差异，同时由于是人工构筑比天然的水平层状地层要均匀单一，因此为应用地球物理方法进行无损检测提供了物理前提和有利条件。同时，路基路面检测是一种超浅层至浅层的探测，要求检测方法精度高，分辨率高，信噪比高，能在自然和人文强干扰下适应工作，轻便高效。
探地雷达是利用高频电磁脉冲波以宽频带短脉冲形式由发射天线送入地下，该雷达脉冲在地下传播过程中，遇到不同电性介质交界面时，部分雷达波的能量被反射回地面，被接收天线接收。探地雷达探测的是来自地下介质交界面的反射波，记录的每一雷达数据n（t）可看成是雷达脉冲子波b（t）与反射波系数序列R（t）的褶积。子波b（t）取决于所使用的雷达系统，而R（t）则包含了地下介质的信息。探地雷达通过记录反射波到达地面的时间t和反射波的波幅来研究地下介质的分布。在用探地雷达对道路结构进行检测时，如果道路的局部地段受到破坏，则介质的电性将发生变化，从而导致雷达波反射信号的双程旅行时、振幅及频谱特征发生明显变化，根据这些变化特征，就可以推测路面下基层、路基等的状况，达到检测目的。
（二）探地雷达检测方法的应用
例如，某高速公路扩建需对现有路况进行检测，为制定扩建对策提供依据，而在已通车运行的高速公路上进行检测不能中断现有交通、检测路线长、检测时间有限。如何对原有高速公路的路基路面结构状况进行快速准确的现场检测，是一个值得深入探讨的问题。该检测工作使用瑞典MALA公司制造的RAMAC/GPR型探地雷达，信号采集、数据处理采用专用的Ground Vision和Reflexw软件系统：
1．天线：选用瑞典RAMAC 800MHz屏蔽天线。屏蔽天线特别适合于城市及有干扰背景（如高压线，车等）的地方，800MHz屏蔽天线主要用于隧道、路面等浅层高分辨率探测，理想测深为1.5m。
2．主机：采用通用型主机（CUII），该主机用采集软件Ground Vision（Windows2000/XP中文系统）进行操作，它通过并口用ECP方式传输资料，因此传输速度很快。CUII可与RAMAC/GPR的所有天线兼容，并可升级成多道系统（4道系统MC4及16道系统MC16，升级时只需将MC4或MC16模块从外部连接并固定即可）。
3．信号采集软件：Ground Vision是RAMAC/GPR雷达单道或多道系统的数据采集软件，它可以用UII，X3M或X3M CORDER等主机来采集数据。该软件有非常容易使用的用户界面，以做文件管理，打印和其他工作。每一个采集的数据和设置都保存在文件中，可对采集数据进行滤波。GROUND VISION软件支持GPS或多种标记。所有雷达数据都以打印或用其它软件做后处理。
4．数据处理软件：Reflexw雷达数据处理及解释软件包为模块式组合，包括二维数据分析及解释、维数据分析及解释，三维立体显示，正演，层析成像，CMP数据处理，孔中数据处及解释等模块，在欧洲它是权威性的雷达数据处理软件。此次检测可以扫描得到清晰的雷达剖面图，在图中可以比较清楚直观的分辨出路面面层的厚度状况。
三、旁压试验检测方法的原理及应用
（一）旁压试验检测方法的原理
旁压试验PMT（pressure meter test）又称横压试验，是工程地质勘察中原位测试方法的一种，旁压试验是将圆柱形旁压器竖直放在土中，利用旁压器的扩张，对周围土体施加均匀压力，测量压力和径向变形之间的关系，即可得地基土在水平方向上的应力应变关系。旁压仪分：预钻式旁压仪（PB-PMT）、自钻式旁压仪（SB-PMT）、压入式旁压仪（PI-PMT）。压入式旁压仪包括圆锥压入式旁压仪和圆筒压入式旁压仪，不同旁压仪的差异在于将旁压器设置在土中的方法是不同的。
1．预钻式旁压试验是预先在岩土中钻一符合要求的竖向钻孔，然后将旁压器放入孔内试验标高处进行试验。它对于不易成孔或易缩孔的土层是不适用的。
2．自钻式旁压试验是将旁压器（下端为环形刃具，内有旋转切削钻头）以静压方式一边压入土中，一边利用钻头破碎进入刃具的土，用泥浆将碎土循环冲到地面。用自钻式旁压仪的自钻功能，钻进到预定试验位置后，进行旁压试验。自钻式旁压仪的旁压器直接与土接触，旁压器周围的土体不如预钻式那样经过应力释放，故对周围土的应力状况，基本保持原位的应力状态，这是其优点。但其操作复杂，对含碎石的土层是不适用的。
3．压入式旁压试验中的圆锥压入式旁压仪可利用静力触探设备以静压方式压入土中，压到一定试验深度进行旁压试验，由于压入过程有挤土作用，与挤土桩机理相似，圆筒压入式旁压仪是在孔底以静压方式压入土中一定深度进行旁压试验。它与自钻式旁压仪一样，对周围土体的扰动相对较小，而操作技术比自钻式旁压仪简单，压入式旁压仪对一般粘性土、粉土和软土均适用，对于硬粘土或密实土不易压入时，也可在孔底先钻一个直径比旁压器小些的钻孔。
（二）旁压试验检测方法的应用
旁压试验前，最好先进行静力触探，初选贯入阻力均匀、厚度不小于1m的层位做旁压试验，试验最小深度、连续试验层位间距、取土钻孔或其它原位测试与旁压试验孔间的水平距离，均不宜小于1m。对于预钻式旁压试验，成孔质量极为重要，要尽可能减小孔壁的扰动，即使不大的扰动带，也会显著影响试验结果。孔壁的扰动包括：钻具对孔壁的扰动、塌孔、循环液的冲蚀和孔壁土的软化，不同的土层条件，它们的扰动影响是不同的。针对具体土层条件，应选择合适的钻进成孔工艺，孔深不大的、土层软的可以手动勺钻，孔深大的，或遇软岩和风化岩，可用回转钻进成孔。对可塑-硬塑粘性土，可用环刀成孔器；对软塑-流塑软土，可用提土器成孔，成孔直径比旁压器外径大2～8mm为宜，强度高的土孔径宜小，孔形要圆整，孔壁要垂直，应尽量减轻对孔壁土体的扰动，保护孔壁土体的含水量，成孔深度一般应比试验深度大50cm，对孔壁稳定性差的或有缩孔的土层，宜采用泥浆护壁，成孔后试验应尽快进行，尽可能缩短间隔时间，一般不宜超过15min。
现场试验步骤如下：
1．先向水箱注满蒸馏水或干净的冷开水，然后将旁压器竖立于地面，打开水箱至测管和辅管管路上的所有阀门，并按逆时针方向拧松调压阀，向水箱稍加压力，加快注水速度，同时不停地拍打尼龙管束和摇晃旁压器，以便排除旁压器和管中滞留的气泡，当测管内的水位达到或稍高于零位时，关闭注水阀和测量腔注水阀，终止注水。
2．将旁压器垂直举起，使测量腔中点与测管零刻度齐平，把水位调至零位，并立即关闭测管阀和辅管阀，然后将旁压器放入钻孔预定测试深度。
3．打开测管阀和辅管阀，此时旁压器内产生静水压力Pw，系旁压器测量腔中点至测管水面间产生的水柱压力，该压力实际上为第一级压力。
4．顺时针方向旋转调压阀，调至所加压力Pm，逐级加压并按规定时间顺序测记测管水位下降值Sm。当测管水位下降值接近最大允许值或压力加至仪器最大额定值，应终止试验，《岩土工程勘察规范》（GB50021-94）规定，当量测腔扩张体积相当于其固有体积时可终止试验。
