公路施工监测新技术的发展研究
2015-05-22
在公路施工的整个过程中，公路质量问题一直是一个让人头疼的问题。很多时候，并不是施工人员的问题，不是管理上的问题，不是资金上材料上的问题，而是检测技术的问题。（当然，这并不是说管理、人员、资金和材料方面没有问题）在发展的新阶段，随着车辆数量、吨位以及公路负重越来越大的情况下，传统的很多公路施工监测技术已经无法满足公路质量的要求了，进行新技术的探讨并研发，能够为公路施工的监测工作提供技术上的坚强后盾。
一、超声波监测技术
1、超声波监测的原理
超声波检测技术在公路施工中的作用主要是监测施工中混凝土结构是否存在质量问题，通过及时发现问题从而控制整个工程的质量。超声波监测技术主要是通过技术条件一样的脉冲波在混凝土里的传播时间以及返回波的振幅、频率等技术参数和原来参数的差异来辨别混凝土是否存在质量上的问题。因为超声波的传播速度与混凝土的结构和密实程度都有很大的关系，一般来说，在知道了混凝土的原材料、龄期、配合比和所要测试的距离的情况下，如果超声波的传播速度很快，同时首波信号频率和波幅都比较大的话，则说明混凝土结构密实；但如果超声波的传播速度比较慢，而且首波信号频率和波幅都较小，就证明混凝土不太密实。因为空气中声音的阻抗率比混凝土的要小得多，当脉冲波在进行混凝土结构质量的监测时，如果遇上了空洞、裂缝或者杂质的话，声波就会在这些缺陷的界面中产生散射或者反射现象而被削弱，其中的高频率部分别削减的程度更大，所以当这些被削弱的波返回到发射端时，就会与发射波之间在相位差和声程方面存在一些差异。根据这一原理，就能够对混凝土中的结构有更准确的把握，甚至能够算出这些缺陷的大小。
2、超声波监测
（1）监测仪器的要求
对公路施工进行监测的超声波仪器可以分为两种，一种是数字式的，另一种是模拟式的。数字式的超声波监测仪能够将相关数据转化成离散形式的信息，也能够对信息进行采集、储存以及智能化处理，而模拟式的超声波监测仪能够通过模拟技术将信号拼成连续的信号，从而使参数变得形象化。
（2）仪器测试方法
在使用超声波检测技术时，首先要在施工公路中用钻孔机进行钻孔，然后将超声波监测器的纵波探头伸到孔底，接着往孔里面注入清水。然后进行数据的测量。测量之后的数据会被储存在仪器的计算机系统中。在此过程中的水的作用是让换能器和孔壁的岩体实现耦合状态。
（3）相关数据的分析
将原始的超声波参数与返回波的参数进行比较，就能够分辨出混凝土的内部结构是否严实。对于公路施工前的岩体测试工作也照样可以利用超声波技术来进行。
（4）影响因素
在进行超声波监测工作时，这些条件都有可能对监测产生影响：如果纵波的测定速度环境不是在无限大的介质环境中所测得的，就有可能发生横向尺寸的效应；如果测试环境的温度不在5-30℃时，温度的变化对超声波速度的影响也会很大；如果施工材料包括钢筋的，也会影响测试的结果，因为超声波在钢筋中的传播速度比一般混凝土的要高出大约1.5倍；施工中水泥的用量不同以及水灰比不同，超声波的传输速度也不同。
（5）超声波技术的再发展
为了消除超声波在监测时所受到的多因素的影响，使监测工作更加准确方便，在对超声波在公路施工方面技术的再研究的基础上，研究工作已经延伸到了混凝土等施工材料层面上。一种更加精准的监测程序是：下测试时先建立混凝土强度的校正曲线，通过声速来计算出混凝土强度，在得知了混凝土的强度的基础上再进行监测。
二、雷达监测技术
目前另一项更新的公路施工监测技术是雷达监测技术，这是一种利用高频率的电磁波进行探测的物理探测方法。在我国国内，这种方法还处于刚使用的初级阶段。
（1） 组成及工作原理
这种技术的优点是在进行公路施工监测时，能够做到无损和连续监测，同时，该监测技术还具有高效率、高精度的特点。雷达监测技术设备主要由两方面组成，一个是雷达主机，另一个是天线系统。其中，雷达主机又有控制系统和计算机系统组成；天线系统包括一个发射装置和一个相应的接收装置。其中发射装置又包含发射天线和发射控制器，而接收装置包含一个接收控制器和一个接收天线。在这些部件当中，控制系统和计算机系统的作用是向天线系统提供一个信号的触发点，把天线系统所接受的信息转化成数字信息，并且将这些信息进行必要的处理和储存。天线系统的任务是接受和发送信号，并且将其所发射的信号和电磁波形式的信号进行互相转化。总的来说，雷达监测技术相关设备的工作原理就是将高频率的电磁波用宽带脉冲的形式，经过发射天线从一定的角度送达地下或者公路隧道施工的前方，当这些电磁波经过有电性差异的岩层或者是有异物时，这些电磁波就会被反射到地面，天线系统接收到这些折回来的信号，通过分析和处理，就能够知道发射波和接收波之间在强度、路径和波形等方面的差异，就能够对所监测的岩层或者施工路面进行精确的分析和了解。在进行雷达监测时，它所能监测的深度和精确度与设备自身的天线频率有很大关系。
（2）雷达监测技术的作用
在传统的公路施工监测中，传统的方法有挖坑检查法和钻芯取样法，这两种方法目前在我国的应用还是非常广泛的，特别是在一些乡镇农村地区的公路施工监测中的应用。这些方法本身具有一定的盲目性，并且很费时，效率也很低，对原有的路面结构的破坏性也非常大。雷达监测技术所采用的是电磁波的形式，能够很好地解决这些问题，做到无损，同时还能生成连续、实时的纵剖面成像图，是目前进行路面施工监测的一项全新的技术。在进行公路施工监测时，最主要的检测内容就是路面厚度的监测。在对公路施工厚度检测时，由于公路厚度本身并不大，所以监测误差往往被要求控制在1厘米之内。通过雷达监测技术的应用，可以轻松达到这一要求。
（3）雷达监测技术的使用
由于雷达监测技术本身的精确度所要求，所以雷达监测技术提供了可以在不同的施工材料中采用不同的雷达监测。如果施工路面是沥青混凝土，则可以采用分辨率和发射频率都很高的雷达天线，这种雷达的监测误差不超过5毫米，同时还能对3厘米之内不同介质的界面进行分辨；这种雷达监测的缺点是本身能量比较低，由于介质中的监测工作本身的耗能量非常大，所以只能监测到30厘米左右的厚度。基于此，此技术的最重要的应用是分析沥青路面的每一层的厚度。如果是一般的水泥路面，则可以采用频率相对较低的雷达天线，比如500MHz，使用这种监测雷达的特点是能够发射能量很高的电磁波，穿透能力可以达到1.5米左右，但是精确度相对来说会低一些。
