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路面雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在瀝青路面壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用

文檔作者：王海濤文檔來(lái)源：安徽省公路工程檢測(cè)中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年09月25日
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2011年12月上
第40卷第354期
施工技術(shù)
CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY 37
路面雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在瀝青路面壓實(shí)
質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用
王海濤
(安徽省公路工程檢測(cè)中心，安徽合肥230022)
【摘要]瀝青路面的壓實(shí)質(zhì)量是控制其工程質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。路面雷達(dá)作為一種高效、快速、連續(xù)、無(wú)損的路面檢
測(cè)設(shè)備，其應(yīng)用技術(shù)的研究自20世紀(jì)90年代以來(lái)一直是國(guó)際上的熱門課題。路基材料介電特性的差異是路面雷
達(dá)應(yīng)用的先決條件，利用混合料的介電特性與其組成的固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三相體的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)而基于路面結(jié)構(gòu)層
材料介電特性。將路面雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于瀝青路面壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)評(píng)價(jià)中，開拓了路面雷達(dá)的應(yīng)用領(lǐng)域和
范圍。
【關(guān)鍵詞】道路工程；瀝青路面；無(wú)損檢測(cè)；路面雷達(dá)；介電常數(shù)
[中圖分類號(hào)】U416．217 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A [文章編號(hào)】1002—8498(2011)23-0037-03
Application of GPR Nondestructive Testing Technique in Compaction Quality
Inspection of Asphalt Pavement
Wang Haitao
(Anhui Testing Center For Highway Enginee矗ng，Hefei。Anhui 230022，China)
Abstract：The compaction quality of the asphalt pavement is a key index to control engineering quality．
As an effective，speedy，continuous and nondestructive testing equipment，the study on application of
Ground Penetrating Radar(GPR)in pavement has been popular all over the world since 1 990s．The
precondition of GPR application is the difference of dielectric properties of roadbed material，using
dielectric properties of mixture and the correlation of its solid state，liquid state and gas state，and then
based on the dielectric properties of material for pavement layers，GPR nondestructive testing technique is
used in compaction quality inspection of asphalt pavement，the application field and scope of GPR
nondestructive testing technique is widened．
Key words：highway engineering；asphalt pavements；nondestructive testing；ground penetrating radar；
dielectric constant
瀝青路面的壓實(shí)質(zhì)量是控制其工程質(zhì)量關(guān)鍵
指標(biāo)。傳統(tǒng)公路鉆芯取樣方法檢測(cè)不僅效率低、偶
然性大、代表性差，而且對(duì)路面具有很強(qiáng)的破壞作
用，給公路造成難以估量的病害和隱患，降低公路
的正常使用壽命，已不能適應(yīng)現(xiàn)代高速公路飛速發(fā)
展的需要。迫切需要研制快速準(zhǔn)確的壓實(shí)度檢測(cè)
方法。
目前路面雷達(dá)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于厚度的檢測(cè)，
而對(duì)于密度、壓實(shí)度的檢測(cè)還處于探索階段，本文
嘗試將路面雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于瀝青路面壓
[收疆日期】2011-08-01
【作者雨介]王海濤，安徽省公路工程檢測(cè)中心工程師，安徽省合肥
市九華山西路l號(hào)230022。電話：(0551)3664958，E-mail：ht0929@
tom．com
實(shí)質(zhì)量檢測(cè)中。
l基本測(cè)試原理
以復(fù)合介質(zhì)均方根模型為例解釋路面雷達(dá)檢
測(cè)瀝青路面壓實(shí)質(zhì)量測(cè)試原理，復(fù)合介質(zhì)均方根模
型也稱為體積模型，也就是復(fù)折射率法(CRIM)。
假設(shè)復(fù)合介質(zhì)由空氣、瀝青以及固體填料三相
介質(zhì)組成，如圖l所示。顯然，探地雷達(dá)所發(fā)射的脈
沖電磁波在復(fù)合介質(zhì)層內(nèi)的旅行時(shí)間等于各段脈
沖旅行時(shí)間之和：
At=At。+△f，+△t。(1)
式中：At，At．，At。和△t。分別為復(fù)合介質(zhì)層及空
氣、瀝青和固體填料段的反射脈沖旅行時(shí)間(也稱
為雙程走時(shí))。
探地雷達(dá)所發(fā)射的脈沖電磁波在介質(zhì)中傳播
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
38 施工技術(shù)第40卷
圈1體積模型示意
Fig．1 Volume model
的速度為：
穢=c／^知， (2)
式中：c為真空中的光速(0．3m／ns)；8，為介質(zhì)的相
對(duì)介電常數(shù)。
脈沖電磁波在介質(zhì)中雙程走時(shí)為：
At=2h／v (3)
考慮式(2)和式(3)，則式(1)可轉(zhuǎn)化為：
、?8m=01 08I+0?！?．+0|,／72． 04、)
式中：B．，8。和8。分別為復(fù)合介質(zhì)中空氣、瀝青和
固體填料的介電常數(shù)；^為總厚度；h．，h。和h。分別
為空氣、瀝青及固體填料段的厚度；0。，0。和0。分
別為空氣、瀝青和固體填料的體積百分含量。
式(4)即是考慮三相介質(zhì)(空氣、瀝青、固體)時(shí)
復(fù)合介質(zhì)介電常數(shù)的體積模型公式。
在對(duì)新鋪瀝青面層的壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)評(píng)定時(shí)，
由于其含水量微弱可忽略，路面雷達(dá)實(shí)時(shí)分析路面
材料的介電常數(shù)，利用瀝青混合料的介電常數(shù)、體
積比、密度三者之間的內(nèi)在聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)密度、壓實(shí)度
的快速檢測(cè)。
2瀝青混合料介電常數(shù)與密度、壓實(shí)度關(guān)系的試驗(yàn)
研究
A高速公路為雙向4車道，全封閉，平原微丘區(qū)
高速公路。設(shè)計(jì)車速為120km／h。瀝青路面結(jié)構(gòu)
為：8em厚AC．25粗粒式瀝青混凝土下面層+6em
厚AC一20中粒式瀝青混凝土中面層+4em厚AC．13
改進(jìn)型抗滑表層。
結(jié)合A高速公路瀝青下面層施工進(jìn)度情況，選
取有代表性路段，利用路面雷達(dá)檢測(cè)瀝青混凝土介
電特性，取芯驗(yàn)證芯樣毛體積密度和壓實(shí)度，研究
現(xiàn)場(chǎng)攤鋪情況下瀝青混凝土介電特性與壓實(shí)指標(biāo)
的相關(guān)性。
本次試驗(yàn)采用美國(guó)Pulse Radar公司的路面雷
達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)Rodar V，配置中心頻率為1GHz天線。
主要技術(shù)指標(biāo)如下：①天線類型雙基型空氣耦合
式天線；②系統(tǒng)測(cè)速可達(dá)110km／h；③采樣頻率
5MHz；④雷達(dá)信號(hào)采集速率50波跡／s／通道，
1 024點(diǎn)／波跡；⑤自動(dòng)測(cè)距儀每秒記錄50次位置
信息。
2．1同一段落試驗(yàn)
2．1．1試驗(yàn)段l
試驗(yàn)段1選取在A高速公路瀝青面層下面層
左幅K26+400—K27+000段，長(zhǎng)600m，利用路面
雷達(dá)檢測(cè)其壓實(shí)質(zhì)量。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如圖2a所示。
從試驗(yàn)段1試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，芯樣毛體積密度與
介電常數(shù)相關(guān)性較好，R2=0．797 2。
2．1．2試驗(yàn)段2
試驗(yàn)段2選取在A高速公路瀝青面層下面層
右幅K53+500一K54+000段，長(zhǎng)500m，利用路面
雷達(dá)檢測(cè)其壓實(shí)質(zhì)量。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如圖2b所示。
籟
牲腳
畚
毛體積相對(duì)密度
a試驗(yàn)段1
毛體積相對(duì)密度
b試驗(yàn)段2
圖2現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果示意
Fig．2 Field test results
從試驗(yàn)段2試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，芯樣毛體積密度與
‘介電常數(shù)相關(guān)性較好，R2=0．814 2。
2．2同一斷面試驗(yàn)
在試驗(yàn)段l中隨機(jī)選取3個(gè)斷面，檢測(cè)該斷面
瀝青混合料介電特性，并在該斷面上選取有代表性
的位置取芯3—4處驗(yàn)證，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如圖3所示。
圈3同一斷面現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果匯總示纛
Fig．3 Field test results of the same section
從同一斷面毛體積密度結(jié)果來(lái)看，3斷面匯總
比較實(shí)測(cè)毛體積密度和反算毛體積密度最大差值
達(dá)到了平均值的4．4％和6．O％，兩者變異系數(shù)分別
為1．234和1．459。考慮到實(shí)測(cè)毛體積密度數(shù)量較
少，且實(shí)測(cè)毛體積密度數(shù)值變化較小，3斷面匯總相
關(guān)性R2=0．85l 5，有很好的相關(guān)性。
2．3同一區(qū)域試驗(yàn)
在試驗(yàn)段2中各選取2個(gè)2m2大小的區(qū)域，檢
一九一k
一
以
一
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
201l No．354 王海濤：路面雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在瀝青路面壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用39
測(cè)該區(qū)域?yàn)r青混合料介電特性，并在該區(qū)域上隨機(jī)
選取代表性點(diǎn)取芯驗(yàn)證，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如圖4和圖5
所示。
毛體積相對(duì)密度
a區(qū)域一
籟
艇
留
畚
籟
靶御
太
毛體積相對(duì)密度
b區(qū)域二
圖4現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果示意
Fig．4 Field test results
毛體積相對(duì)密度
圈5同一區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果匯總示意
Fig．5 Field test results of the s蛐e area
由于所選瀝青下面層試驗(yàn)區(qū)域?yàn)殡x析較大區(qū)
域，兩個(gè)區(qū)域內(nèi)部測(cè)得毛體積密度和介電常數(shù)之間
相關(guān)性較好，R2分別達(dá)到0．939和0．879 9；匯總相
關(guān)性尺2達(dá)到0．853 2，兩者有很好的相關(guān)性。
2．4現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總分析
將A高速公路兩個(gè)試驗(yàn)段數(shù)據(jù)匯總分析，匯總
結(jié)果如圖6所示。
籟
靶
掣
畚
毛體積相對(duì)密度
圈6 A高速公路現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果匯總示意
Fig．6 Field test results of Expressway A
從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)匯總結(jié)果來(lái)看，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)毛體積密
度和介電常數(shù)線性相關(guān)關(guān)系砰達(dá)到了0．792 7，兩
者有很好的相關(guān)性。認(rèn)為反算毛體積密度可以真
實(shí)地反映瀝青路面實(shí)際壓實(shí)情況。
3工程應(yīng)用
在A高速公路，運(yùn)用路面雷達(dá)對(duì)K34+500一
K36+500左幅下面層瀝青面層壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行了檢
測(cè)評(píng)價(jià)。路面雷達(dá)檢測(cè)采取20m一個(gè)數(shù)據(jù)，取芯6
處，檢測(cè)結(jié)果如表1和圖7所示。
襲1 瀝青下面層壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)評(píng)定匯總
Table 1 Compaction quality inspection evaluation of
asphalt under surface course
注：介電常數(shù)變化范嗣5．5—6．5．最佳介電常數(shù)5．8，相關(guān)性公式：
y=8．878 6x一15．515
魁
林
出一‘ I一反劈壓實(shí)度
一標(biāo)準(zhǔn)值
一實(shí)測(cè)壓實(shí)度
圖7現(xiàn)場(chǎng)瀝青下面層檢測(cè)結(jié)果示意
Fig．7 Field test results of asphalt under surface course
4結(jié)語(yǔ)
研究表明，利用路面雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)瀝
青路面結(jié)構(gòu)層的密度、壓實(shí)度是可行的，其精度可
以達(dá)到工程要求。路面雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可以快
速、無(wú)損、連續(xù)地檢測(cè)全線路面工程質(zhì)量狀況，能夠
準(zhǔn)確地評(píng)定瀝青路面壓實(shí)質(zhì)量。采用路面雷達(dá)技
術(shù)檢測(cè)高速公路路面結(jié)構(gòu)具有廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)：
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