无损检测技术在高速公路路基路面测定中的应用

窦体超

（云南交投集团云岭建设有限公司，昆明 650200）

1 引言

随着现代交通体系的不断发展，高速公路作为连接城市和地区的重要纽带，对交通安全和效率的要求越发严格。然而，高速公路路基和路面的质量问题常常影响行车舒适性和道路寿命。传统的有损检测技术存在一定的局限性，因为应用这些技术时可能需要中断交通、耗时耗力，并且在检测过程中可能对道路造成不必要的破坏。

无损检测技术在众多工程领域得到了广泛应用，尤其是在航空、航天和核能等高精尖行业，并显现出了卓越的性能[1]。如今，无损检测技术正逐渐在高速公路工程中得到应用，以实现更准确、高效和非侵入性的路基路面测定。无损检测技术能够在不破坏或仅有最低程度的破坏的情况下，对路基和路面的结构完整性、材料性能等关键参数进行准确测定。这不仅极大地提高了检测效率，还减少了维护成本和社会影响。通过应用如图像检测、红外热成像、超声波检测等先进技术，工程师能够在更短的时间内对高速公路的路基和路面进行全面、深入的评估。本研究旨在通过这些技术协助工程师实现实时监测、快速评估和精确定位路基路面的问题，从而采取及时有效的维护和修复措施。本文将探索这些技术在交通基础设施领域的应用前景，以推动高速公路工程的持续优化和发展。

2 高速公路路基路面无损检测技术应用分析

2.1 高速公路病害类型及传统检测技术的局限性

高速公路在持续的压力作用下往往面临着多种损伤问题的威胁，其中，裂缝现象最为普遍。裂缝主要有两种类型，第一种是顺向裂缝，这种问题经常出现在公路的中心位置，其主要诱因包括温度应力、载荷产生的应力以及地基不均匀沉降等。同时，频繁经过的货运车辆也会引发疲劳性顺向裂缝。另一个原因是季节性的变化，导致路面的沥青材料的温度发生变化，进而产生顺向裂缝。第二种是横向裂缝，其产生与路面基层的收缩裂缝和环境温度变化有关，这对高速公路的耐用性产生了严重影响。如果不能立即进行修复，这些裂缝会急剧扩大，进而造成安全问题。公路边缘的侵蚀也会严重降低公路的整体性能，实际上，这与路肩紧密度不足、边坡排水不畅等因素有关[2]。与高速公路施工过程中存在的材料质量问题、结构设计不当等问题有直接关联，这些因素可能在很大程度上威胁公路的使用效果和寿命。高速路面常见病害问题如图1 所示。

图1 高速公路路面常见病害

定期进行高速公路的质量检测至关重要，这不仅可以提前对高速公路的裂缝、松散等问题进行风险评估，同时能及时地制定出预防措施。传统的道路检测方法主要是随机选点，钻孔取样，然后在实验室进行分析处理以获取所需参数。然而，传统的检测方法具有明显的局限性。由于检测点是随机选择的，所以，很可能会忽视某些关键区域。此外，检测点分布的密度不均也可能导致存在缺陷的区域被漏检。虽然这种传统的检测方法能够在一定程度上揭示高速公路的状况，但是无法全面反映高速公路的整体质量状况。而无损检测技术可以弥补这些问题，实施全面的高速公路路基和路面质量检测，避免潜在问题被忽视。同时，无损检测技术可以提高数据的准确性，提供更可靠的数据支持，为后续的维修和保养工作提供依据。

2.2 频谱分析检测技术

随着计算机科技和精密测量技术的不断进步，对道路检测技术的优化和发展已发生了重大变革。其中，非侵入性或称无损检测技术正在展示出深厚的发展潜力。在高速公路的建设和维护流程中，各种无损检测技术得到了广泛的使用。以频谱分析检测技术为例，这种技术通过改变冲击锤的质量或使用不同类型的锤头来产生包含多个频率成分的雷利地面波。将传感器布置在不同的位置能够检测到波的传播频率。频谱分析检测技术利用频谱域的互谱分析和相干分析技术，旨在测定不同深度地层中介质的力学参数。与传统方法相比，频谱分析检测技术提供了更快速的反应和更高的检测频率。频谱分析检测技术的具体流程如图2 所示。

图2 频谱分析检测技术流程示意图

频谱分析检测技术在高速公路的应用中，通过激发一种短时频域波形，在结构层中进行各向同性的扩散，从而产生雷利地面波。这一过程中，冲击力和冲击方式的微调将直接影响频域波形的特性，可通过调整冲击力和冲击方式控制地面波的频率。在这个过程中，传感器能够获取并记录频谱中的变化，并处理不同状态的雷利地面波。在这个复杂且精确的冲击-观测-分析过程中，每一个频点的细微变化都可能揭示路基和路面的性质和质量状况。因此，频谱分析测验技术能够通过对地面波频率变化的敏感度和精确度，实现对高速公路路面和路基质量的精细化、高效的检测和评估。

2.3 图像检测技术

图像检测技术在这一领域的应用，极大地提高了检测的效率和精确性。图像检测技术利用高分辨率的图像采集设备，获取路面的详细信息，包括裂缝、坑洞、磨损等等。这些信息被输入复杂的图像分析算法中，如深度学习模型，进行准确的路面状况识别和评估。该技术不仅能够实时检测路面的微小变化，通过持续监测还可以预测潜在的路面问题，以实现早期干预和处理。例如，对于某些初期的裂缝，可以通过图像识别技术进行早期发现，以减少可能的道路损坏和维修成本。此外，图像检测技术还可以辅助进行更复杂的路面性能评估，如路面的摩擦系数、路面的反光性等，为高速公路的安全运行提供更全面的保障。图像检测技术为高速公路路基路面的无损检测提供了一种有效、高效的解决方案[3]，同时也为其他基础设施的无损检测提供了借鉴和参考。图像检测技术流程示意图如图3 所示。

图3 图像检测技术流程

图像检测技术的应用系统中，光学系统能够将物体的三维信息转化为二维图像，而且可以根据不同的路面状况调整焦距，以确保数据采集的准确性。稳压电源调光电源则负责提供稳定的电力供应，保证照明系统和光学系统的正常工作，这对于在复杂的外部环境下进行路基路面无损检测十分重要。电荷耦合器件（Charge Coupled Device,CCD）将光学系统捕捉到的光信号转换为电信号，以实现数字化信息处理。电信号通过图像采集卡进行数字化处理，转变为计算机可以处理的数据，计算机接收这些数据，运用预设的图像处理和分析算法，对路面状况进行评估和识别。这一流程中的每个环节都在为图像检测技术的应用提供支持，对路面的全方位、高精度、实时监测，及时发现并处理潜在问题，以保障高速公路的安全运行。

3 无损检测技术在高速公路路基与路面中的应用前景

无损检测技术在实际高速公路路基与路面中的应用前景非常广阔。作为一种非破坏性的检测方法，能够在不影响路基与路面完整性的情况下，准确评估路基的结构状况和性能。这种技术的应用可以提供重要的数据支持，帮助相关人员更好地了解、监测和维护公路基础设施。首先，无损检测技术可以对高速公路路基与路面进行全面的结构评估。通过使用图像检测、红外热像仪和声波检测等手段对路基与路面的厚度、密实度、材料性质等进行准确测量和评估能够确定结构的健康状况、剩余寿命和承载能力，为后续的维护和修复工作提供指导。其次，无损检测技术可以帮助相关人员及早发现路基与路面的缺陷和结构问题，通过检测路面平整度、损伤范围、裂缝等信息，快速发现潜在的问题，例如，使用红外线热像仪可以检测路面温度分布异常。及时发现这些问题有助于采取相应的维修措施，避免严重的损坏和交通事故发生。

无损检测技术在高速公路路基与路面养护中也能发挥重要作用，通过持续监测和定期检测，可以实时追踪路面和路基病害的变化和演化趋势，有助于制订科学合理的养护计划和维护策略，提高养护效益，并延长公路基础设施的使用寿命。

随着技术的不断创新和突破，无损检测设备将更加精确、灵敏和智能化，利用人工智能和模式识别技术可以更好地分析和解读采集到的数据。且该技术在实际应用中的经验累积也将不断丰富，为更多特定场景和问题提供解决方案。随着技术的不断发展，无损检测技术将发挥更加重要的作用，为保障公众的交通出行提供可靠的基础设施支持。

4 结语

高速公路作为重要的交通基础设施，其路基路面结构的质量直接影响着道路安全、驾驶体验和维护成本。传统的检测方法可能会对路面造成损害，而现代无损检测技术已在交通设施检测中取得了重大突破。这类技术广泛应用于航空、核科学和材料工程等领域，主要通过应用图像检测、红外热像仪和声波检测等手段，在不影响交通和破坏路面的情况下，为道路评估提供快速而精确的方法。本文就无损检测技术在高速公路路面和路基检测中的应用效果进行了介绍，该技术的应用可以减少检测时间和相关成本，并避免对路面的破坏，从而确保道路的使用寿命。因此，无损检测技术为高速公路检测提供了一种高效、精确且经济的维护技术选择，既提升了道路质量和安全性，对未来的交通设施管理和维修工作也有重大意义。