公路施工監(jiān)測(cè)新技術(shù)的發(fā)展研究
2015-05-22
在公路施工的整個(gè)過(guò)程中，公路質(zhì)量問(wèn)題一直是一個(gè)讓人頭疼的問(wèn)題。很多時(shí)候，并不是施工人員的問(wèn)題，不是管理上的問(wèn)題，不是資金上材料上的問(wèn)題，而是檢測(cè)技術(shù)的問(wèn)題。（當(dāng)然，這并不是說(shuō)管理、人員、資金和材料方面沒(méi)有問(wèn)題）在發(fā)展的新階段，隨著車(chē)輛數(shù)量、噸位以及公路負(fù)重越來(lái)越大的情況下，傳統(tǒng)的很多公路施工監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足公路質(zhì)量的要求了，進(jìn)行新技術(shù)的探討并研發(fā)，能夠?yàn)楣肥┕さ谋O(jiān)測(cè)工作提供技術(shù)上的堅(jiān)強(qiáng)后盾。
一、超聲波監(jiān)測(cè)技術(shù)
1、超聲波監(jiān)測(cè)的原理
超聲波檢測(cè)技術(shù)在公路施工中的作用主要是監(jiān)測(cè)施工中混凝土結(jié)構(gòu)是否存在質(zhì)量問(wèn)題，通過(guò)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題從而控制整個(gè)工程的質(zhì)量。超聲波監(jiān)測(cè)技術(shù)主要是通過(guò)技術(shù)條件一樣的脈沖波在混凝土里的傳播時(shí)間以及返回波的振幅、頻率等技術(shù)參數(shù)和原來(lái)參數(shù)的差異來(lái)辨別混凝土是否存在質(zhì)量上的問(wèn)題。因?yàn)槌暡ǖ膫鞑ニ俣扰c混凝土的結(jié)構(gòu)和密實(shí)程度都有很大的關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，在知道了混凝土的原材料、齡期、配合比和所要測(cè)試的距離的情況下，如果超聲波的傳播速度很快，同時(shí)首波信號(hào)頻率和波幅都比較大的話(huà)，則說(shuō)明混凝土結(jié)構(gòu)密實(shí)；但如果超聲波的傳播速度比較慢，而且首波信號(hào)頻率和波幅都較小，就證明混凝土不太密實(shí)。因?yàn)榭諝庵新曇舻淖杩孤时然炷恋囊〉枚啵?dāng)脈沖波在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量的監(jiān)測(cè)時(shí)，如果遇上了空洞、裂縫或者雜質(zhì)的話(huà)，聲波就會(huì)在這些缺陷的界面中產(chǎn)生散射或者反射現(xiàn)象而被削弱，其中的高頻率部分別削減的程度更大，所以當(dāng)這些被削弱的波返回到發(fā)射端時(shí)，就會(huì)與發(fā)射波之間在相位差和聲程方面存在一些差異。根據(jù)這一原理，就能夠?qū)炷林械慕Y(jié)構(gòu)有更準(zhǔn)確的把握，甚至能夠算出這些缺陷的大小。
2、超聲波監(jiān)測(cè)
?。?）監(jiān)測(cè)儀器的要求
對(duì)公路施工進(jìn)行監(jiān)測(cè)的超聲波儀器可以分為兩種，一種是數(shù)字式的，另一種是模擬式的。數(shù)字式的超聲波監(jiān)測(cè)儀能夠?qū)⑾嚓P(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成離散形式的信息，也能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行采集、儲(chǔ)存以及智能化處理，而模擬式的超聲波監(jiān)測(cè)儀能夠通過(guò)模擬技術(shù)將信號(hào)拼成連續(xù)的信號(hào)，從而使參數(shù)變得形象化。
?。?）儀器測(cè)試方法
在使用超聲波檢測(cè)技術(shù)時(shí)，首先要在施工公路中用鉆孔機(jī)進(jìn)行鉆孔，然后將超聲波監(jiān)測(cè)器的縱波探頭伸到孔底，接著往孔里面注入清水。然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的測(cè)量。測(cè)量之后的數(shù)據(jù)會(huì)被儲(chǔ)存在儀器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。在此過(guò)程中的水的作用是讓換能器和孔壁的巖體實(shí)現(xiàn)耦合狀態(tài)。
?。?）相關(guān)數(shù)據(jù)的分析
將原始的超聲波參數(shù)與返回波的參數(shù)進(jìn)行比較，就能夠分辨出混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)實(shí)。對(duì)于公路施工前的巖體測(cè)試工作也照樣可以利用超聲波技術(shù)來(lái)進(jìn)行。
（4）影響因素
在進(jìn)行超聲波監(jiān)測(cè)工作時(shí)，這些條件都有可能對(duì)監(jiān)測(cè)產(chǎn)生影響：如果縱波的測(cè)定速度環(huán)境不是在無(wú)限大的介質(zhì)環(huán)境中所測(cè)得的，就有可能發(fā)生橫向尺寸的效應(yīng)；如果測(cè)試環(huán)境的溫度不在5-30℃時(shí)，溫度的變化對(duì)超聲波速度的影響也會(huì)很大；如果施工材料包括鋼筋的，也會(huì)影響測(cè)試的結(jié)果，因?yàn)槌暡ㄔ阡摻钪械膫鞑ニ俣缺纫话慊炷恋囊叱龃蠹s1.5倍；施工中水泥的用量不同以及水灰比不同，超聲波的傳輸速度也不同。
?。?）超聲波技術(shù)的再發(fā)展
為了消除超聲波在監(jiān)測(cè)時(shí)所受到的多因素的影響，使監(jiān)測(cè)工作更加準(zhǔn)確方便，在對(duì)超聲波在公路施工方面技術(shù)的再研究的基礎(chǔ)上，研究工作已經(jīng)延伸到了混凝土等施工材料層面上。一種更加精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)程序是：下測(cè)試時(shí)先建立混凝土強(qiáng)度的校正曲線(xiàn)，通過(guò)聲速來(lái)計(jì)算出混凝土強(qiáng)度，在得知了混凝土的強(qiáng)度的基礎(chǔ)上再進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
二、雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)
目前另一項(xiàng)更新的公路施工監(jiān)測(cè)技術(shù)是雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)，這是一種利用高頻率的電磁波進(jìn)行探測(cè)的物理探測(cè)方法。在我國(guó)國(guó)內(nèi)，這種方法還處于剛使用的初級(jí)階段。
?。?） 組成及工作原理
這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是在進(jìn)行公路施工監(jiān)測(cè)時(shí)，能夠做到無(wú)損和連續(xù)監(jiān)測(cè)，同時(shí)，該監(jiān)測(cè)技術(shù)還具有高效率、高精度的特點(diǎn)。雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)設(shè)備主要由兩方面組成，一個(gè)是雷達(dá)主機(jī)，另一個(gè)是天線(xiàn)系統(tǒng)。其中，雷達(dá)主機(jī)又有控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成；天線(xiàn)系統(tǒng)包括一個(gè)發(fā)射裝置和一個(gè)相應(yīng)的接收裝置。其中發(fā)射裝置又包含發(fā)射天線(xiàn)和發(fā)射控制器，而接收裝置包含一個(gè)接收控制器和一個(gè)接收天線(xiàn)。在這些部件當(dāng)中，控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的作用是向天線(xiàn)系統(tǒng)提供一個(gè)信號(hào)的觸發(fā)點(diǎn)，把天線(xiàn)系統(tǒng)所接受的信息轉(zhuǎn)化成數(shù)字信息，并且將這些信息進(jìn)行必要的處理和儲(chǔ)存。天線(xiàn)系統(tǒng)的任務(wù)是接受和發(fā)送信號(hào)，并且將其所發(fā)射的信號(hào)和電磁波形式的信號(hào)進(jìn)行互相轉(zhuǎn)化。總的來(lái)說(shuō)，雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)相關(guān)設(shè)備的工作原理就是將高頻率的電磁波用寬帶脈沖的形式，經(jīng)過(guò)發(fā)射天線(xiàn)從一定的角度送達(dá)地下或者公路隧道施工的前方，當(dāng)這些電磁波經(jīng)過(guò)有電性差異的巖層或者是有異物時(shí)，這些電磁波就會(huì)被反射到地面，天線(xiàn)系統(tǒng)接收到這些折回來(lái)的信號(hào)，通過(guò)分析和處理，就能夠知道發(fā)射波和接收波之間在強(qiáng)度、路徑和波形等方面的差異，就能夠?qū)λO(jiān)測(cè)的巖層或者施工路面進(jìn)行精確的分析和了解。在進(jìn)行雷達(dá)監(jiān)測(cè)時(shí)，它所能監(jiān)測(cè)的深度和精確度與設(shè)備自身的天線(xiàn)頻率有很大關(guān)系。
（2）雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)的作用
在傳統(tǒng)的公路施工監(jiān)測(cè)中，傳統(tǒng)的方法有挖坑檢查法和鉆芯取樣法，這兩種方法目前在我國(guó)的應(yīng)用還是非常廣泛的，特別是在一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村地區(qū)的公路施工監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。這些方法本身具有一定的盲目性，并且很費(fèi)時(shí)，效率也很低，對(duì)原有的路面結(jié)構(gòu)的破壞性也非常大。雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)所采用的是電磁波的形式，能夠很好地解決這些問(wèn)題，做到無(wú)損，同時(shí)還能生成連續(xù)、實(shí)時(shí)的縱剖面成像圖，是目前進(jìn)行路面施工監(jiān)測(cè)的一項(xiàng)全新的技術(shù)。在進(jìn)行公路施工監(jiān)測(cè)時(shí)，最主要的檢測(cè)內(nèi)容就是路面厚度的監(jiān)測(cè)。在對(duì)公路施工厚度檢測(cè)時(shí)，由于公路厚度本身并不大，所以監(jiān)測(cè)誤差往往被要求控制在1厘米之內(nèi)。通過(guò)雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，可以輕松達(dá)到這一要求。
?。?）雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)的使用
由于雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)本身的精確度所要求，所以雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)提供了可以在不同的施工材料中采用不同的雷達(dá)監(jiān)測(cè)。如果施工路面是瀝青混凝土，則可以采用分辨率和發(fā)射頻率都很高的雷達(dá)天線(xiàn)，這種雷達(dá)的監(jiān)測(cè)誤差不超過(guò)5毫米，同時(shí)還能對(duì)3厘米之內(nèi)不同介質(zhì)的界面進(jìn)行分辨；這種雷達(dá)監(jiān)測(cè)的缺點(diǎn)是本身能量比較低，由于介質(zhì)中的監(jiān)測(cè)工作本身的耗能量非常大，所以只能監(jiān)測(cè)到30厘米左右的厚度?；诖?，此技術(shù)的最重要的應(yīng)用是分析瀝青路面的每一層的厚度。如果是一般的水泥路面，則可以采用頻率相對(duì)較低的雷達(dá)天線(xiàn)，比如500MHz，使用這種監(jiān)測(cè)雷達(dá)的特點(diǎn)是能夠發(fā)射能量很高的電磁波，穿透能力可以達(dá)到1.5米左右，但是精確度相對(duì)來(lái)說(shuō)會(huì)低一些。
