文／萍鄉(xiāng)公路勘察設(shè)計(jì)院 黎小芩 張煒

1 地震波檢測原理

R波波速在層狀半空間彈塑性體介質(zhì)中傳播時(shí)，隨頻率f變化而發(fā)生變化，即有頻散特性。該速率反映了不同深度區(qū)域內(nèi)的介質(zhì)性質(zhì)。頻散曲線在介質(zhì)性質(zhì)參數(shù)變化時(shí)，分層界面區(qū)域顯示為拐點(diǎn)，存在兩種狀態(tài)：（1）不同層位界面，如上下面層的分界面或者面層與基礎(chǔ)層分界面。（2）路面內(nèi)部松散、剝落、裂隙等傷損造成介質(zhì)性質(zhì)參數(shù)相對(duì)變化。

2 案例與檢測實(shí)驗(yàn)配置

為驗(yàn)證在路面無傷探測中地震波技術(shù)的運(yùn)用功效，以某高速路的一段為實(shí)驗(yàn)區(qū)段，樁號(hào)區(qū)域K87+880-K88+380，區(qū)段500m長。路面結(jié)構(gòu)是4cm細(xì)粒式熱拌瀝青混凝土（AC-13，選用SBS變性瀝青）+6cm中粒式熱拌瀝青混凝土（AC-20，選用SBS變性瀝青）+6cm中粒式熱拌瀝青混凝土（AC-20，選用重交通50號(hào)瀝青）+34cm水泥穩(wěn)定礫石+33cm級(jí)配礫石。

成果分析選用地震波技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)區(qū)段開展路面結(jié)構(gòu)無傷探測測量，本文選用的測試裝備是美國德州大學(xué)開發(fā)的PSPA。PSPA由兩個(gè)移位檢波器、地震波發(fā)射源及數(shù)據(jù)傳輸軟件組成。

實(shí)驗(yàn)區(qū)段共設(shè)置500個(gè)測量點(diǎn)，沿行車方向，于行車道兩條輪跡帶上，間隔1m交錯(cuò)均勻配置，一共獲得頻散曲線500組。

測量點(diǎn)80#部位的路面結(jié)構(gòu)地震波模量隨深度的分布曲線，測量點(diǎn)樁號(hào)為K87+960。能夠發(fā)現(xiàn)，該測量點(diǎn)處地震波模量的測量深度由路表以下大約5cm起，此是由于運(yùn)用地震波技術(shù)測量時(shí)，模量輸出值是一定深度區(qū)域內(nèi)的模量加權(quán)均值。最小測量厚度受2個(gè)檢波器間的道距、復(fù)合料的最大粒度規(guī)格和在當(dāng)下感受器間距設(shè)置下儀器測出的最短波長等要素影響。該測量點(diǎn)面層模量的區(qū)域在10～12GPa，基礎(chǔ)層模量的區(qū)域在6～8GPa，面層模量顯然大于基礎(chǔ)層。在測試深度區(qū)域內(nèi)，頻散曲線發(fā)生數(shù)次折拐，在深度14～16cm區(qū)域內(nèi)，頻散點(diǎn)離散顯然，地震波模量從10GPa驟減到6GPa；在深度16～26cm區(qū)域內(nèi)，地震波模量逐漸回升到8GPa。對(duì)照路面結(jié)構(gòu)，測量點(diǎn)附近路面結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)層與下面層交界處和上基礎(chǔ)層有傷損。

實(shí)驗(yàn)區(qū)段500個(gè)測量點(diǎn)構(gòu)成震波模量檢測剖面狀態(tài)，如圖1具體所示。其中圖1（a）右側(cè)標(biāo)尺系為（CPa）地震波模量，圖1（b）右側(cè)標(biāo)尺系為瀝青路面剩余地震波模量百分率。

圖1 地震波模量檢測成果

圖1（a）是所有測量點(diǎn)隨路面深度變化的震波模量云圖?？傊?，該區(qū)段路面模量伴隨里程樁號(hào)的加大而降低，也就是大樁號(hào)側(cè)路面病害較重。圖1（a）只體現(xiàn)不同測量點(diǎn)上路面絕對(duì)模量的橫向比較。除前述比較，事實(shí)上有必要對(duì)路面某一測量點(diǎn)的病害程度開展衡量，即該測量點(diǎn)測量時(shí)的路面模量相對(duì)于工程竣工時(shí)起始路面模量的衰退程度，把某一測量點(diǎn)觀測時(shí)的路面地震波模量占起始路面模量的百分率，定義成剩余地震波模量百分率：

（剩余地震波模量百分率）=（觀測時(shí)路面地震波模量）/(起始路面地震波模量)

為得到路面每一測量點(diǎn)的起始模量，考慮到硬路肩重點(diǎn)是為臨時(shí)停車使用，通行車輛次數(shù)少，路面病害程度很低，能夠近似應(yīng)用在硬路肩觀測時(shí)的地震波模量替代起始路面模量：

（剩余地震波模量百分率）≈（觀測時(shí)路面地震波模量）/（觀測時(shí)同一截面硬路肩地震波模量）

圖1（b）是所有測量點(diǎn)剩余地震波模量百分率隨路面深度相對(duì)變化的云圖。由該圖發(fā)現(xiàn)，該實(shí)驗(yàn)區(qū)段面層結(jié)構(gòu)模量有不同程度衰減，表明面層有不同程度病害。通過現(xiàn)場踏勘和取芯結(jié)果發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)區(qū)段尤其是大樁號(hào)一側(cè)區(qū)段路基出現(xiàn)了不同程度的降沉。因此推測，路基降沉的不均勻性會(huì)使基礎(chǔ)層頂面產(chǎn)生比較大拉應(yīng)力，先在基礎(chǔ)層產(chǎn)生裂隙，在車載反復(fù)影響下，裂隙由下向上發(fā)展，導(dǎo)致了上部面層受到破壞，上面所測結(jié)果與該解釋相同。

3 地震波技術(shù)與分層取芯實(shí)驗(yàn)探傷的優(yōu)勢比對(duì)

圖2為測量點(diǎn)3#的地震波測量和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)成果，由圖2（b）能夠發(fā)現(xiàn)，測量點(diǎn)3#地震波波模量隨深度的分布曲線光滑連續(xù)，無顯然拐點(diǎn)，路面模量約在9～11GPa之間，整體模量比較高；從圖2（a）芯樣照片發(fā)現(xiàn)，芯樣整體性較佳，外表光滑；圖2（c）揭示單軸貫入實(shí)驗(yàn)獲得路面各層抗剪強(qiáng)度相對(duì)變化不大，經(jīng)過厚度加權(quán)平均獲得的各層地震波模量基本相同，二者結(jié)果一致。

圖2 測量點(diǎn)3#的地震波測量與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

圖3為測量點(diǎn)12#的地震波測量和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，由圖3（b）能夠發(fā)現(xiàn)，該測量點(diǎn)中面層模量盡管比較高，但是分布在10～15GPa，分布不均勻，所在區(qū)域較廣。在深度約13cm處，地震波模量隨深度的分布曲線發(fā)生了顯然的拐點(diǎn)，該位置地震波模量降到約8GPa；由圖3（a）芯樣的照片可發(fā)現(xiàn)在下面層與基礎(chǔ)層交界位置芯樣有剝落，表明該深度處路面有傷損；圖3（c）的單軸貫入實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠發(fā)現(xiàn)，下面層抗剪強(qiáng)度顯然減少，與地震波的測量結(jié)果趨勢相同。

圖3 測量點(diǎn)12#的地震波測量和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

取芯分層實(shí)驗(yàn)及地震波技術(shù)用于瀝青路面結(jié)構(gòu)傷損探測的比對(duì)，具體見表1所示。實(shí)驗(yàn)探究獲得：（1）對(duì)于探測瀝青路面結(jié)構(gòu)的傷損，地震波技術(shù)測量結(jié)果與取芯分層實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合性較佳。（2）相較于取芯分層實(shí)驗(yàn)地震波技術(shù)探測傷損的敏感度更高。當(dāng)結(jié)構(gòu)層傷損位處層間交界區(qū)域時(shí)，取芯和分層割切操作有可能會(huì)直接除去結(jié)構(gòu)中薄弱的區(qū)域，使分層實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏高，不能判斷出結(jié)構(gòu)傷損。（3）相比取芯分層實(shí)驗(yàn)，地震波技術(shù)可在無傷測量的條件下，直觀勘探瀝青路面內(nèi)部傷損范圍的規(guī)模及部位，以提供道路養(yǎng)護(hù)決策的有效根據(jù)。

表1 瀝青路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部傷損探測方法比較

4 結(jié)語

（1）地震波頻散曲線上頻散點(diǎn)（相速率或者模量）的分布特征適用于輔助探查路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部傷損。（2）地震波技術(shù)運(yùn)用于瀝青路面結(jié)構(gòu)無傷探測測量，與取芯分層實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合性較佳；當(dāng)結(jié)構(gòu)層傷損位處層間交界處時(shí)，地震波技術(shù)對(duì)探測傷損的敏感度更高，有顯然優(yōu)勢。（3）地震波技術(shù)可在無傷測量的前提下，直觀探查瀝青路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部傷損范圍的部位及規(guī)模，可定量評(píng)價(jià)路面各結(jié)構(gòu)層傷損狀態(tài)，為既有道路養(yǎng)護(hù)決策提供有效根據(jù)。