一种基于探地雷达的沥青复合碎石封层厚度检测方法
阅读说明：本技术 一种基于探地雷达的沥青复合碎石封层厚度检测方法 (Method for detecting thickness of asphalt composite gravel seal layer based on ground penetrating radar ) 是由 刘凯 童健航 王大为 罗桑 庄远 笪艺 徐晓倩 张玄成 黄沐阳 许培欣 于 2021-03-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于探地雷达的沥青复合碎石封层厚度检测方法,包括以下步骤：步骤一、制作4-6个沥青复合碎石封层室内试件；步骤二、用常规厚度检测法对制作好的试件进行测厚；步骤三、用基于探地雷达检测法对制作好的试件进行测厚；步骤四、基于步骤二和步骤三,对数据进行归一化处理,通过公式得到相应的厚度修正系数；步骤五、基于上述步骤,提出介电常数经验回归公式。本发明减少甚至消除单纯由探地雷达检测法得到的路面厚度误差,大大提高了传统探地雷达检测方法的检测精度,达到无损检测的目的,避免了钻芯之后修复的问题,消除了钻芯导致病害的可能性,指导沥青复合碎石封层的施工,保证施工质量,提高了厚度修正系数的精确度。(The invention discloses a method for detecting the thickness of an asphalt composite macadam seal coat based on a ground penetrating radar, which comprises the following steps: firstly, manufacturing 4-6 asphalt composite crushed stone seal layer indoor test pieces; step two, measuring the thickness of the manufactured test piece by using a conventional thickness detection method; thirdly, measuring the thickness of the manufactured test piece by using a ground penetrating radar-based detection method; step four, based on the step two and the step three, carrying out normalization processing on the data, and obtaining a corresponding thickness correction coefficient through a formula; and step five, based on the steps, providing an empirical dielectric constant regression formula. The invention reduces or even eliminates the pavement thickness error obtained by a ground penetrating radar detection method, greatly improves the detection precision of the traditional ground penetrating radar detection method, achieves the aim of nondestructive detection, avoids the problem of repairing after core drilling, eliminates the possibility of diseases caused by core drilling, guides the construction of the asphalt composite crushed stone seal, ensures the construction quality and improves the precision of the thickness correction coefficient.)
技术领域
本发明涉及道路施工检测的技术领域，具体涉及到一种基于探地雷达的沥青复合碎石封层厚度检测方法。
背景技术
在路面工程中，路面厚度与道路的整体强度是息息相关的。在对路面进行设计时，无论是水泥混凝土路面，还是沥青混凝土路面，最终要决定的都是各个层次的厚度，只有在保证厚度的情况下，路面的整体强度及路用性能才能得到保证。除了保证强度外，严格控制各结构层厚度也是一个非常重要的方面。因此，无论是在道路施工过程中还是在竣工验收检测中，对路面厚度进行检测尤为重要。
沥青复合碎石封层作为多层同步碎石封层形成的嵌挤型结构，可以用于不同等级城市道路和公路的加铺改造和养护，也可用于低等级城市道路和公路的新建，所以对沥青复合碎石封层进行厚度检测是非常有必要的，可以及时检查施工质量，并根据所测厚度调整沥青面层的摊铺厚度。
现有的路面厚度检测方法主要分为钻芯取样法和探地雷达检测法，传统的钻芯取样法虽然便于操作，并且较为直观和准确，但会对路面产生较大的破坏，如果没有很好的修补和处理，很有可能转变成道路病害，同时由于取样采用的是随机取样，具有较大的偶然性，并且无法对结构层厚度进行高频率检测，费时费力，效率较低。而现在常采用的探地雷达无损检测方法，其机理是探地雷达天线向道路下方发送脉冲式的高频电磁波，电磁波在向道路下方传播的过程中，当遇到物质的介电常数发生变化时，电磁波则会进行反射，反射回路面的电磁波被路面上的接收天线所接收传到处理器，再由处理器对接收的反射电磁波进行分析处理，分析其特征(波速、振幅等)，可以得到路面各层的厚度、密实性及缺陷等，在路基路面检测中探地雷达具有快速灵活、定位准确、图像直观，高效方便的特点而且该方法不会对道路造成破损。
然而，《公路路基路面现场测试规程》(JTG E60—2019)规定的探地雷达检测路面厚度，仍要求采用钻孔取芯法来标定路面材料的介电常数，进而计算路面厚度。这说明仍会不可避免的对路面产生破坏，且路面材料因材料类型、压实度、含水量等的变化，导致介电常数也会变化，具有明显的不确定性。因此，这种方法所带来的偶然误差很难准确评价。理论上来看，基于反射系数法的探地雷达检测可获取所有测点的介电常数，但在实际操作中，往往存在许多影响因素，如表面散射、界面不均匀等等，存在很大的变异性，且容易产生比较大的误差，在实际工程应用中，探地雷达随着机械振动、路面起伏等因素会造成测试距离和入射角的实时变化，进而显著影响相对介电常数的测试结果，会造成±15％左右的误差。
另外，由于沥青复合碎石封层是采用多层同步碎石封层摊铺而成的，从下往上碎石粒径逐渐减小，如采用钻芯取样法对其进行厚度测量，在取芯样的过程中，如碎石与高弹沥青之间的粘接力不够，会造成大量脱粒现象，影响测量精度，并且要取多个点进行测量，造成误差叠加，而且事后修补路面也较为麻烦，尤其是对于沥青复合碎石封层而言，修复手段极为繁琐，而探地雷达厚度检测方法虽然不会破坏路面，但是本身就存在一定的误差，所以急需提出一个厚度修正系数，修正其检测出的路面厚度数据。
本发明针对上述提出的问题，将探地雷达法和室内常规厚度检测法两种方法结合起来计算试件厚度，得到相关厚度修正系数，每次根据修正系数来减少甚至消除基于反射系数法计算得到的沥青复合碎石封层厚度误差。
发明内容
本发明的目的是要解决现有沥青复合碎石封层厚度检测困难的问题，提供一种基于探地雷达的沥青复合碎石封层厚度检测方法。为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
本发明一种基于探地雷达的沥青复合碎石封层厚度检测方法，包括以下步骤：
步骤一、制作4-6个沥青复合碎石封层室内试件；
步骤二、用常规厚度检测法对制作好的试件进行测厚；
步骤三、用基于探地雷达检测法对制作好的试件进行测厚；
步骤四、基于步骤二和步骤三，对数据进行归一化处理，通过公式得到相应的厚度修正系数；
步骤五、基于上述步骤，提出介电常数经验回归公式，在施工前，预测封层厚度；
步骤六、在沥青复合碎石封层施工结束后，用探地雷达检测法检测现场沥青复合碎石封层的厚度，并用相应的修正系数进行修正；
步骤七、比对步骤六中得到的预测厚度和步骤七中得到的实测厚度，计算其相对误差，检验实测厚度的准确性；
步骤八、若相对误差小于-2％，采取补救措施。
优选的，步骤三厚度修正系数公式为
式中：ki—第i个试件的厚度修正系数；Hi—第i个试件的常规检测厚度，mm；si—第i个试件的探测厚度，mm；
根据公式
计算出统一厚度修正系数
优选的，步骤四介电常数经验回归公式为：
z＝7.01+0.299lnx-0.187y+0.004y2 R2＝0.973
式中：z—预测介电常数值；x—温度(℃)；y—不同碎石集料最大公称粒径(mm)。
将求得的预测介电常数值代入公式其中，v—雷达波在第i个试件中的传播速度，mm/ns；S—探测的现场沥青复合碎石封层厚度，mm；c—电磁波在真空中的传播速度，为常数，约等于300mm/ns；Δt—雷达波在介质层中的双程走时，ns；
求得预测的沥青复合碎石封层厚度。
优选的，步骤一沥青复合碎石封层室内试件的制作步骤如下：
A1：准备4-6个500mmX500mmX50mm的车辙板模，500mmX500mmX10mm的橡胶垫，轮碾成型机，烘箱，刷子，沥青盛放皿，小钢轮和电子秤等设备；
A2：用电子秤称量所需要的不同粒径的碎石质量，放入烘箱中，以160℃～180℃的温度加热2～4小时，随后将沥青放置烘箱中，以160℃～180℃的温度和碎石一起再加热2小时；
A3：在所有车辙板模上涂抹柴油，并放入500mmX500mm的吸油纸，根据设计沥青洒布量将所需的沥青用量倒入车辙板模上，并放入烘箱中以160℃～180℃的温度保温30分钟；
A4：取出车辙板模，将第一层碎石均匀撒布在沥青膜上，并用小钢轮初步压实，随即根据第二层的设计沥青洒布量用刷子将沥青涂抹在第一层大粒径碎石表面和四周，并再次放入烘箱中以160℃～180℃的温度加热30分钟；取出车辙板模，将第二层碎石均匀撒布在第一层碎石上，并用小钢轮初步压实，随即根据第二层的设计沥青洒布量用刷子将沥青涂抹在第二层大粒径碎石表面和四周，并再次放入烘箱中以160℃～180℃的温度保温30分钟；……直至最后一层碎石均匀撒布完，并用小钢轮初步压实；
A5：在橡胶垫上涂抹隔离剂，并垫在车辙板模上，用轮碾成型仪进行碾压成型。
优选的，步骤二常规厚度检测法具体步骤如下：
B1：选取每一个试件中表面较为平整的位置，使用卷尺量取该位置到车辙板模边缘的垂直距离hi；
B2：通过公式
Hi＝H-hi
其中，Hi—第i个试件的室内厚度，mm；H—车辙板模的内高；
计算每个试件的室内厚度。
优选的，步骤三的探地雷达检测法具体步骤如下：
C1：按照探地雷达的操作规范，直接在试件模上对成型的沥青复合碎石封层进行测厚；
C2：根据雷达图获得通过试件的振幅比，根据公式
其中，εri—第i个试件的介电常数；—振幅比；
计算出每个试件的介电常数；
C3：将所得的介电常数代入公式
其中，vi—雷达波在第i个试件中的传播速度，mm/ns；si—探测的第i个试件厚度，mm；c—电磁波在真空中的传播速度，为常数，约等于300mm/ns；Δt—雷达波在介质层中的双程走时，ns；
计算出每一个试件的探地雷达探测的厚度。
优选的，步骤六中基于厚度修正系数的现场沥青复合碎石封层厚度通过下述公式计算：
式中：M—经过修正的现场沥青复合碎石封层厚度，mm。
优选的，步骤七相对误差通过下式求得：
其中，ΔS—经过修正的现场沥青复合碎石封层厚度与预测厚度的相对误差。
优选的，步骤八的补救措施为，加铺一层细粒径的同步碎石封层。
本发明专利的有益效果是：
(1)本发明专利吸取室内常规厚度检测法和探地雷达法的优点，提出了厚度修正系数，每次根据修正系数来减少甚至消除单纯由探地雷达检测法得到的路面厚度误差，大大提高了传统探地雷达检测方法的检测精度；
(2)本发明专利通过室内实验确定介电常数的修正系数，不需要现场钻芯取样标定介电常数，达到无损检测的目的，避免了钻芯之后修复的问题，消除了钻芯导致病害的可能性；
(3)本发明专利通过试验数据对介电常数进行级配和温度的非线性拟合，提出一个介电常数经验回归公式，能够较好的预测沥青复合碎石封层的厚度，可以根据施工设计厚度反过来为碎石粒径的选择提供参考，也可以根据该预测厚度控制后续沥青混凝土面层的厚度，避免为了质量达标而盲目增加厚度的问题，减少资源浪费，降低施工成本，并且为现场施工实际测量提供一个理论厚度，指导沥青复合碎石封层的施工，保证施工质量；
(4)本发明专利提出的沥青复合碎石封层室内成型方法，使用液压式轮碾试验成型机对沥青复合碎石封层进行成型，通过每层碎石封层铺筑之后先用小钢轮初步压平，再垫上橡胶垫使用轮碾仪进行碾压，模拟现场施工的钢轮压路机和胶轮压路机的压实操作，达到接近现场施工的效果，提高厚度修正系数的精确度。
本发明减少甚至消除单纯由探地雷达检测法得到的路面厚度误差，大大提高了传统探地雷达检测方法的检测精度，达到无损检测的目的，避免了钻芯之后修复的问题，消除了钻芯导致病害的可能性，指导沥青复合碎石封层的施工，保证施工质量，提高了厚度修正系数的精确度。
附图说明
图1为厚度检测方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例一
参阅图1，根据本发明厚度检测方法流程图，包括以下步骤：
步骤一、制作5个沥青复合碎石封层室内试件，具体制作流程如下：
A1：准备5个500mmX500mmX50mm的车辙板模，500mmX500mmX10mm的橡胶垫，轮碾成型机，烘箱，刷子，沥青盛放皿，小钢轮和电子秤等设备；
A2：用电子秤称量所需要的不同粒径的碎石质量，放入烘箱中，以180℃的温度加热2小时，随后将沥青放置烘箱中，以180℃的温度和碎石一起再加热2小时；
A3：在所有车辙板模上涂抹柴油，并放入500mmX500mm的吸油纸，根据设计沥青洒布量将所需的沥青用量倒入车辙板模上，并放入烘箱中以180℃的温度保温30分钟；
A4：取出车辙板模，将第一层碎石均匀撒布在沥青膜上，并用小钢轮初步压实，随即根据第二层的设计沥青洒布量用刷子将沥青涂抹在第一层大粒径碎石表面和四周，并再次放入烘箱中以180℃的温度加热30分钟；取出车辙板模，将第二层碎石均匀撒布在第一层碎石上，并用小钢轮初步压实，随即根据第二层的设计沥青洒布量用刷子将沥青涂抹在第二层大粒径碎石表面和四周，并再次放入烘箱中以180℃的温度保温30分钟；取出车辙板模，将第三层碎石均匀撒布在第二层碎石上，并用小钢轮初步压实，随即根据第三层的设计沥青洒布量用刷子将沥青涂抹在第二层大粒径碎石表面和四周，并再次放入烘箱中以180℃的温度保温30分钟；取出车辙板模，将第四层碎石均匀撒布在第三层碎石上，并用小钢轮初步压实；
A5：在橡胶垫上涂抹隔离剂，并垫在车辙板模上，用轮碾成型仪进行碾压成型；
步骤二、用常规厚度检测法对制作好的试件进行测厚，具体检测流程如下：
B1：选取每一个试件中表面较为平整的位置，使用卷尺量取该位置到车辙板模边缘的垂直距离hi；
B2：通过公式
Hi＝H-hi
其中，Hi—第i个试件的室内厚度，mm；H—车辙板模的内高；
计算每个试件的室内厚度；
步骤三、用基于探地雷达检测法对制作好的试件进行测厚，具体检测流程如下：
C1：按照探地雷达的操作规范，直接在试件模上对成型的沥青复合碎石封层进行测厚；
C2：根据雷达图获得通过试件的振幅比，根据公式
其中，εri—第i个试件的介电常数；—振幅比；
计算出每个试件的介电常数；
C3：将所得的介电常数代入公式
其中，vi—雷达波在第i个试件中的传播速度，mm/ns；si—探测的第i个试件厚度，mm；c—电磁波在真空中的传播速度，为常数，约等于300mm/ns；Δt—雷达波在介质层中的双程走时，ns；
计算出每一个试件的探地雷达探测的厚度；
步骤四、基于步骤二和步骤三，对数据进行归一化处理，通过公式
式中：ki—第i个试件的厚度修正系数；Hi—第i个试件的常规检测厚度，mm；si—第i个试件的探测厚度，mm；—统一厚度修正系数；
得到统一厚度修正系数；
步骤五、基于上述步骤，提出介电常数经验回归公式，在施工前，预测封层厚度，介电常数经验回归公式如下：
z＝7.01+0.299lnx-0.187y+0.004y2 R2＝0.973
其中，z—预测介电常数值；x—温度(℃)；y—不同碎石集料最大公称粒径(mm)。
将求得的预测介电常数值代入公式其中，v—雷达波在第i个试件中的传播速度，mm/ns；S—预测的现场沥青复合碎石封层厚度，mm；c—电磁波在真空中的传播速度，为常数，约等于300mm/ns；Δt—雷达波在介质层中的双程走时，ns；
求得预测的沥青复合碎石封层厚度；
步骤六、在沥青复合碎石封层施工结束后，用探地雷达检测法检测现场沥青复合碎石封层的厚度，并用相应的修正系数进行修正，根据公式
式中：M—经过修正的现场沥青复合碎石封层厚度，mm；
计算得到经过修正的现场沥青复合碎石封层厚度。
步骤七、比对步骤六中得到的预测厚度和步骤七中得到的实测厚度，计算其相对误差，检验实测厚度的准确性，相对误差计算公式如下：
其中，ΔS—经过修正的现场沥青复合碎石封层厚度与预测厚度的相对误差；
步骤八、若相对误差小于-2％，加铺一层细粒径的同步碎石封层。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种混凝土浇铺路面用养护装置