一种沥青路面结构层间剥离检测方法和装置与流程

本发明实施例涉及路面探伤检测技术领域，具体涉及一种沥青路面结构层间剥离检测方法和装置。

背景技术：

随着科技的发展，道路的宽度和数量也在逐渐增加，道路是交通运输的关键，因此道路质量问题也是交通运输的关键问题。现如今，很多道路都采用沥青路面，沥青路面的层间粘结层有粘结、防水、防反射裂缝、保护基层免遭施工车辆的损坏等作用，沥青路面层间黏结状态对路面结构的整体性和耐久性具有重要影响。沥青路面通常由半刚性基层、沥青混合料下面层、沥青混合料中面层和表面层组成。压实成型的沥青混合料其强度主要来源于沥青材料的粘结力和骨料的内摩阻力，但是在层间连接处，由于完成每一个结构层铺装时，都需要进行足够的振实碾压，因而这些结构层的表面都达到了一个相对密实平整的状态，所以在层间结合面上的摩阻力也就很大程度上被降低了，其强度受沥青材料的粘结力影响。再加上半刚性基层和沥青面层二者之间的强度模量相差较大，变形时协调性较差，如果层间粘结处理不到位，层间结合面就会成为路面结构中的一个薄弱环节，不能够承受水平方向强大剪切力的作用，从而使沥青面层在结合面处发生位移，严重时形成滑移、推挤和拥包等病害。

沥青路面在车辆长期作用产生的后天性脱空，就会出现沥青路面层间剥离的现象。我国现行的沥青路面设计规范中，没有考虑沥青路面层间接触为完全光滑或部分连续状态对路面性能的影响，也没有层间剥离的检测方法、评价指标、评价标准以及与结构层结合状况相关的规定。在我国现行沥青路面的施工规范中，对沥青路面层间、基层顶面的处治工艺规定的比较简单，仅仅对透层、下封层、粘层的施工做了一般性描述，例如对材料选取、单位面积材料用量的选用主要凭经验确定，由于缺少有效的质量控制指标和检测方法等，导致我国沥青路面结构层间剥离问题突出。

现有技术中，对沥青路面结构层间黏结性能的提高及有效评价其黏结状态的方法，主要集中在以下几个方面：①不同接触状态下的层间力学分析；②不同功能层对层间黏结性能的影响，如采用不同透层油材料处理层间界面、设置沥青封层及应力吸收层等措施来改善层间黏结状态；③采用试验室内的剪切试验、拉拔试验、扭转试验等方法研究多种因素对层间黏结性能的影响。由于缺乏快速高效、连续、无破损的沥青路面结构层间剥离检测方法，无论是密级配还是开级配混合料，层间的脱开和剥落现象非常普遍。虽然这种结构层间剥离还没有表现为路表的损坏，但其破坏了路面结构的整体性，削弱了路面结构的整体抗力，降低了路面的使用寿命。

因此，如何提出一种方案，能够检测出沥青路面的层间剥离现象，成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明实施例提供一种沥青路面结构层间剥离检测方法和装置。

一方面，本发明实施例提出一种沥青路面结构层间剥离检测方法，包括：

对待检测路面进行雷达信号检测，获取所述待检测路面的雷达回波信号；

对所述雷达回波信号进行数据分析，获取所述待检测路面的回波信号参数；

根据所述回波信号参数，获取所述待检测路面各路段的层间剥离指数，若判断获知所述层间剥离指数在预设范围内，则确定所述层间剥离指数对应的路段发生路面结构层间剥离。

另一方面，本发明实施例提供一种沥青路面结构层间剥离检测装置，包括：

回波信号获取单元，用于对待检测路面进行雷达信号检测，获取所述待检测路面的雷达回波信号；

数据分析单元，用于对所述雷达回波信号进行数据分析，获取所述待检测路面的回波信号参数；

路面检测单元，用于根据所述回波信号参数，获取所述待检测路面各路段的层间剥离指数，若判断获知所述层间剥离指数在预设范围内，则确定所述层间剥离指数对应的路段发生路面结构层间剥离。

本发明实施例提供的沥青路面结构层间剥离检测方法和装置，采用雷达技术，对待检测路面进行雷达信号检测，获取待检测路面的雷达回波信号，通过对雷达回波信号的分析，获取待检测路面各个路段的层间剥离指数，再判断层间剥离指数是否在预设范围内，进一步确认待检测路面各个路段是否有发生沥青路面结构层间剥离现象。实现了沥青路面结构层间剥离现象的快速检测，提高了路面结构层间剥离现象检测的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例中沥青路面结构层间剥离检测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中层间剥离仿真雷达回波信号图；

图3为本发明实施例中沥青路面结构层间剥离检测装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例中沥青路面结构层间剥离检测方法的流程示意图，如图1所示，本发明实施例提供的沥青路面结构层间剥离检测方法包括：

S1、对待检测路面进行雷达信号检测，获取所述待检测路面的雷达回波信号；

具体地，一般的沥青路面结构由多层结构组成，如：上面层、中面层和下面层，若上面层和中面层，或中面层和下面层之间出现脱空情况，即发生沥青路面结构层间剥离现象。由于层间剥离不同于大尺度的脱空，剥离厚度一般只有几毫米，因此在雷达回波信号中很难造成波形与时延的剧烈变化，在实际检测中不易察觉。但出现层间剥离的区域意味着增加了一层很薄的空气介质，对于雷达回波必然造成影响。本发明实施例通过对待检测路面进行雷达信号检测，以获取待检测路面的雷达回波信号。

其中，对待检测路面进行雷达信号检测的方法，可以通过将雷达天线按照厂商提供的安装方法牢固安装好，具体可以将雷达检测系统设置在运输工具如检测汽车上。并将天线与主机的连线连接好。检查连接线安装无误后开机预热，预热时间不得少于厂商规定的时间。将金属板放置在天线正下方，启动控制软件的标定程序，获取相应参数。打开控制软件的参数设置界面，根据不同的检测目的，设置采样间隔、时间窗、增益等参数。将承载车停在起点，开启安全警示灯，启动软件测试程序，令驾驶员缓慢加速车辆到正常检测速度。检测过程中，操作人员应记录测试路线所遇到的桥梁、涵洞、隧道等结构物的起终点。当到达测线终点后，操作人员停止采集程序，检查数据文件，文件应完整，内容应正常，否则应重新测试。全路段测试完毕后，关闭测试系统电源，结束测试。

其中，雷达检测系统的技术要求和参数可以根据实际情况进行设置，本发明实施例中雷达天线采用喇叭形空气耦合天线，中心频率为2GHz，带宽超过100％，发射天线和接收天线的距离为30cm，距离向分辨率≤5cm，纵向采样间距≤20cm，距离触发测量或连续测量可选；有效探测速度≥40km/h。还可以通过GPS采集车载平台的实时经纬度坐标信息，实现雷达回波数据的准确定位，并显示车辆的行驶轨迹，纵向距离/速度传感器(DMI)：距离检测精度＜0.5％，设备工作温度：0-40℃。

S2、对所述雷达回波信号进行数据分析，获取所述待检测路面的回波信号参数；

具体地，获取到雷达回波信号后，对获取到的雷达回波信号进行数据分析，获取待检测路面的回波信号参数。

S3、根据所述回波信号参数，获取所述待检测路面各路段的层间剥离指数，若判断获知所述层间剥离指数在预设范围内，则确定所述层间剥离指数对应的路段发生路面结构层间剥离。

具体地，获取到待检测路面的回波信号参数后，根据获取到的回波信号参数获取待检测路面各路段的层间剥离指数，因为待检测路面可能比较长，其每一段路段的路面结构可能会不同，从而每个路段可能对应不同的层间剥离指数。判断获取到的层间剥离指数是否在预设范围内，若在预设范围内，则确定该层间剥离指数对应的路段发生了路面结构层间剥离现象，可以进行预警，以提醒检测人员进行检查，以确定是否确实发生了路面结构层间剥离现象，以及时对路面进行检修和维护。

本发明实施例提供的沥青路面结构层间剥离检测方法，采用雷达技术，对待检测路面进行雷达信号检测，获取待检测路面的雷达回波信号，通过对雷达回波信号的分析，获取待检测路面各个路段的层间剥离指数，再判断层间剥离指数是否在预设范围内，进一步确认待检测路面各个路段是否有发生沥青路面结构层间剥离现象。实现了沥青路面结构层间剥离现象的快速检测，提高了路面结构层间剥离现象检测的准确性。

在上述实施例的基础上，所述回波信号参数包括：所述待检测路面的上表面的第一介电常数和所述下表面的第二介电常数。

具体地，对待检测路面进行雷达信号检测后，获取到了我大雷达回波信号。通过对雷达回波信号的分析，获得待检测路面的两个结构层即上表面和下表面分别对应的第一介电常数和第二介电常数。本发明实施例提供的沥青路面结构层间剥离检测方法，可以检测出沥青路面两个结构层之间的剥离现象，当然待检测路面有多层结构，可以获取多层结构的介电常数，根据各结构层的介电常数计算出待检测路面各路段的层间剥离指数，进一步判断是否发生层间剥离现象。

本发明实施例提供的沥青路面结构层间剥离检测方法，通过对雷达回波信号的分析，获取待检测路面上下表面两层沥青的介电常数，进一步根据介电常数计算出待检测路面各路段的层间剥离指数，判断是否发生路面层间剥离现象。实现了沥青路面结构层间剥离现象的快速检测，提高了路面结构层间剥离现象检测的准确性。

在上述实施例的基础上，所述根据所述回波信号参数，获取所述待检测路面各路段的层间剥离指数，包括：

采用公式获取所述层间剥离指数，式中：I_a表示所述层间剥离指数，ε₁表示所述第一介电常数，ε₂表示所述第二介电常数。

具体地，获取到待检测路面的上下两层沥青的介电常数后，根据地下多层介质反射折射模型与电磁波传播理论，采用公式(1)计算出待检测路面各路段的层间剥离指数，具体计算方法如下公式(1)：

式中：Ia表示层间剥离指数，ε1表示上表面沥青层的第一介电常数，ε2表示下表面沥青层的第二介电常数。

本发明实施例提供的沥青路面结构层间剥离检测方法，根据待检测路面上下两层沥青的介电常数，利用公式(1)可以快速准确的获取待检测路面各个路段的层间剥离指数，从而判断待检测路面是否发生层间剥离现象，进一步，实现对沥青路面的尽早检修和维护，提高沥青路面的使用寿命。

在上述实施例的基础上，所述若判断获知所述层间剥离指数在预设范围内，包括：若判断获知所述层间剥离指数的大小大于层间剥离下限值小于层间剥离上限值，则确定所述层间剥离指数在预设范围内；

其中，所述层间剥离下限值为所述层间剥离上限值为式中，ε₁表示所述第一介电常数。

具体地，对于可能由于层间剥离引起的雷达回波信号中层间反射幅值增大，造成的上限情形是发生脱空时，此时层间剥离指数即为层间剥离上限值，具体计算方法可以采用如下公式(2)：

式中：I_a1表示层间剥离上限值，ε₁表示上表面沥青层的第一介电常数。

由于层间剥离引起的雷达回波信号中层间反射幅值增大，造成的下限情形是未发生层间剥离，反射幅值增大由上下两层介质介电常数差异引起，由于沥青路面上下两层沥青层介电常数差异不大，一般有ε₂＜2ε₁，其中，ε₁表示上表面沥青层的第一介电常数，ε₂表示下表面沥青层的第二介电常数。当ε₂＝2ε₁时，对应的层间剥离指数为层间剥离下限值，具体计算方法可以采用如下公式(3)：

式中：I_a2表示层间剥离下限值，ε₁表示上表面沥青层的第一介电常数。

当根据待检测路面的层雷达回波信号获取到的层间剥离指数大于层间剥离下限值小于层间剥离上限值时，即认为该层间剥离指数对应的路段发生了路面结构层间剥离。即：I_a2<I_a<I_a1时，认为该层间剥离指数I_a对应的路段发生了路面结构层间剥离，可以进行预警，以提示监测人员前去检查确认。

本发明实施例提供的沥青路面结构层间剥离检测方法，根据实际试验结果，合理设置层间剥离上限值和层间剥离下限值，当计算出层间剥离指数在层间剥离上限值和层间剥离下限值之间时，则认为该层间剥离指数对应的路段发生了路面层间剥离现象，提高了路面结构层间剥离现象检测的准确性和效率。

在上述实施例的基础上，所述对待检测路面进行雷达信号检测，获取所述待检测路面的雷达回波信号，包括：

采用探地雷达对所述待检测路面发射雷达探测信号，获取所述待检测路面的雷达回波信号。

具体地，本发明实施例采用探地雷达系统对待检测路面发射雷达探测信号，并获取到对应的待检测路面的雷达回波信号。通过对雷达回波信号的分析，利用公式(1)即可计算待检测路面各路段的层间剥离指数，进一步检测出待检测路面是否发生层间剥离现象。不仅没有破损沥青路面的结构，还可以快速高效、连续、准确的检测出沥青路面结构层间剥离现象的发生。

下面结合仿真结果介绍本发明实施例技术方案的原理，以便更好的理解本发明实施例的技术方案：

由于层间剥离不同于大尺度的脱空，剥离厚度一般只有几毫米，因此在雷达回波信号中很难造成波形与时延的剧烈变化，在实际检测中不易察觉。但出现层间剥离的区域意味着增加了一层很薄的空气介质，对于雷达回波必然造成影响，通过仿真手段来对层间剥离造成的雷达回波信号变化情况进行分析。

本发明实施例建立了两层沥青路面模型，介电常数分别为ε₁＝6,ε₂＝8，雷达中心频率2G，天线距地面50cm，收发间距30cm。分别设置无剥离，剥离1mm，剥离5mm三种情形。图2为本发明实施例中层间剥离仿真雷达回波信号图，如图2所示，图中，实线、短横线、线段三条曲线分别代表无结构层间剥离、结构层间剥离1mm、结构层间剥离5mm三种模型的雷达回波信号。从仿真结果可以看出，第一，发生层间剥离的雷达回波信号在剥离出的反射会发生相位上的偏移，这是由于发生层间剥离的分界面反射是由上层介质到空气与空气到下层介质的两次反射叠加而得，因此会造成相位上的偏移，偏移程度由剥离大小决定；第二，发生层间剥离的雷达回波信号幅值会明显增大，这是由于沥青层与空气间的介电常数差远大于两层沥青之间的介电常数差。由于沥青路面面层厚度较薄，因此雷达回波信号在时间上的偏移并不容易检测，通过层间剥离对雷达回波信号幅值的影响作为判断依据更具可靠度。其中雷达回波信号幅值，可以根据雷达回波信号中的上下两层沥青路面的介电常数获得。

本发明实施例提供的沥青路面结构层间剥离检测方法，采用探地雷达系统对待检测路面发射雷达探测信号，并获取到对应的待检测路面的雷达回波信号。通过对雷达回波信号的分析，计算待检测路面各路段的层间剥离指数，合理设置层间剥离上限值和层间剥离下限值，检测出待检测路面是否发生层间剥离现象。不仅没有破损沥青路面的结构，还可以快速高效、连续、准确的检测出沥青路面结构层间剥离现象的发生。

图3为本发明实施例中沥青路面结构层间剥离检测装置的结构示意图，如图3所示，本发明实施例提供的沥青路面结构层间剥离检测装置包括：回波信号获取单元31，数据分析单元32和路面检测单元33，其中：

回波信号获取单元31用于对待检测路面进行雷达信号检测，获取所述待检测路面的雷达回波信号；数据分析单元32用于对所述雷达回波信号进行数据分析，获取所述待检测路面的回波信号参数；路面检测单元33用于根据所述回波信号参数，获取所述待检测路面各路段的层间剥离指数，若判断获知所述层间剥离指数在预设范围内，则确定所述层间剥离指数对应的路段发生路面结构层间剥离。

具体地，本发明实施例通过对待检测路面进行雷达信号检测，以获取待检测路面的雷达回波信号。其中，对待检测路面进行雷达信号检测的方法，可以通过将雷达天线按照厂商提供的安装方法牢固安装好，具体可以将雷达检测系统设置在运输工具如检测汽车上。通过运输工具承载雷达检测系统对待检测路面进行雷达信号的检测，回波信号获取单元31获取到待检测路面的雷达回波信号。其中具体对待检测路面进行雷达信号检测的方法同上述实施例一致，此处不再赘述。获取到雷达回波信号后，数据分析单元32对获取到的雷达回波信号进行数据分析，获取待检测路面的回波信号参数。路面检测单元33根据获取到的回波信号参数获取待检测路面各路段的层间剥离指数，因为待检测路面可能比较长，其每一段路段的路面结构可能会不同，从而每个路段可能对应不同的层间剥离指数。判断获取到的层间剥离指数是否在预设范围内，若在预设范围内，则确定该层间剥离指数对应的路段发生了路面结构层间剥离现象，可以进行预警，有检测人员进行检查，以确定是否确实发生了路面结构层间剥离现象，以及时对路面进行检修和维护。

本发明实施例提供的沥青路面结构层间剥离检测装置，采用雷达技术，对待检测路面进行雷达信号检测，获取待检测路面的雷达回波信号，通过对雷达回波信号的分析，获取待检测路面各个路段的层间剥离指数，再判断层间剥离指数是否在预设范围内，进一步确认待检测路面各个路段是否有发生沥青路面结构层间剥离现象。实现了沥青路面结构层间剥离现象的快速检测，提高了路面结构层间剥离现象检测的准确性。

在上述实施例的基础上，所述回波信号参数包括：所述待检测路面的上表面的第一介电常数和所述下表面的第二介电常数。

具体地，对待检测路面进行雷达信号检测后，获取到了我大雷达回波信号。通过对雷达回波信号的分析，获得待检测路面的两个结构层即上表面和下表面分别对应的第一介电常数和第二介电常数。

在上述实施例的基础上，所述路面检测单元具体用于：采用公式获取所述层间剥离指数，式中：I_a表示所述层间剥离指数，ε₁表示所述第一介电常数，ε₂表示所述第二介电常数。

具体地，获取到待检测路面的上下两层沥青的介电常数后，路面检测单元采用上述公式(1)即计算出待检测路面各路段的层间剥离指数。

本发明实施例提供的沥青路面结构层间剥离检测装置，根据待检测路面上下两层沥青的介电常数，利用公式(1)可以快速准确的获取待检测路面各个路段的层间剥离指数，从而判断待检测路面是否发生层间剥离现象，进一步，实现对沥青路面的尽早检修和维护，提高沥青路面的使用寿命。

在上述实施例的基础上，所述路面检测单元具体用于：若判断获知所述层间剥离指数的大小大于层间剥离下限值小于层间剥离上限值，则确定所述层间剥离指数在预设范围内；

其中，所述在层间剥离下限值为所述层间剥离上限值为式中，ε₁表示所述第一介电常数。

具体地，路面检测单元根据上述公式(1)计算出层间剥离指数后，判断该层间剥离指数是否在层间剥离上限值和层间剥离下限值之间，若在，则认为层间剥离指数在预设范围内，该层间剥离指数对应的路段发生了层间剥离现象。其中，层间剥离上限值采用上述公式(2)即计算，层间剥离下限值采用上述公式(3)即计算。

本发明实施例提供的沥青路面结构层间剥离检测装置，根据实际试验结果，合理设置层间剥离上限值和层间剥离下限值，当计算出层间剥离指数在层间剥离上限值和层间剥离下限值之间时，则认为该层间剥离指数对应的路段发生了路面层间剥离现象，提高了路面结构层间剥离现象检测的准确性和效率。

在上述实施例的基础上，所述回波信号获取单元具体用于：采用探地雷达对所述待检测路面发射雷达探测信号，获取所述待检测路面的雷达回波信号。

具体地，本发明实施例提供的沥青路面结构层间剥离检测装置，采用探地雷达系统对待检测路面发射雷达探测信号，并获取到对应的待检测路面的雷达回波信号。通过对雷达回波信号的分析，利用公式(1)即可计算待检测路面各路段的层间剥离指数，进一步检测出待检测路面是否发生层间剥离现象。不仅没有破损沥青路面的结构，还可以快速高效、连续、准确的检测出沥青路面结构层间剥离现象的发生。

本发明实施例的装置用于执行上述方法，其具体实施方式同上述实施例一致，此处不再赘述。

本发明实施例提供的沥青路面结构层间剥离检测装置，采用探地雷达系统对待检测路面发射雷达探测信号，并获取到对应的待检测路面的雷达回波信号。通过对雷达回波信号的分析，计算待检测路面各路段的层间剥离指数，合理设置层间剥离上限值和层间剥离下限值，检测出待检测路面是否发生层间剥离现象。不仅没有破损沥青路面的结构，还可以快速高效、连续、准确的检测出沥青路面结构层间剥离现象的发生。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。