DB61T-公路病害冲击映像法检测技术规程

ICS FORMTEXTXXXFORMTEXTPXXDBFORMTEXT61DBFORMTEXT61/FORMTEXTTXXXX—2021FORMTEXT公路病害冲击映像法检测技术规程FORMTEXTTechnicalSpecificationsofImpactimagemethodforroaddiseases(征求意见稿)FORMTEXT2021-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX发布FORMTEXT2021-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX实施FORMTEXT陕西省市场监督管理局   发布DB61/XXXXX—2021公路病害冲击映像法检测技术规程范围本文件规定了公路病害冲击映像法检测的总则、仪器设备、方法与步骤、对比试验与标定、数据分析与评价与报告的要求。本文件适用于各等级公路路面病害检测，以及对病害采取非开挖处治后，进行修复效果的检测和评估。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。JTG3450公路路基路面现场测试规程JTG5210公路技术状况评定标准JTGF80/1公路工程质量检验评定标准第一册土建工程JTGH10公路养护技术规范JTGH30公路养护安全作业规程JTJ073.1公路水泥混凝土路面养护技术规范JTJ5142公路沥青路面养护技术规范术语和符号下列术语和符号适用于本文件。冲击映像法impactimagingmethod基于弹性波动理论，通过一定方式击打路面，在其内部激发弹性波动场，并在检波点处接收。通过点测式或扫描式完成数据采集后，分析波场特征规律，进而判定公路路面病害。激发点shotpoint也称击打点，震源的作用点。检波点receiverpoint检波器的设置点。检测点detectingpoint激发点与检波点的中点。偏移距offset数据采集时，激发点与检波点的距离。测线surveyline由检测点构成的检测路径，一般平行于公路的横断面或纵断面。耦合器coupler检波器的底座，与公路路面直接接触，方便检波器移动、保证原始数据质量的构件。点测式pointtest以检测点为单位，实现公路路面病害检测的一种方式。一般使用1个检波器，检测点可自由分布。扫描式scanningtype以测线为单位连续测试，实现公路路面病害检测的一种方式。一般使用多个检波器组成阵列，检测点按一定规则分布。响应波形impactresponsewaveform激发、接收弹性波动场后，由仪器记录的波动场波形。冲击响应强度impactresponseintensity响应波形在记录时间段的能量函数，是表征病害对波场放大倍数的量。冲击响应强度标准值standardvalueofimpactresponsestrength与测试路段路面结构一致的无病害路段，其冲击响应强度的平均值。标准化冲击响应强度standardizedimpactresponsestrength测点冲击响应强度与冲击响应强度标准值之比值。冲击力度标准值standardvalueofimpactforce测区冲击力度的平均值。冲击力度影响系数influencecoefficientofimpactforce冲击力度标准值与测点冲击力度的比值。冲击响应频谱spectrumofimpactingresponsewaveform响应波形的傅里叶频谱。波形特征值waveformcharacteristics响应波形的冲击响应强度、冲击响应频谱的卓越频率或峰值标定曲线ratingcurve对波形特征值进行率定和归一化处理后，形成评估病害的曲线。冲击力度Kij冲击力度标准值冲击力度影响系数kij响应波形的振幅Fs冲击响应强度Aij冲击响应强度标准值标准化冲击响应强度Iij仪器设备一般要求仪器设备应具有制造厂商的产品合格证，测试前需经过检定或校准，有效期不短于1年。自行研发的仪器设备，需经过本行业专家（不少于5人）鉴定，论证合格后可使用。根据测试工作的实际需要，仪器设备可分为单点式和阵列式。a)单点式：使用一个检波器接收弹性波，每次激发获得一个响应波形；b)阵列式：使用多个检波器组成阵列，一次激发可获得多个响应波形。仪器设备应包括下列内容：a)震源；b)检波器；c)采集模块；d)辅助设备。仪器设备应设计合理，各部件同步工作，在使用、运输和保管过程中应采取防水、防潮、防暴晒和防剧烈振动等措施。震源震源可采用重锤锤击或落锤方式，宜采用机械方式激发，获得可控、稳定的冲击力度。震源的选择，应根据测试深度要求和现场环境确定，应保证测试所需的频率和足够的能量。测试深度较小时，应激发高频率波；测试深度大时，应激发低频率波。激发条件的改善：改变锤头与路面的接触面积、锤头表面硬度或垫板材料可改变响应波形的主频。一般地，接触面积越大、锤头表面或垫板越软，响应波形激发频率越低，测试深度也越大；接触面积越小、锤头表面或垫板越硬，响应波形激发频率越高，测试深度也越小。震源锤击方向应垂直于路面，快速击打并防止二次激发，以保证测试所需的频率和原始数据质量。测试工作开展前，应通过现场试验，确定冲击力度、偏移距、移动步长等技术参数，并在测试过程中保持不变。冲击力度应保持不变，同一测区的误差不应大于±10%。冲击力度应记录在原始数据文件中，并在数据分析过程中进行归一化处理。采用人工方式激发时，应符合下列要求：a)采用重锤锤击或落锤方式，其质量为2kg~4kg；b)通过控制震源的起落高度、速度等，保持冲击力度稳定；c)应安装力传感器等测量装置，实时测定冲击力度，并记录在原始数据文件中。采用机械方式激发时，应符合下列要求：a)宜安装力传感器等测量装置，实时测定冲击力度，并记录在原始数据文件中；b)根据测试对象和工作的实际需要，应能够调节冲击力度，以保证响应波形在数据采集模块的动态范围内，且有足够的信噪比；c)根据测试对象和工作的实际需要，应能够调整震源偏移距，以保证有足够的分辨率和测试精度。检波器可采用垂直方向的速度型或加速度型检波器。检波器的自然频率应满足测试深度的需要，公路路面测试宜采用自然频率不低于28Hz的检波器。检波器应在100~5000Hz范围内，具有平坦的响应曲线。采用阵列式仪器设备，阵列中的检波器之间的自然频率差不应大于0.1Hz，灵敏度和阻尼系数的差别不应大于5%。宜安装耦合器，与检波器牢固连接。检波器应垂直于公路路面。冲击锤与检波器的移动方向一致，相对位置和间距应固定不变。数据采集模块数据采集模块的通道数，应大于2通道，宜为6~12通道。数据采集模块的动态范围应不低于90dB，宜为120dB；模数转换（A/D）的位数应不低于16位，宜为24位。数据采集模块的频率响应，应至少保证在5~5000Hz范围内，具有平坦的频率响应曲线。数据采集模块最高采样频率不应低于40kHz。数据采集模块的采集软件界面，应能实时显示环境噪音和响应波形，并应能根据需要调节显示范围和比例尺。采集软件记录的原始数据，应以业界通用的数据格式或文本方式记录。a)数据文件应包括数据文件头和数据体两部分；b)数据文件头，宜包括项目名称、采集时间、检波点与激发点位置，以及采集参数等信息；c)自行研发的仪器设备，若为非标准格式数据，应提供数据格式的详细说明。辅助设备辅助设备主要为数据传输电缆、触发器和耦合器，应符合下列要求：a)数据传输电缆应为屏蔽式线缆，具备良好的绝缘、抗环境电磁干扰性能；b)触发器应具体良好的灵敏度、稳定性和抗干扰能力；c)耦合器应与公路路面紧密接触，质量宜为2~4kg，具有良好的滑动、耐磨性能。方法与步骤一般规定公路路面冲击映像法测试应包括下列内容：a)现场踏勘与资料收集；b)制定测试方案；c)数据采集；d)数据处理与分析；e)结果分析论证；f)报告编制与提交。检测工作应避免在路面积水或积雪时进行，检测环境温度应为-10℃~35℃。测试方案宜包括下列内容：a)测试路段建设阶段的资料，包括勘察、设计、施工、监理、检测等；b)测线路段养护阶段的资料，包括日常养巡查台账、技术状况调查与评定报告等；c)测线路段改造资料，包括处治方案、施工记录、总结报告等；d)测线路段的位置、里程桩号、交通流量、场地条件、干扰震源和电磁干扰等；e)与测试工作相关的其他资料。测试方案应包括下列内容：a)测试路段建设、养护和改造各阶段资料收集的情况和分析；b)测试路段的现状，包括气候环境、交通通行情况、病害描述等；c)测试目的、要求，以及测试内容、范围和依据等；d)测试工作的重点、难点分析，以及应对措施与技术路线；e)数采集、处理分析方法与工作参数等；f)工作量评估与进度计划；g)仪器设备、人员安排，及所需的配合工作；h)安全、质量和进度等措施；i)报告编制与提交。测试工作开始前，应进行方案技术交底及安全培训。测试步骤应按图1所示。图1测试步骤流程图现场试验测试工作正式开始前，应进行试验工作。试验工作应充分，宜控制在预计工作量的5%。试验工作应包括下列主要内容：a)多通道数据采集模块的一致性检查：将输入端各道并联后接入信号源，设定与实际工作相同的参数，采集响应波形并存储，利用软件分析频响与幅度的一致性；b)检波器的一致性检查：选择路面状况良好的地点，将检波器密集布设，在1~2倍震源偏移距位置激振，采集响应波形并存储，利用分析软件分析频响与幅度的一致性；c)数据采集模块通道和检波器的频响与幅度特性，在测深需要的频率范围内，应符合一致性要求；d)干扰波调查：选择有代表性的路段布设检波器，并观察采集软件环境噪音监控窗口，识别记录干扰信号；e)选用不同频率检测器的原则：根据测试深度要求，利用f=v/λ和λ≈2H来估算选用的检波器频率，式中：f—检波器频率；v—纵波波速；λ—波长；H—测试深度；根据测试深度和现场环境进行现场试验。依据采集的响应波形进行频谱分析，震源的频带宽度应满足测试深度和分辨薄层的需要，据此确定最佳的激振方式。在具有路面技术状况调查、钻孔资料的地点，宜在调查范围或钻孔附近采集响应波形，取得对比分析资料。现场试验，应确定满足测试目的和精度要求的激发方式和采集参数，并形成现场试验报告，作为工作方案的重要组成部分。现场试验报告，应通过委托方认可，测试工作的参数设定应与报告一致。测线（测点）布设宜按等间距布设，构成平行于道路纵断面或横断面的测线，见图2。图2测线布设平面示意图检测点与测试区域边缘的最小距离，宜大于震源偏移距。根据测试路段的资料分析，结合工作的实际需要，宜按下列要求划分测区。a)同一测区内，路面结构应相同，并以测区为单位进行数据处理与分析。b)测区长度宜为100m~200m，不足100m的应按一个测区计。激发点和检波点，不应跨越施工缝、结构变化处。采集参数采集参数应根据现场试验确定，保证测试精度和深度。采集参数包括：测点间距、测线间距、偏移距、采样间隔、采用点数和记录长度，其设置应符合下列要求：a)测点间距应小于最小测试深度所需波长的二分之一，宜为0.1~0.5m；b)测点沿道路横断面或纵断面构成测线，测线间距宜为0.5~1.0m；c)偏移距，宜为测点间距的1倍或2倍；d采样间隔由最高频率范围确定，应选择较小值，宜为20.833us；e)采样点数由最大测试深度确定，可选择512点或1024点；f)记录长度为“采样点数-1”和“采样间隔”的乘积，应符合下列要求： 1）应保证能够记录完整的响应波形，且满足最大测试深度和测试精度的要求；2）一般肉眼可见的响应波形，不宜超过记录长度的一半。数据采集数据采集应严格按照工作方案实施，还应符合下列要求：a)应对工作面进行必要清扫，宜保持工作面干净、整洁、无积水；b)应进行仪器设备外观检查：震源和耦合器的磨损情况、检波器固定情况等，磨损严重的应及时进行维修、更坏；c)应进行人员资格检查和技术交底。响应波形的激发应符合本规程4.2条和4.4条的规定，并符合下列要求：a)应根据测试任务要求和现场条件，合理选择震源；b)为提高响应波场的频率，可在激发点处放置硬材料垫板；c)触发器与震源、数据采集模块的连接，应稳定、牢固，防止接触不良等故障。检波器的排布，应符合下列要求：a)单点式排布，采用线性等间距排列，冲击锤在移动方向前方激发，同一测线上的排列方式保持不变；b)阵列式排布，检波器的阵列排布可为矩形或圆环形。响应波形的接收应符合本规程4.3条和4.4条的规定，并符合下列要求：a)仪器设备应在全通状态，各通道的增益一致；b)应控制冲击力度，防止响应波形出现削波，c)应检查检波器购置状态，防止出现坏道；d)数据传输电缆与检波器、数据采集模块的连接，应稳定、牢固，防止接触不良等故障。应记录连续、完整的响应波形。出现削波、坏道，以及采样点数、记录长度与设定不一致的，均为不合格的数据。数据采集过程中，应同步进行现场记录，应符合下列内容：a)现场笔记，应按照本规程附录B的要求，记录测线号、始末位置、文件号和有效性，以及结构变化、干扰震源等异常情况等；b)数据文件号的记录，应与激发顺序一致，宜遵循一定的规律；c)现场拍照，宜记录现场环境、工作状态、仪器设备、异常情况等；d)现场实时进行响应波形评价，出现不合格时，应立即重测。某一测点数据采集完成后，将仪器设备移动至下一测点，继续完成所以测点的数据采集。采集工作结束后，应及时从仪器下载数据做好备份，以防数据丢失，同时整理好现场采集原始记录。对比试验与标定一般规定冲击映像法测试结果，与路面结构、施工质量和养护状况有关，结构层数、厚度、以及路面技术状况等均影响波形特征值。但随着测试数据量的增大，影响因素占比及其影响程度趋于稳定。对比试验与标定，其目的在于：1)获得冲击力度标准值，即满足测试精度与深度的冲击力度；2)获得无病害区域的冲击响应强度标准值、病害区域的标准化冲击响应强度；3)建立标定曲线，即确定典型病害与标准化冲击响应强度的对应关系。对比试验与标定，应符合下列要求：1)应在测试工作正式开展前进行，宜与现场试验同步进行；2)路面结构、施工方案不一致的路段，应单独进行对比试验和标定。对比试验对比试验区域的选取，应符合下列要求：a)选取测线路段的无病害区域、出现典型病害的区域；b)典型病害区域，宜根据技术状况调查与评定报告确定，也可通过路面巡查确定。冲击力度标准值、冲击响应强度标准值的获取，应符合下列要求：a)无病害区域，应选取不小于3处，且每个区域的测点不少于64个；b)数据采集方法，应与测试工作方案一致。标准化冲击响应强度的获取，应符合下列要求：a)各类典型病害区域，应选取不小于3处，且每处测点不少于64个；b)采用控制变量法，测定各类病害的标准化冲击响应强度。标定宜采用钻孔、地质雷达等手段，对标准化冲击响应强度进行复核和调整。形成标定曲线，以横轴为病害类别，纵轴为标准化冲击响应强度。数据分析与评价一般规定数据处理前，应进行资料整理，包括：绘制测线（测点）平面布设图、数据文件整理等。测线（测点）平面布设图，应根据实际点坐标，按比例尺绘制。在有电子设计图的条件下，可直接将测线（测点）绘制在电子图中。数据分析应使用软件程序完成。分析软件主要功能应包括：预处理、波形处理、频谱分析、归一化处理、响应强度计算与提取等。数据分析与评价，应包括下列内容：a)处理与分析；b)结果成图；c)结果评价。处理与分析数据处理与分析应符合下列规定：a)原始数据应完整、可靠、有效。若出现无效数据，应重新检测或补测；b)原始数据应及时归档，以便能够溯源检查。处理与分析主要内容包括：数据预处理、波形处理、冲击力度归一化处理、计算标准化冲击响应强度、卓越频率和频谱峰值分析、指标转换等。数据预处理，包括下列内容：a)根据现场笔记，剔除无效数据，并以测线为单位，对原始数据进行整理和编辑；b)若未显示位置信息，应人工设定，或将位置信息文件与波形文件合并在一起。波形处理包括：噪音分析、时窗设计和滤波器设计。通过噪音分析，设计利于提取目标波形的时窗，并设计频率、方向滤波器，去除干扰信号，提高信噪比。冲击力度归一化处理，应符合下列要求：a)冲击力度的误差，由人工或机械所致，应通过归一化处理消除其对响应强度的影响；b)冲击力度标准值，应按公式（1）计算，并符合规定：………（1）式中：——冲击力度标准值，单位N；A,b——测区纵向、横向的测点数量；I,j——测点位置编号，表示第i行第j列，i=1，2，…，b；j=1，2，…，a；Kij——第i行第j列的测点冲击力度，单位N；N——测区测点总数，N=ab；c)冲击力度影响系数，应按公式（2）计算，并符合规定：………（2）式中：kij——第i行第j列测点的冲击力度影响系数。冲击响应强度、冲击响应强度标准值和标准化冲击响应强度的计算，应符合下列要求：a)冲击响应强度的计算，应按公式（3）计算，并符合规定：………（3）式中：Aij——第i行第j列测点的冲击响应强度；n——采用点数；s——记录时长内的采用点数，s=1，2，…，n-1，n；Fs——某一采样点的数值大小，即响应波形的振幅。b)冲击响应强度标准值，应按公式（4）计算，并符合规定：………（4）式中：——测试路段冲击响应强度的基准值。c)标准化冲击响应强度，应按公式（5）计算，并符合规定：………（5）式中：Iij——第i行第j列测点的标准化冲击响应强度。对进行冲击力度归一化之后的响应波形，通过快速傅里叶（FFT）变换，计算其卓越频率和频谱峰值，其目的在于：a)分析干扰源，并设计滤波器，压制噪音；b)通过频谱变化，推测路面结构的病害；c)根据实际工作的需要，推测病害埋深。根据多次反射理论，利用H=vT=v/f来推测病害埋深，式中：v—纵波波速；f—卓越频率；T—卓越周期；H—病害埋深。基于标定曲线，通过标准化冲击响应强度的实测值，推断路面病害及其类别。结果成图检测结果应包括下列内容：a)冲击响应强度（或卓越频率、频谱峰值）点布图；b)冲击响应强度分布云图（或等高线图）；c)病害平面分布图、深度推断图；d)病害统计表。冲击响应强度（或卓越频率、频谱峰值）点布图，其横坐标、纵坐标代表测区坐标，圆点代表检测点，并以颜色区别冲击响应强度（或卓越频率、频谱峰值）的大小。冲击响应强度分布云图（或等高线图），以冲击响应强度（或卓越频率、频谱峰值）点布图为基础数据，通过网格加密和平滑处理，形成平面分布云图。病害平面分布图，以冲击响应强度分布云图（或等高线图）为基础，并按照病害种类，将冲击响应强度分为多个分布区间，以不同颜色显示，形成病害平面分布图。病害统计表，将病害划分成不同等级，并统计各等级病害的占比，把统计结果以饼图、表格等方式表示，并形成包含病害中心位置、面积和等级等信息的一览表。对病害采取非开挖处治后的修复效果检测，应将检测结果与处治前进行对比分析，并评估处治效果。病害评价采用标准化冲击响应强度，对公路路面病害进行评价。根据理论计算，结合工程实践，病害评价如下：a)当Iij≤1.25时，评价为无病害；b)当1.25<Iij≤2.0时，评价为松散；c)当2.0<Iij≤2.5时，评价