基于探坑法的路面結構病害測試方法研究*

王子彬 羅嘉敏 牛曉霞

(1.公路交通安全與應急保障技術及裝備交通運輸行業研發中心 廣州 510420；2.廣東華路交通科技有限公司 廣州 510420)

探坑法源于考古發掘法，即挖一個較小的探坑以探明遺址布局和不同部位的地下狀況，它是一種小型的垂直發掘方法。目前，該方法在多個領域均有應用。在公路工程方面，該方法應用在粗粒徑石料填筑高路堤的施工質量檢測中，即在填筑層碾壓密實后，人工挖取一定直徑，深度達到整個碾壓層后的試坑，然后測量挖取出來的填料質量和試坑體積，從而換算填筑層壓實密度[1]。另外，該方法也被應用于水利[2]及地質勘探工作中，為揭露地質現象和礦體產狀等服務。

傳統的鉆孔取芯是路面結構破損檢測方式之一，但是其取樣區域小，部分路面結構損壞情況無法準確判別，例如路面車轍的各層發展情況。探坑法則可以根據病害類型選擇開挖的形式和尺寸，從而實現路面病害原因的準確判定。

本文基于探坑法測試原理，針對瀝青路面車轍、裂縫和坑槽等典型病害進行現場試驗，分析其病害形成原因，提出一種規范性的路面結構病害測試方法，用于指導路面的病害調查和分析。

1 測試原理

探坑法主要是在調查區域內根據路面典型病害確定代表區域作為探測點，根據病害程度，從探測點道路表面層開始直到路基頂面，依次開挖坑槽，每層坑槽的深度以到達下層結構層頂面為宜，在開挖下一層之前，在該層進行物理指標測量并記錄該層厚度和破壞特征，該探測點處病害的檢測結果即為調查區域的病害檢測結果[3]。現場探坑測試示意見圖1。

1，2，3，4，5-路面各結構層。

2 現場試驗分析

2.1 試驗一。車轍結構病害測試

廣東省某高速公路位于珠江三角洲的西部，屬南亞熱帶海洋性季風氣候區，夏長冬暖，雨量充沛，雨季長。夏季濕熱，多臺風暴雨。該高速于2010年建成通車，通車后不久出現了大面積車轍損壞，為查明病害發生的原因，進行了探坑開挖。

2.1.1探坑意義

通過開挖及取樣觀察路面車轍病害出現的深度，并對開挖取出的瀝青混合料進行理論最大密度、抽提篩分、GTM旋轉剪切及車轍動穩定度試驗，以評價瀝青和瀝青混合料的高溫穩定性能等。

2.1.2試驗步驟

1) 采用3 m直尺橫放在路面慢車道輪跡帶上，對路面表面的車轍深度進行測量，確定典型車轍損壞路段。

2) 確定車轍路段后，每處開挖長約3 m，寬約40 cm的矩形槽，深度至下面層底，開挖后測量慢車道斷面各層位的厚度及變形情況，路肩處斷面開挖板不可擾動。

3) 采用切割機對其進行分段切割，取出切割試塊，描述上面層、中面層和下面層的層厚，分析路面車轍的各層的變形。

4) 取瀝青混合料進行室內對比試驗，進行瀝青性能(回收試驗)、集料級配、瀝青含量、瀝青混合料動穩定度和高溫穩定性等試驗。

通過探坑，獲得了車轍病害處的面層上、中、下各層的厚度，計算了各層壓縮量；通過室內試驗，獲得了車轍處瀝青混合料的級配、瀝青含量和瀝青的老化性能指標，以及瀝青混合料整體的動穩定度和高溫穩定性。由本次試驗得知，該處車轍主要出現在瀝青路面中、下面層，而上面層車轍占有量很少，主要原因是施工均勻性差，造成集料級配偏離設計要求，混合料級配明顯偏細，瀝青含量偏高，在車輛荷載作用下二次壓密所致。

2.2 試驗二。路面裂縫、坑槽損壞

另一條高速公路位于廣東省中部，是國家規劃重點公路的一部分，是跨省的交通大通道，于2005年建成通車。該高速經過多年的運營，出現了較多的路面損壞，如車轍、坑槽、裂縫等，為調查典型病害的形成原因，采用探坑法進行結構病害原因測試。

2.2.1開挖意義

通過探坑及取樣觀察路面裂縫、坑槽病害出現的深度，查找其產生的原因，根據不同的裂縫類型采取不同的處治措施。

2.2.2試驗步驟

1) 通過人工徒步調查或自動化破損測試系統對測試路段進行路面破損調查，確定典型裂縫、坑槽損壞的位置。

2) 確定裂縫、坑槽開挖位置后，按照裂縫、坑槽走向標注矩形框。

3) 采用風鎬沿著矩形框進行開挖，第一次開挖深度為上面層的厚度，將上面層集料清理干凈后，記錄中面層的裂縫、坑槽的發展情況，確定下層的開挖位置，開挖至基層。

4) 記錄各層裂縫、坑槽的發展情況，判定病害發展的原因。

從本次探坑試驗可知，該處橫向裂縫屬于明顯的基層反射裂縫，其產生的主要原因是基層出現干縮和溫縮開裂后，基層失去了抵抗拉應力的能力，在開裂位置將應力傳遞給面層，形成面層在開裂處的應力集中，導致面層拉裂，出現裂縫。

坑槽處主要是施工過程中出現集料離析，粗集料過于集中，集料間黏結能力不足出現松散，從而導致表面層剝落，在行車荷載和雨水等自然因素作用下，當剝落面積及深度增大到一定程度時，便形成了坑槽。

3 測試方法

根據探坑法測試原理和現場試驗分析，總結基于探坑法的路面結構病害檢測方法如下。

3.1 測試目的和適用范圍

本方法適用于以逐層開挖的方式檢查路面結構內部損壞狀況的工程，可為路面的養護維修決策提供依據。另外，根據調查需要，可進一步測試路面結構的其他性能指標，例如，CBR(加州承載比)、回彈模量、含水量、集料級配及瀝青性能等指標，進一步分析路面病害形成原因。

3.2 儀具與技術要求

主要開挖設備包括風鎬、切割機、量尺、鐵鍬、鑿子、錘子、小鏟掃帚或毛刷、吹風機等。其中最為關鍵的儀具是風鎬和切割機，風鎬需配有多種型號釬子的手持式空壓風鎬破碎機，以備開挖時個別細微位置的需要。切割機刀片直徑大于500 mm，切縫深度大于240 mm，主要是考慮觀察車轍病害時采用，同時也可使開挖方便并使開挖位置邊緣保持整齊，利于回填。觀察其他病害時也可根據需要選用。

3.3 測試步驟

測試前，在調查區域內根據路面典型病害的類別和檢查目的確定代表區域作為檢測點，并確定檢查部位的路面結構層數。現場測試主要包括以下步驟。

1) 檢測觀察部位，若路面不潔妨礙觀測時，應采用掃帚或毛刷清掃路面，并用路用吹風機吹干凈病害位置的灰塵。

2) 觀測檢測部位路表病害，并記錄破損情況。

3) 根據病害嚴重程度確定開挖矩形形狀的邊長L縱、L橫。若為坑槽或龜裂病害時，應在病害邊緣位置沿路線橫斷面進行畫線，確定開挖邊長L橫，須大于嚴重病害在橫斷面位置的包絡寬度；沿L橫兩端且與其垂直的病害方向縱向畫線(2條)，確定開挖的另一邊長L縱，其長度不小于病害在路線縱向的長度；最后將2條L縱端點連接，形成要開挖的矩形框，為便于觀測，其中底層長度和寬度不宜小于400 mm。

4) 沿畫線位置用手持式風鎬將上面層材料開挖干凈，表面層的開挖深度以達到下一層頂面為宜，注意盡可能避免觸碰到下面層，特別是在裂縫位置，并盡量減少對周圍路面結構的擾動。

5) 用風鎬或鑿子、錘子將上面層四周修理到位，用鐵鍬或小鏟將廢料鏟出，用毛刷或吹風機將開挖的第一層坑槽底部及四周的浮塵和松散廢料清理干凈，保證準確記錄病害狀況。

6) 完成第一層的開挖及檢測后，觀測描述第二層表面病害特征并記錄破損情況。

7) 重復上述步驟至病害消失的層位為止。第二層以后的各層開挖宜每邊比上一層對應邊長縮短150 mm，即開挖成臺階狀，臺階寬度不宜小于100 mm。

8) 記錄各層厚度時，可用500 mm的鋼尺沿坑槽四角及每邊中間部位測量其不同斷面的厚度，取所測厚度的平均值作為該層的厚度，準確至1 mm；調查車轍病害時，采用路面切縫機垂直車轍方向橫向切割整個面層，使之形成一個光滑的橫斷面，用鋼尺量測斷面上、中、下面層不同位置的厚度值，準確至1 mm。

9) 開挖過程也可以根據需要測試相應層位的材料模量、含水率等指標。

10) 完成各層開挖及檢測，直到檢測并記錄完最后一層的測試數據。根據需要，整個檢測過程可拍攝照片或錄像備查。

3.4 測試結果處理

在上述測試過程中記錄統計各檢測位置的病害情況，作為整個調查區域的病害現場檢測結果，并簡析結構損傷原因及處理建議。另外，可進一步結合現場或者室內試驗獲得的其他性能指標，對測試路段的典型病害形成原因進行分析總結，并給出合理化養護處治建議。

4 結語

為解決和規范路面結構病害的測試，借鑒考古挖掘中使用的探坑測試方法，結合公路病害調查和病害養護的工程狀況，在不同路段選取了典型路面病害，利用探抗法測試原理，對路面車轍、路面反射裂縫和坑槽位置進行了針對性的現場開挖試驗，總結了基于探抗法的路面結構病害測試方法，可用來規范指導路面結構病害原因的測試和調查，指導路面結構病害養護處治。

[1] 劉宇，劉大超，呂燦光.粗粒徑石料填筑高路堤的施工質量控制與檢測[J].路基工程，2002(3):60-61．

[2] 羅瑞坤.用探坑法確定土壤侵蝕模數[J].東北水利水電，2003(6):52．

[3] 陳江，申全軍，馬士杰,等.路面病害破損檢測方法：200810014832.3[P].2008-03-20.