基于無損檢測技術的半剛性基層開裂狀況評價

朱天明

(遼寧省交通科學研究院有限責任公司，遼寧 沈陽 110015)

1 項目概況

阜錦高速公路已通車使用15年，面層為15 cm瀝青混凝土，基層為19 cm水泥穩定砂礫+20 cm二灰穩定砂礫，墊層為13 cm級配砂礫。檢測路段長度600 m，段落內橫向裂縫共計58條，網裂面積約為10 m2，縱縫總長度約為300 m，部分裂縫開裂較為嚴重，裂縫寬度較大，并存在修補后破損情況。

2 裂縫區域彎沉檢測

項目采用落錘式彎沉儀(FWD)和手持式落錘彎沉儀(PFWD)進行彎沉檢測，接地壓力分別為0.7 MPa和0.2 MPa。彎沉檢測分為兩個階段，第一階段在原路面瀝青層頂面進行檢測，第二階段將瀝青面層完全銑刨后，在基層頂面進行檢測。檢測以裂縫中心及裂縫兩端50 cm處作為彎沉測點，同時選擇路面完好處作為對照點。

2.1 原路面瀝青層頂面彎沉檢測結果

采用FWD檢測瀝青層頂面裂縫位置彎沉，結果如圖1所示。

圖1 裂縫區域FWD彎沉檢測結果

從檢測結果可以看出，個別裂縫彎沉檢測值較大，遠大于非開裂位置參考值，此類裂縫開裂也更為嚴重，裂縫寬度更寬；部分裂縫彎沉檢測值與路面完好處彎沉值相近，此類裂縫表面開裂更為輕微，說明對于開裂寬度不大的裂縫，其裂縫附近區域仍具備一定的承載能力。

采用PFWD檢測瀝青層表面裂縫位置彎沉，結果如圖2所示。

圖2 裂縫區域PFWD彎沉檢測結果

PFWD彎沉檢測結果數值雖然較FWD檢測值更低，但仍能體現出裂縫位置處承載能力的差異。將FWD和PFWD彎沉檢測結果進行比對發現，FWD和PFWD彎沉檢測數值雖處于不同量級，但彎沉變動趨勢較為一致，兩種檢測手段檢測數值的一致性較好。為進一步分析FWD和PFWD彎沉檢測數值的相關關系，對兩種檢測手段的彎沉檢測結果進行回歸分析。引入彎沉比參數K，代表同位置處FWD彎沉檢測結果和PFWD彎沉檢測結果比值。

K=FWD0.7/PFWD0.2

(1)

式中：FWD0.7為FWD在接地壓力為0.7 MPa時的彎沉檢測值(0.001 mm)；PFWD0.2為PFWD在接地壓力為0.2 MPa時的彎沉檢測值(0.001 mm)。

分析彎沉比參數K與PFWD彎沉檢測結果的關系，如圖3所示。

圖3 FWD-PFWD檢測結果對比

由統計分析結果可以看出，彎沉比K與PFWD彎沉檢測結果相關系數為0.73，也進一步說明對于采用確定接地壓力的條件下，FWD和PFWD彎沉檢測結果具相關性較好，因此可以采用更為靈活的PFWD設備進行彎沉檢測，提高檢測評定效率。

2.2 基層頂面彎沉檢測結果

在檢測段瀝青面層完全銑刨后，觀測基層表面狀態發現，在面層橫向裂縫對應位置處的基層均出現了不同程度的開裂，表明原路面橫向裂縫為基層裂縫反射產生。按照面層彎沉測點排布方式，在基層裂縫兩側進行彎沉檢測，結果如圖4所示。

圖4 FWD基層頂面彎沉檢測結果

由基層彎沉檢測結果可以看出，基層彎沉檢測數值要明顯大于在面層同位置處彎沉檢測值，并且彎沉值變異性更大。大多數裂縫位置處彎沉值明顯大于非開裂位置處。

將基層頂面彎沉檢測值與基層裂縫開裂狀態進行對比發現，對于基層彎沉檢測值較大裂縫，基層表面裂縫更為清晰，裂縫寬度更大，FWD彎沉值基本在300(0.001 mm)以上；對于彎沉檢測值較小的裂縫，基層開裂較為輕微，裂縫寬度更小，FWD彎沉值一般在200(0.001 mm)以下。

進一步分析瀝青層頂面彎沉和基層頂面彎沉關系，以每條裂縫FWD彎沉檢測最大值為代表值，統計兩者在不同彎沉區間的裂縫數量，結果如表1所示。由彎沉統計結果可以看出，當瀝青層表面彎沉大于200(0.001 mm)時，基層頂面彎沉集中在300(0.001 mm)以上，占比為72%，基層裂縫區域彎沉平均值為1 012(0.001 mm)，此時基層處于較嚴重開裂狀態，半剛性基層承載能力相比完好路段已出現較大程度衰減，結構層強度儲備不足。若采用PFWD彎沉檢測值作為判定標準，基于回歸得到的FWD和PFWD面層彎沉值相關關系，此時PFWD面層彎沉檢測值在49(0.001 mm)以上。對此類裂縫區域建議采取必要的養護維修手段，提高和恢復半剛性基層的承載能力。

表1 不同彎沉檢測區間裂縫數量統計結果 0.001 mm

3 三維探地雷達檢測

道路材料是由固相、氣相、液相三相組成的混合物，道路材料的介電常數其實是固體、氣體和液體三相的復合介電常數。由于固體、氣體、液體的介電常數各不相同，尤其是水與空氣和集料之間的介電特性差異甚大，所以介電常數的可以反映出結構層含水量和孔隙率的差異。

采用三維探地雷達對原路面進行檢測，以雷達檢測電磁波數據為基礎，計算結構層材料的介電常數值。裂縫區域介電常數以基層裂縫兩側50 cm處介電常數平均值作為代表值，與檢測段介電常數平均值對比情況如圖5所示。

由圖5可以看出，裂縫區域介電常數值普遍低于檢測路段平均值，說明裂縫附近位置處基層相比其他位置空隙更多，即裂縫處基層更為松散。結合現場檢測結果，對于開裂較為嚴重的基層位置，半剛性基層介電常數基本在5以下，基層偏于松散狀態。

圖5 介電常數計算結果

4 結 論

(1)項目采用兩種彎沉檢測設備對面層和基層裂縫區域分別進行了彎沉檢測，結果表明，部分裂縫的彎沉值明顯大于結構層完好位置，部分裂縫彎沉檢測結果與路面完好位置相當。當瀝青層表面FWD彎沉大于200(0.001 mm)或PFWD彎沉值大于49(0.001 mm)時，基層處于較嚴重開裂狀態，半剛性基層承載能力相比完好路段已出現較大程度衰減，對此類裂縫區域建議采取必要處置手段，提高和恢復半剛性基層的承載能力。

(2)對于面層彎沉檢測結果，FWD和PFWD檢測值相關性較好，可以采用更為便攜的手持式落錘彎沉儀對裂縫進行詳細檢測，提高檢測效率。

(3)基于探地雷達檢測得到的電磁波數據，計算結構層介電常數，當介電常數小于5時，基層開裂較為嚴重，處于偏松散狀態，應進行維修處置。

(4)采用彎沉和探地雷達聯合檢測手段，可以對路面結構承載能力和損傷情況進行系統評價，為舊路養護維修設計提供參考。