公路工程瀝青路面施工現場試驗檢測技術

1 引言

高速公路基層以半剛性為主，瀝青路面屬于柔性路面，基層的質量缺陷向上延伸， 導致路面出現反射裂縫或其他形式的病害，同時受荷載、環境多因素的作用，瀝青路面病害加重，車輛行駛時的平穩性下降，瀝青路面的耐久性不足。 鑒于此，需探討適應于瀝青路面的質量檢驗技術， 準確判斷瀝青路面的病害，以便病害處治工作的有效進行。

2 公路瀝青路面試驗檢測技術的常見形式

2.1 彎沉檢測

2.1.1 落錘式彎沉儀法

重錘是落錘式彎沉儀檢測中的重要裝置， 準備合適質量的重錘，利用計算機控制系統調控重錘的位置，被提升至特定高度后釋放，對瀝青路面產生錘擊動作，路面在受到重錘的錘擊作用后出現瞬時變形。 于待測瀝青路面布設多個測點，分別測定各點的變形數據， 基于測定數據確定動態荷載狀態下路面的彎沉值。 計算機的信息收集能力和處理能力強，可根據試驗檢測數據生成可靠的結果。 落錘式彎沉儀具有裝置精簡、操作便捷的特點，即便存在較長里程的檢測需求，也依然可有效完成試驗檢測。 配套軟件用于修正數據，減小試驗檢測數據誤差，獲得真實可靠的試驗檢測結果。 現階段，落錘式彎沉儀在公路瀝青路面的彎沉檢測中取得廣泛應用[1]。

2.1.2 貝克曼梁彎沉檢測

隨著理論的深化和實踐經驗的積累， 貝克曼梁彎沉檢測法日益成熟，在我國公路檢測中的應用水平逐步提高，其屬于靜態測試方法，涉及彎沉儀、測試車、接觸式路面溫度儀等裝置，其中彎沉儀由表架、貝克曼梁、百分表組成。 在我國高速公路試驗檢測中， 采用的是后軸達到100 kN 的BZZ-100 彎沉車，重量根據軸重要求做靈活的調整，彎沉車到位后，布設貝克曼梁，調整車頭的姿態，使其恰好處于軸線前3～5 cm、后軸輪隙中間；支架維持穩定后，以5 km/gh 的速度勻速行駛。試驗檢測數據的讀取在行駛距離大于影響半徑后開始， 測試全程產生的當量直徑和配重數據需得到修正。 貝克曼梁彎沉檢測的操作相對復雜，涉及較多參數修正工作，如路面層攤鋪厚度超過5 cm 同時溫度超過20 ℃±2 ℃時， 還需安排溫度修正，因此在較長里程公路瀝青路面的檢測中缺乏可行性。 仍值得肯定的是，貝克曼梁彎沉檢測技術的理論扎實，且諸多瀝青路面彎沉檢測標準基于此項技術而產生，因此通用性較高，仍是瀝青路面檢測中的主流方法[2]。

3 激光平整度測定儀檢測

高頻率的檢測儀器、 激光傳感器、 數據采集系統聯合運行，進行激光平整度測定儀檢測活動。 車底部設置傳感器，同時車底測試儀器發送激光束進行路面角度的測試， 傳感器接收到信息后傳輸至系統，由軟件針對數據加以處理。 測試活動在測定車輛行駛過程中進行，宜采取分段檢測的方法，獲得各段的平整度相關數據。 激光平整度測定儀檢測的穩定性較好，人為因素和環境因素對其的干擾相對較小， 能夠以較快的速度獲得準確的測量結果， 在較大里程的高速公路瀝青路面檢測中具有可行性。

4 無損檢測

4.1 攝影測量法

以高清晰度攝影的方式檢測路面病害， 獲得準確的檢測結構。 在汽車上安裝高速攝像機，調整位置后予以固定，隨著測試車輛的行駛，利用攝像機完整記錄路面影像資料。 測量產生的圖像信息將及時得到處理， 準確反映病害的發生位置及具體程度。 相比其他的高速公路瀝青路面檢測方法，攝影測量法對路面結構無損傷，操作便捷，成本低。

4.2 探地雷達檢測

在測試車上安裝探地雷達， 由此裝置發出電磁脈沖并向待測部位傳播，遇目標體介質時電磁脈沖發生反射，針對收集到的發射雷達波進行處理，從波形、介電常數、強度、雙程走時多方面進行分析，判斷被測目標的分布位置及幾何形態，掌握瀝青路面隱蔽目標的實際狀況。 通過探地雷達檢測技術的應用，能夠高效檢測脫空、空洞等瀝青路面病害。 三維探地雷達檢測結果具有直觀性，根據現有技術水平，探地雷達的探測深度達到1.5m，適用于絕大部分的瀝青路面檢測。

5 公路瀝青路面試驗檢測技術的應用

5.1 工程概況

津薊高速公路2022 年養護工程（K0+000～K116+300，116.3 km）總長116.3 km，為雙向四車道。 路面底基層采用17 cm 石 灰粉∶煤灰∶碎石（6∶14∶80），下基 層采用17 cm 石灰粉∶煤灰∶碎石（6∶14∶80），上基層采用18 cm 的5%水泥穩定級配碎石，表面層采用Sup-13 改性瀝青混凝土（4 cm），中面層采用Sup-20 中粒式改性瀝青混凝土 （6 cm） 和底面層Sup-25 瀝青混凝土（7 cm）。該工程是《天津市省級公路網規劃（2012—2030 年）》“5 縱9 橫”布局的第二縱北段，南起天津市東麗區金鐘河大街平交， 北至天津市薊州區大嶺后隧道（津京界），途經本市六區，是連接津榆線、九園線、津圍公路、滄桑線、京哈公路、寶平公路等天津北部市級公路干線以及津寧、京津、濱保、京哈、京秦等高速公路的重要通道，也是天津市重要的政治路線和旅游路線，對保障天津北部地區貨運功能、帶動薊州旅游業的發展、促進沿線地區經濟繁榮起著重要作用。

隨著高速公路運營時間的增長，在行車荷載、自然條件等因素長期作用下，道路持續發生老化、破損，服務水平下降，一些病害已嚴重影響了道路的使用性能和使用壽命， 本高速公路承載繁重的交通運輸任務，沿線車流量大、車輛重載化，隨運營時間的延長，瀝青路面顯現出裂縫、車轍等病害，且有持續發展的跡象， 不利于交通安全， 因此有效控制病害至關重要。 高速公路的車流量大，封閉交通做全面開挖檢測的可行性不足，考慮到該限制條件，擬采用三維探地雷達檢測技術和落錘式彎沉儀檢測法，以期在保證檢測結果全面、準確的同時減小對現狀交通的干擾。

5.2 檢測方案

5.2.1 三維探地雷達檢測方案

三維探地雷達主機采用GeoScopeIV， 配套空氣耦合式VX1821 天線陣。 檢測前向待測路面灑水，利用含水區雷達反射更加強烈的原理有效檢測。 灑水量以水滲入路面且路表未見明顯積水為宜， 各類檢測儀器均通過檢驗后即可正式檢測。 縱向采樣間距設為2 cm，頻率50～3 050 MHz，每個頻率發射的時間為7.008 μs。 受路面透水設計不合理、面層與基層黏結不穩定的影響，層間存在空隙，此部位聚積較多的積水，伴隨結構層脫離的問題，屬于被測路段的主要病害，因此，此部位的雷達電磁波發生變化， 空隙所致病害部位頂部發射電磁波與激發電磁波的電位保持一致， 但含水所致病害部位頂部的波相位呈相反的關系，并且此部位剖面圖中存在強烈的多次波[3]。

5.2.2 落錘式彎沉儀檢測方案

在待測路段連續按點檢測， 為保證檢測活動的有效開展以及獲得準確的檢測結果，正式檢測前進行技術標定及校核，確保彎沉儀可有效使用。 落錘式彎沉儀檢測以傳統貝克曼梁彎沉檢測技術為基礎， 對比分析落錘式彎沉儀測定的動態彎沉值和貝克曼梁彎沉儀測定的回彈彎沉值， 評價檢測方法的可行性。在本次檢測中，兩項參數的相關系數＞0.95，具有良好的線性關系，表明落錘式彎沉儀在瀝青路面病害檢測中切實可行，獲得的結果準確、全面，滿足高速公路瀝青路面檢測要求。

在瀝青路面病害檢測中，適當加大落錘的力度，在較強外力作用下，實測的彎沉值隨之增加。 彎沉值和落錘力的關系利用平面坐標進行反映，即生成擬合曲線。 在瀝青路面正常使用的狀態下，圖形應呈一條斜線，原因在于沖擊力的作用使得瀝青路面產生彈性變形， 延伸斜線可以發現其延長線通過坐標原點；若被測瀝青路面存在空洞、脫空等形式的病害，斜線的延長線偏離正常路徑，無法通過坐標原點，因此可根據斜線的延長線是否通過坐標原點進行病害的判斷。 路面板角處彎沉值超過0.20 mm 時，也表明被測瀝青路面有脫空病害。落錘式彎沉儀可用于檢測被測瀝青路面是否脫空， 無法對其尺寸做出判斷，但可參照JTG 5210—2018《公路技術狀況評定標準》的相關評價方法， 結合檢測結果針對存在的病害進行程度輕重的判斷，即輕微或嚴重[4]。

5.3 檢測結果分析及檢測方法的可行性評價

經過對4 條車道的檢測后發現1 處空洞和6 處脫空，病害的發生位置具有集中性， 其中6 處分布在左幅車道，1 處大規模土體病害分布在左幅一、 二車道。 結合路段分布情況來看，左幅車道病害對應的位置恰好是高速公路出口區域，此部位的車流量較大，車輛荷載作用較強，同時存在氣候因素及其他環境因素的影響，在多因素的共同作用下，此區域有明顯的脫空與空洞，并且病害具有持續擴展的發展趨勢。 三維探地雷達、落錘式彎沉儀的檢測結果，如表1、表2 所示。 養護隊伍針對存在的脫空、空洞病害采取注漿修補措施，漿液被注入病害部位后發生固結，結構空缺區域恢復完整，高速公路通行條件得到改善，病害處理效果良好。

表1 三維探地雷達檢測結果

表2 落錘式彎沉儀檢測結果

對比分析兩種方法的檢測結果， 發現各自在判斷高速公路瀝青路面病害時具有較高的一致性， 有所區別的是落錘式彎沉儀檢測僅能對被測瀝青路面是否存在病害做出判斷，無法進行尺寸的界定， 而三維探地雷達檢測可在判斷病害的同時確定病害的具體尺寸。 因此，在高速公路瀝青路面的病害檢測中， 三維探地雷達檢測技術的適用性相對于落錘式彎沉儀檢測方法更為突出。

6 結語