馬文致

(安徽省鳳陽縣交通局)

近年來,隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷提高,尤其是公路建設(shè)發(fā)展迅猛。到 2008年底,全國(guó)公路通車總里程已達(dá)到252萬 km,繼續(xù)穩(wěn)居世界第二。但是相當(dāng)一部分早期修建的農(nóng)村公路已經(jīng)不能適應(yīng)交通量增長(zhǎng)和社會(huì)發(fā)展需要,有的農(nóng)村公路的路基及路面結(jié)構(gòu)經(jīng)過多年的使用,在車輛荷載和自然環(huán)境等因素的影響下,其物理、力學(xué)性質(zhì)發(fā)生了很大變化,部分路段已經(jīng)產(chǎn)生了不同程度的病害,服務(wù)水平逐漸降低,影響了公路通行能力的正常發(fā)揮和行車安全。不過農(nóng)村公路的改擴(kuò)建在我國(guó)還是一個(gè)新興的課題,如何進(jìn)行改擴(kuò)建沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)可循,其中如何對(duì)農(nóng)村公路現(xiàn)有路況進(jìn)行方便快捷且行之有效的檢測(cè),以期對(duì)設(shè)計(jì)施工提供有效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),成為一個(gè)值得深入研究的問題。應(yīng)當(dāng)看到,目前我國(guó)的公路工程檢測(cè)技術(shù)還停留在世界發(fā)達(dá)國(guó)家 20世紀(jì) 80年代初期或中期水平,檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)方法原始落后,不能很好的對(duì)道路狀況進(jìn)行全面、快速、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。許多費(fèi)用高、效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大,甚至對(duì)工程有破壞性的檢測(cè)儀器和檢測(cè)方法仍在繼續(xù)使用。無論是設(shè)備對(duì)路基路面實(shí)際受力狀況模擬的合理性,還是精度、效率及分析方法,都跟不上我國(guó)公路事業(yè)發(fā)展的步伐。

1 農(nóng)村公路混凝土路面路況的主要檢測(cè)技術(shù)

1.1 探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)

雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種特高頻電磁波發(fā)射與接受技術(shù)。它與地震波不同,地震波是在錘擊或小量炸藥引爆情況下產(chǎn)生的一種振動(dòng)輻射波,一般具有低頻性質(zhì),而雷達(dá)波由自身激振產(chǎn)生,直接向路基路面中發(fā)射射頻電磁波,通過波的反射與接收獲得路基路面的采樣信號(hào),再經(jīng)過硬件與軟件及圖文顯示系統(tǒng),得到檢測(cè)結(jié)果。雷達(dá)所用的采樣頻率一般為數(shù)百萬赫左右,而發(fā)射和接收的射頻頻率有的要達(dá)到數(shù)吉赫以上。自 20世紀(jì)70年代開始,探地雷達(dá)進(jìn)入工程物探領(lǐng)域。雷達(dá)的早期應(yīng)用主要集中在勘探方面,隨著雷達(dá)技術(shù)的不斷完善和發(fā)展,雷達(dá)技術(shù)陸續(xù)進(jìn)入更多的領(lǐng)域,其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大,作用日趨明顯。特別是進(jìn)入 21世紀(jì)以來,雷達(dá)技術(shù)更是得到空前的發(fā)展,其重要性日益彰顯,其特點(diǎn)可以歸納為以下幾點(diǎn)。(1)由探地雷達(dá)對(duì)路面的檢測(cè)結(jié)果可以直接獲知面層的厚度及介電常數(shù)。(2)通過極少量的鉆芯取樣標(biāo)定,利用探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)的后處理分析系統(tǒng),對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯,可從路基、路面的深度和廣度上全面了解路基、路面結(jié)構(gòu)層的病害與缺陷發(fā)育情況等詳細(xì)信息。(3)利用探地雷達(dá)檢測(cè),進(jìn)行農(nóng)村公路現(xiàn)有路面狀況評(píng)定,既全面深入地了解路面概貌,又最大限度地保護(hù)路面結(jié)構(gòu)層的完整性。(4)制定擴(kuò)建對(duì)策時(shí),利用探地雷達(dá)對(duì)所有路段進(jìn)行無損檢測(cè),從而了解路基路面結(jié)構(gòu)層詳細(xì)工作信息,大大減少對(duì)策分析中的經(jīng)驗(yàn)成分,進(jìn)一步優(yōu)化對(duì)策。

1.2 旁壓試驗(yàn)技術(shù)

旁壓試驗(yàn)是一種利用鉆孔在覆蓋層一定深度部位進(jìn)行的原位載荷試驗(yàn),試驗(yàn)成果為旁壓荷載與旁壓位移的關(guān)系曲線。一般采用彈性或理想彈塑性解析理論來對(duì)旁壓試驗(yàn)機(jī)理進(jìn)行解釋,以確定諸如旁壓模量、側(cè)壓力系數(shù)、地基極限承載力等參數(shù),并依據(jù)經(jīng)驗(yàn)評(píng)價(jià)地基的允許承載力及沉降變形。旁壓試驗(yàn)作為工程地質(zhì)勘察中原位測(cè)試方法的一種,較早應(yīng)用于巖土工程勘察領(lǐng)域,將旁壓試驗(yàn)引入到道路工程檢測(cè)中目前還處于研究探討階段。利用旁壓試驗(yàn)檢測(cè)路基結(jié)構(gòu)狀況主要是考慮到旁壓試驗(yàn)操作簡(jiǎn)便,可盡量減少對(duì)農(nóng)村公路現(xiàn)有交通的影響;旁壓試驗(yàn)的物理模型為軸對(duì)稱的圓柱形孔的擴(kuò)張問題,它是一個(gè)軸對(duì)稱的平面應(yīng)變問題,這個(gè)問題的彈塑性解已經(jīng)得到很好的解決;不受地下水位限制,與室內(nèi)試驗(yàn)相比,試樣大、擾動(dòng)小;可在地層中的某一指定位置進(jìn)行試驗(yàn),這樣可了解不同深度地基參數(shù)的變化,可對(duì)地基土進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.3 傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)

(1)路況調(diào)查。

路況調(diào)查是道路養(yǎng)護(hù)以及改擴(kuò)建工程中對(duì)現(xiàn)有路況進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)的最基本方法,該方法直觀有效、檢測(cè)指標(biāo)全面,評(píng)價(jià)體系規(guī)范成熟。路況調(diào)查可以確定每一塊水泥混凝土板的病害類型和嚴(yán)重程度,通過這些病害的描述可以初步判斷該混凝土板的結(jié)構(gòu)承載力狀況,為后續(xù)的檢測(cè)提供依據(jù),縮小檢測(cè)范圍,減輕檢測(cè)工作量。路況調(diào)查目前多采用目測(cè)和儀具量測(cè)方法,為農(nóng)村公路改擴(kuò)建設(shè)計(jì)提供依據(jù)而進(jìn)行的調(diào)查,應(yīng)沿整個(gè)調(diào)查路段逐板塊進(jìn)行。對(duì)于改擴(kuò)建工程中的農(nóng)村公路而言,要對(duì)所有混凝土板塊進(jìn)行人工調(diào)查,其工作量之大可想而知,因此路況調(diào)查的方法落后,自動(dòng)化程度不高是其應(yīng)用受到限制的不利因素。如何結(jié)合其他檢測(cè)方法,縮小路況調(diào)查的范圍,或是研制更為自動(dòng)化的快速調(diào)查儀器是其發(fā)展方向。

(2)彎沉檢測(cè)。

回彈彎沉值一直以來都是表征路基路面承載能力的常用參數(shù)之一,回彈彎沉值越大,承載力越小,反之則越大,路表回彈彎沉值則反應(yīng)了路基路面綜合承載能力?；貜棌澇林翟谖覈?guó)已廣泛使用且有很多試驗(yàn)和研究成果。目前回彈彎沉值的檢測(cè)主要是采用貝克曼梁法和落錘式彎沉儀法。貝克曼梁法應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng),是發(fā)展成熟的規(guī)范方法;落錘式彎沉儀法由于其所得彎沉值為動(dòng)態(tài)彎沉值,更接近路面實(shí)際受荷狀況,在近幾年得到廣泛的研究和應(yīng)用。但無論是采用哪種方法,要在不中斷現(xiàn)有交通的條件下對(duì)農(nóng)村公路現(xiàn)有路況進(jìn)行檢測(cè),工作量都將很大。

(3)平整度檢測(cè)。

路面平整度是路面使用性能重要而直觀的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo),路面平整度同樣是道路用戶最熟悉和最關(guān)心的重要公路指標(biāo)。路面平整度的檢測(cè)儀器經(jīng)過多年的研究改進(jìn),自動(dòng)化程度高,操作簡(jiǎn)便,檢測(cè)結(jié)果也穩(wěn)定可靠。

(4)路面鉆孔取芯與路肩地質(zhì)鉆探。

路面鉆孔取芯與路肩地質(zhì)鉆探均是對(duì)道路結(jié)構(gòu)鉆進(jìn)取樣,然后對(duì)試樣進(jìn)行各種試驗(yàn)測(cè)試。其特點(diǎn)是檢測(cè)結(jié)論準(zhǔn)確直觀,但同時(shí)由于鉆孔的存在破壞了原有道路的整體結(jié)構(gòu),為道路的正常使用造成了隱患;同時(shí)由于鉆孔測(cè)試結(jié)論僅能代表一個(gè)測(cè)點(diǎn)的狀況,無法對(duì)整個(gè)路線上的路況進(jìn)行評(píng)價(jià),其應(yīng)用也受到了限制。因此,路面鉆孔取芯與路肩地質(zhì)鉆探主要用來對(duì)局部路段進(jìn)行有針對(duì)性的檢測(cè),也可以用來對(duì)其他檢測(cè)方法的結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證和標(biāo)定。

2 農(nóng)村公路混凝土路面路況的聯(lián)合檢測(cè)方法

眾所周知,鉆探取芯測(cè)試是最直接也是最有效的路況檢測(cè)方法,具有較高的測(cè)試精度。但是其存在的主要問題也不容忽視,比如取芯測(cè)試結(jié)果只代表鉆孔位置的情況,為測(cè)點(diǎn)結(jié)果;鉆孔布點(diǎn)過多現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)周期較長(zhǎng),布點(diǎn)不足則反映不了公路路況的全貌。與之相反,探地雷達(dá)在測(cè)試過程中,對(duì)交通影響小、測(cè)試速度快以及測(cè)試結(jié)果具有線狀連續(xù)性等特點(diǎn),用于現(xiàn)有路況的檢測(cè)具有一定的優(yōu)勢(shì);通過灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)論可知,平整度檢測(cè)也能有效反映路基路面結(jié)構(gòu)狀況,而其檢測(cè)連續(xù),操作簡(jiǎn)單;利用旁壓試驗(yàn)的檢測(cè)結(jié)果可以計(jì)算得到土基回彈模量,且旁壓試驗(yàn)儀器輕便,檢測(cè)效率比承載板方法高。為此,提出了以下聯(lián)合檢測(cè)步驟,以歷年養(yǎng)護(hù)資料為基礎(chǔ)作平整度、探地雷達(dá)初步檢測(cè),確定后續(xù)檢測(cè)路段;對(duì)初步檢測(cè)確定的路段進(jìn)行彎沉檢測(cè),作進(jìn)一步定性分析,確定重點(diǎn)檢測(cè)路段;以旁壓試驗(yàn)和路面鉆孔取芯、地質(zhì)鉆探相結(jié)合對(duì)重點(diǎn)路段進(jìn)行定量分析。將聯(lián)合檢測(cè)法應(yīng)用于北京京哈農(nóng)村公路通州線段現(xiàn)有路況的檢測(cè)工作,其應(yīng)用特點(diǎn)如下。(1)平整度檢測(cè)指標(biāo)與路面狀況指數(shù) PCI,代表彎沉值Lr的具有較高的灰色關(guān)聯(lián)度,利用平整度檢測(cè)可以對(duì)路況作出初步評(píng)價(jià)。探地雷達(dá)檢測(cè)快速直觀,所得雷達(dá)掃描圖可以判別路面結(jié)構(gòu)層厚度、脫空狀況等,初步判斷路況信息,結(jié)合歷年的養(yǎng)護(hù)資料可以確定后續(xù)檢測(cè)路段,為后續(xù)檢測(cè)縮小范圍。(2)在前述檢測(cè)確定的病害較嚴(yán)重的路段上進(jìn)行彎沉檢測(cè),可以判斷出路基路面綜合承載能力,將彎沉值較大的路段作為重點(diǎn)檢測(cè)路段,做進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)狀況檢測(cè)。(3)對(duì)重點(diǎn)路段的土基進(jìn)行旁壓試驗(yàn),其試驗(yàn)結(jié)果能夠換算成土基回彈模量值,為擴(kuò)建對(duì)策提供依據(jù)。(4)地質(zhì)鉆探直接作用于路面和路基,具有物探方法不可比擬的優(yōu)勢(shì),它能夠準(zhǔn)確探明路基和路面基層的實(shí)際狀況和力學(xué)性能。對(duì)重點(diǎn)路段進(jìn)行少量的地質(zhì)鉆探,利用檢測(cè)結(jié)果對(duì)探地雷達(dá)結(jié)果和旁壓試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比標(biāo)定,做到點(diǎn)面結(jié)合,確保了檢測(cè)的準(zhǔn)確性和檢測(cè)資料的連續(xù)性。

實(shí)踐證明,以歷年養(yǎng)護(hù)資料為基礎(chǔ)作平整度、探地雷達(dá)初步檢測(cè),彎沉檢測(cè)進(jìn)一步定性分析,以旁壓試驗(yàn)和路面鉆孔取芯、地質(zhì)鉆探相結(jié)合進(jìn)行定量分析的現(xiàn)有路況聯(lián)合檢測(cè)方法達(dá)到了取長(zhǎng)補(bǔ)短的目的,可以充分發(fā)揮各種檢測(cè)方法的優(yōu)勢(shì)。其檢測(cè)結(jié)果能夠?yàn)橹贫ǜ臄U(kuò)建對(duì)策提供基礎(chǔ)資料。

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