王 輝，聶 文

(1. 廣東交通實業(yè)投資有限公司，廣州 510623;2.廣州肖寧道路工程技術(shù)研究事務(wù)所有限公司，廣州 510641)

0 引言

本文以某高速公路改(擴)建工程為例，借助無損檢測技術(shù)，研究道路內(nèi)部病害與結(jié)構(gòu)強度的相關(guān)性，全方位準(zhǔn)確評價舊路狀況。

1 工程概況

某高速公路全長125.2km。2003年9月建成通車后，經(jīng)過車輛荷載的反復(fù)作用，路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了不同程度的破損。從2008年～2015年，營運管理公司根據(jù)不同的路面病害，在不同年度陸續(xù)進(jìn)行了罩面養(yǎng)護(hù)工程。改(擴)建后為雙向八車道，設(shè)計行車速度120km/h，瀝青路面驗收彎沉為22.0(0.01mm)。舊路結(jié)構(gòu)型式及加鋪結(jié)構(gòu)類型見表1。

表1 舊路改造方案

2 檢測內(nèi)容與方法

2.1 路面病害檢測

采用三維探地雷達(dá)對路面進(jìn)行超車道和主車道的檢測，探明路面結(jié)構(gòu)損傷樁號、橫向位置以及相關(guān)指標(biāo)(體積、面積、長度以及最大高程差等)，確認(rèn)路面、路基及結(jié)構(gòu)物內(nèi)部技術(shù)狀況，為后續(xù)采取注漿、直接加鋪、銑刨重鋪以及其他處治方案的擬定及方案選取提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

對右幅K3215+430～K3219+430區(qū)域采集5道檢測數(shù)據(jù)，全斷面檢測評價路面病害情況，檢測方法如圖1和圖2所示。

圖1 現(xiàn)場檢測

圖2 雷達(dá)檢測現(xiàn)場

2.1.1 檢測設(shè)備

三維探地雷達(dá)檢測設(shè)備主要包括DXG系列多通道地面耦合天線陣和GeoscopeTM MKIV雷達(dá)主機。MKIV雷達(dá)主機實現(xiàn)了高速全方位的數(shù)據(jù)采集，只需要一個天線陣就能同時滿足探測深度和分辨率的要求。DXG系列地面耦合天線陣連續(xù)頻率范圍為200MHz～3GHz，是現(xiàn)有同類設(shè)備中具有最寬頻帶范圍的天線陣，可實現(xiàn)淺層高分辨成像和更深結(jié)構(gòu)層次的探測。

過午，二里半的婆子把小孩送到亂墳崗子去！她看到別的幾個小孩有的頭發(fā)蒙住白臉，有的被野狗拖斷了四肢，也有幾個好好地睡在那里。

2.1.2 檢測原理

雷達(dá)檢測數(shù)據(jù)的采集，簡單地說就是雷達(dá)天線發(fā)射與接收電磁波的過程。電磁波在到達(dá)不同道路材料的分界面時發(fā)生反射，然后由天線接收，進(jìn)而探測出路面各結(jié)構(gòu)層的情況。RTK(Real - time kinematic)可達(dá)到cm級的定位精度，檢測過程中借助RTK可精準(zhǔn)定位檢測的樁號。

檢測車輛在前進(jìn)過程中，雷達(dá)天線持續(xù)接收反射電磁波，收集三維空間的信號。對接收到的信號加以分析處理，就可以形成沿天線移動方向切面的雷達(dá)圖，即縱剖面圖。此外，還可將掃描的數(shù)據(jù)處理成水平方向切面，如圖3所示。根據(jù)橫縱剖面圖像的情況，可確定路面病害的類型。在雷達(dá)圖像病害識別方面，國內(nèi)學(xué)者做了大量研究，證實了探地雷達(dá)可準(zhǔn)確檢測出道路內(nèi)部的狀況。其中，華南理工大學(xué)羅傳熙研究了雷達(dá)圖像成像原理，分析影響圖像質(zhì)量的因素，通過提高圖像清晰度，更好地判別病害類型，并在江羅高速公路得到有效應(yīng)用[19]。

圖3 瀝青路面內(nèi)部病害檢測(水泥穩(wěn)定碎石基層)

2.2 路面結(jié)構(gòu)強度檢測

采用PRI2100型落錘式彎沉儀，獲取荷載作用下瀝青混凝土路面的彎沉響應(yīng)(包括中心彎沉值和彎沉盆)。由設(shè)計彎沉值與中心彎沉結(jié)果的關(guān)系，求算不同路段的路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)PSSI；并根據(jù)路面彎沉盆數(shù)據(jù)，通過廣州肖寧道路工程技術(shù)研究事務(wù)所有限公司自主開發(fā)的FWD彎沉模量反算程序“DeflectionBasinLiteUI”，直接反算得到不同路段路面各結(jié)構(gòu)層的回彈模量數(shù)據(jù)。依此分析路面結(jié)構(gòu)強度等級和強度均勻性，對缺陷結(jié)構(gòu)層進(jìn)行診斷和定位，驗算路面結(jié)構(gòu)的承載能力和路面結(jié)構(gòu)的材料設(shè)計符合性，為路面結(jié)構(gòu)性修補提供依據(jù)。

檢測段落為右幅K3215+430～K3219+430路基段的超車道和行車道，按每車道20m/點的檢測頻率?，F(xiàn)場檢測如圖4所示。

圖4 FWD現(xiàn)場檢測

3 檢測結(jié)果與討論

3.1 路面病害檢測結(jié)果

三維探地雷達(dá)病害檢測結(jié)果見表2。

表2 K3215+430～K3219+430路段病害統(tǒng)計

經(jīng)檢測，發(fā)現(xiàn)面層存在裂縫152處，密度162m/km；基層存在裂縫45處，密度60m/km，松散4處，脫空7處，沉陷3處；底基層存在裂縫39處，密度52m/km，松散13處；土基存在裂縫17處，密度28m/km，松散6處，富水區(qū)域2處。由檢測結(jié)果可知，面層存在較多的裂縫，密度達(dá)到161.6m/km。此外，基層、底基層和土基主要的病害型式為裂縫和松散，同時還存在沉陷、脫空和富水。

通過分析各結(jié)構(gòu)層病害分布情況可見，面層出現(xiàn)病害位置的下部結(jié)構(gòu)層一般也存在不同程度的損壞，但部分(底)基層的明顯病害未能在道路表面體現(xiàn)。若這些(底)基層的病害未能得到及時有效的處治，在后續(xù)行車荷載反復(fù)作用下，將會造成路面的損壞。

3.2 路面結(jié)構(gòu)強度檢測結(jié)果

3.2.1 路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)PSSI

采用PRI2100型落錘式彎沉儀，獲取荷載作用下瀝青混凝土路面的彎沉響應(yīng)(包括中心彎沉值和彎沉盆)，根據(jù)中心彎沉結(jié)果與設(shè)計彎沉值的關(guān)系，求算路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)PSSI(圖5)。

圖5 行車道和超車道路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)PSSI分布

PSSI分為優(yōu)、良、中、次和差五個等級。當(dāng)PSSI值≥90時，評價為優(yōu)；當(dāng)PSSI值≥80并<90時，評價為良；當(dāng)PSSI值≥70并<80時，評價為中；當(dāng)PSSI值≥60并<70時，評價為次；當(dāng)PSSI值<60時，評價為差。本次檢測段落內(nèi)路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)PSSI分布狀況如圖5所示。

行車道中及以下的比例約為10.9%(16/146)，優(yōu)良率約為90.1%。相比2017年8月現(xiàn)場檢測結(jié)果全線優(yōu)良率98.5%的比例，出現(xiàn)較大幅度的結(jié)構(gòu)強度衰減，路面結(jié)構(gòu)強度偏差，這與行車道重載車輛較多有直接關(guān)系。

超車道中及以下的比例約為3.3%(5/150)，優(yōu)良率約為96.7%，相比2017年8月現(xiàn)場檢測結(jié)果全線優(yōu)良率98.5%的比例，出現(xiàn)一定幅度的結(jié)構(gòu)強度衰減。

3.2.2 路面結(jié)構(gòu)各層彈性模量

根據(jù)FWD實測的彎沉盆數(shù)據(jù)，通過FWD彎沉模量反算程序“DeflectionBasinLiteUI”，直接反算得到不同路段路面結(jié)構(gòu)各結(jié)構(gòu)層的回彈模量數(shù)據(jù)。各結(jié)構(gòu)層回彈模量數(shù)據(jù)見表3。

表3 各結(jié)構(gòu)層模量分布

由表2的數(shù)據(jù)可知，路面結(jié)構(gòu)層模量存在明顯的衰減，行車道衰減幅度比超車道大，主要原因是該高速公路的大交通量和重載交通荷載組成導(dǎo)致。

3.3 路面病害與結(jié)構(gòu)強度的相關(guān)性

(1)采用落錘式彎沉儀(FWD)在裂縫位置進(jìn)行定點檢測，進(jìn)一步分析路面病害與結(jié)構(gòu)強度的關(guān)系。檢測結(jié)果見表4。

表4 裂縫處路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)

從表4的數(shù)據(jù)可知，裂縫位置的路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)PSSI均小于70，分級均為次及以下。面層的裂縫會導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)強度的降低，且行車道衰減幅度比超車道大。

(2)選取部分三維探地雷達(dá)和落錘式彎沉儀(FWD)檢測結(jié)果匯總(表5)。正常的模量水平為面層模量大于5 000MPa，基層模量大于5 000MPa，底基層模量大于2 500MPa。

表5 雷達(dá)探測病害結(jié)果和FWD檢測結(jié)果比對

從表5的數(shù)據(jù)可知，路面結(jié)構(gòu)彈性模量與病害存在一定的聯(lián)系，結(jié)構(gòu)層病害會導(dǎo)致彈性模量出現(xiàn)不同程度的降低。病害出現(xiàn)的位置均有個別結(jié)構(gòu)層模量不足的情況。

(3)為了驗證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，隨機選取K3216+710處進(jìn)行開挖，該處存在面層裂縫，基層裂縫、沉陷，底基層裂縫、松散等病害。模量反算結(jié)果顯示，K3216+710處水穩(wěn)底基層模量僅為2 255MPa，結(jié)果偏低(通常水穩(wěn)底基層模量至少超過2 500MPa)。開挖驗證過程如圖6所示。

圖6 現(xiàn)場開挖驗證情況

現(xiàn)場開挖驗證效果較好，三維探地雷達(dá)無損檢測病害結(jié)果經(jīng)開挖驗證符合性較高，能滿足改(擴)建工程舊路面處理的要求。同時獲取開挖點附近路面結(jié)構(gòu)的逐層模量結(jié)果，路面模量結(jié)果存在衰減，與雷達(dá)檢測結(jié)果具有較好的對應(yīng)性。

4 結(jié)語

高速公路改(擴)建工程舊路路面的處治關(guān)系到路面的使用壽命，若對路面內(nèi)部缺陷和承載力不足的位置進(jìn)行改善，將能延緩路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損壞的時間，大幅提高改(擴)建后路面的使用年限。本文以某高速公路改(擴)建工程為例，采用無損檢測技術(shù)，對道路進(jìn)行快速、無損、精準(zhǔn)的檢測，得到路面技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)一步分析路面內(nèi)部病害和結(jié)構(gòu)強度相互間的關(guān)聯(lián)，為舊路路面處治措施的選擇提供定量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過現(xiàn)場路面結(jié)構(gòu)開挖，驗證了該方法的可行性。主要結(jié)論如下：

(1)根據(jù)三維探地雷達(dá)病害檢測結(jié)果可知，面層出現(xiàn)病害位置的下部結(jié)構(gòu)層一般也存在不同程度的損壞，但部分(底)基層的明顯病害未能在道路表面體現(xiàn)。

(2)與2017年8月現(xiàn)場檢測結(jié)果相比，路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)和路面結(jié)構(gòu)層模量均存在明顯衰減，且行車道衰減幅度比超車道大。行車道重載車輛多，荷載作用大，導(dǎo)致路面強度衰減比超車道快，檢測結(jié)果與實際情況相符合。

(3)通過現(xiàn)場開挖驗證可知，三維探地雷達(dá)無損檢測病害結(jié)果經(jīng)開挖驗證符合性較高，能滿足改(擴)建工程舊路面處理的要求，且開挖點附近路面結(jié)構(gòu)層的模量結(jié)果存在衰減，與雷達(dá)檢測結(jié)果具有較好的對應(yīng)性，路面結(jié)構(gòu)損傷將會導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)強度出現(xiàn)不同程度的下降。