盧永貴 肖波

（四川高速公路建設(shè)開發(fā)集團(tuán)有限公司，四川 成都 610041）

一、前言

投入運(yùn)營的瀝青路面，在車輛荷載沖擊、環(huán)境溫度變化、水份循環(huán)等外因、外力作用下，會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞，出現(xiàn)路面開裂等病害。未及時(shí)封閉處治的路面裂縫，將致使雨水下滲、侵入路面結(jié)構(gòu)層間空隙，在車輛動(dòng)水壓力作用下，進(jìn)一步形成沖刷、剝落、松散等病害，因此，需要及時(shí)維修。目前，勘察路面病害原因的主要手段包含無損檢測和破壞性檢測。

無損檢測需要根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)建立模型，將檢測接收信號(hào)輸入模型反演推論、預(yù)測病害成因，其準(zhǔn)確性受到路面實(shí)際情況與模型的匹配程度、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的工程經(jīng)驗(yàn)等因素影響。因此，計(jì)算結(jié)果可能會(huì)存在一定的誤差，需要以“探坑、銑刨、鉆芯”等破壞性手段剝離路表覆蓋物，直接觀察隱蔽部分情況進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)證。

鉆芯取樣屬于破壞較小、成本較低，是最直接有效的破壞性檢測手段，也是最常見的路面病害調(diào)查方法。筆者根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在開展鉆芯取樣工作時(shí)，大多照搬交工的操作模式。新建瀝青路面的粘結(jié)性較強(qiáng)，鉆芯機(jī)鉆頭對芯樣的擾動(dòng)破壞相對較小；新建路面未經(jīng)歷渠化交通，整個(gè)縱橫斷面上材料、結(jié)構(gòu)狀況相同，取樣位置對結(jié)果影響較小。養(yǎng)護(hù)病害調(diào)查的路況則完全不同，照搬交工模式，將造成病害成因分析失準(zhǔn)、夸大病害程度、擴(kuò)大病害規(guī)模、處治對策針對性弱、經(jīng)濟(jì)性差等問題。

本文將探討瀝青路面取芯模式對芯樣的樣本屬性分析準(zhǔn)確性的影響，以期優(yōu)化、規(guī)范取芯操作流程，提高勘察精度，提升處治對策的精準(zhǔn)性、針對性。

二、取芯機(jī)鉆頭尺寸影響

取芯機(jī)工作原理為鉆頭高速運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)套筒頭部的薄壁金剛石快速打磨、粉碎、切割主體材料，在其內(nèi)部破出一道環(huán)形鴻溝，切斷分割部分主體作為研究樣本。由此可見，取芯機(jī)工作時(shí)，對路面材料做了較多額外功，對芯樣物質(zhì)有剪切、擾動(dòng)、破壞等影響。假設(shè)對大面積主體材料的破壞能量與做功大小可用鉆頭切割、粉碎的物料多少來定量表達(dá)，則破壞能量可用公式V1=h×d×π×2R計(jì)算，式中h為芯樣高度；d為鉆機(jī)筒套壁厚；R為芯樣半徑。根據(jù)芯樣體積公式V2=π×R2×h可推論：芯樣單位體積所受破壞能量為V1/V2=2×d/R。式中鉆機(jī)筒套壁厚d為定值，故芯樣單位體積的破壞能與芯樣半徑R成反比，由此可得，芯樣越大，受到的破壞、擾動(dòng)越小。

對于服役多年的路面材料，在受到各種因素的侵蝕、削弱、破壞后，殘留的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、粘結(jié)性將大幅度低于通車之初，若此時(shí)仍采用交工時(shí)直徑100mm的馬歇爾試件取芯，芯樣勢必受到較大影響，不能完全反映路面結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀。由于采用小鉆頭取芯，粒料間、層間殘存的粘結(jié)強(qiáng)度被擾動(dòng)、破壞殆盡，芯樣破碎松散，將會(huì)誤判路面結(jié)構(gòu)完全喪失粘結(jié)力，沒有任何殘余強(qiáng)度和利用價(jià)值。

筆者在四川某通車8年的高速路面鉆芯現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，在路面縱橫裂縫交叉處鉆取直徑為100mm的芯樣時(shí)，其結(jié)構(gòu)破碎松散，無法取出完整芯樣；但相同地方改為鉆取直徑為150mm的芯樣時(shí)，可取出完整芯樣，裂縫貫穿芯樣，被分割為幾大塊。由此可見，大直徑芯樣才能夠反映出路面結(jié)構(gòu)的真實(shí)狀況。

另外，在調(diào)查養(yǎng)護(hù)工程病害時(shí)，需要取樣分析礦料級(jí)配和瀝青老化程度，采用小鉆頭取芯時(shí)，切割形成的環(huán)形空隙存在較大邊界效應(yīng)，造成粗集料被鉆頭破碎比例較大，導(dǎo)致級(jí)配分析失準(zhǔn)。其中，采用直徑為100mm的鉆頭切割粗集料含量為40%的AC-13C，切割環(huán)周長為31倍粗集料粒徑，粗集料破碎率大約為30%×40%=12%；同理，采用直徑為150mm的鉆頭切割時(shí)，粗集料破碎率大約為8%；采用直徑為200mm的鉆頭切割時(shí)，粗集料破碎率大約為6%；500×500mm切割體的粗集料破碎率則僅為3%。

綜上所述，為了取出能反映路面材料真實(shí)狀況的芯樣，建議采用直徑150mm以上的薄壁鉆頭，并以500×500mm的切割體為樣品，分析礦料級(jí)配。

三、取芯位置影響

高速公路交通渠化非常嚴(yán)重，在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)教材中，單向行駛車道輪跡橫向分布頻率曲線圖表明，在距車道標(biāo)線1～1.25m處，車輛荷載頻率最大；故重車行駛的主車道輪跡帶承受的荷載力較大，破壞程度也較大。新建瀝青路面整個(gè)斷面的材料設(shè)計(jì)參數(shù)是相同的，故渠化交通會(huì)造成非均勻性破壞、差異化破損。調(diào)查路面病害時(shí)，常以最不利的主車道輪跡帶破損位置的芯樣狀況作為代表樣本。因此，采用此代表樣本作出的評(píng)估結(jié)論，在一定程度上會(huì)夸大病害。主車道的雙輪組左右輪跡寬度2×50cm，僅占全斷面（10.5m）的9.5%，即使增加1m寬輪跡影響區(qū)域也僅占19%。四川某通車8年高速路面取芯表明，輪跡帶上縱橫裂縫交叉處松散、無法取芯，緊鄰此點(diǎn)15cm處的芯樣則密實(shí)完好、強(qiáng)度較高。由此可見，上述方法存在一定局限性，應(yīng)在全斷面其他位置同時(shí)取芯分析、繪制破損圖譜，準(zhǔn)確掌握結(jié)構(gòu)損傷狀況，以便提出更加經(jīng)濟(jì)、合理、針對性強(qiáng)的處治病害方案。

本文建議在斷面上層路面破損處和破損點(diǎn)旁20cm處，以及此斷面上所有車道的輪跡帶和輪跡帶旁20cm處鉆芯取樣。以這些點(diǎn)位的芯樣狀況繪制破損圖譜，可全面掌握路面結(jié)構(gòu)損傷狀況。

四、取芯機(jī)參數(shù)影響

采用性能參數(shù)較差的取芯機(jī)運(yùn)行時(shí)，不僅會(huì)出現(xiàn)整機(jī)抖動(dòng)、鉆頭擺動(dòng)、芯樣擾動(dòng)等問題，還將導(dǎo)致誤判路況。因此，必須選擇運(yùn)行平穩(wěn)、動(dòng)力強(qiáng)勁、鉆頭堅(jiān)硬、筒壁纖薄的取芯機(jī)，減少對芯樣的擾動(dòng)、破壞影響，增加芯樣反映路面強(qiáng)度衰減狀況的代表性。

根據(jù)多個(gè)項(xiàng)目的成功實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，筆者建議采用雙立柱結(jié)構(gòu)、螺旋給進(jìn)汽油取芯機(jī)，配備薄壁金剛石鉆頭、高速切割，保證機(jī)器主軸最高轉(zhuǎn)速不低于1000r/min，功率不小于10kW，自重大于160kg。

五、結(jié)語

本文從取芯機(jī)鉆頭尺寸、取芯位置、取芯機(jī)參數(shù)3個(gè)方面，分析了瀝青路面取芯的影響因素，提出合理優(yōu)化取芯機(jī)參數(shù)的方法，并規(guī)范具體操作流程，實(shí)際工程應(yīng)用結(jié)果表明，本文提出的方法可提高勘察準(zhǔn)確性，增強(qiáng)芯樣的路況代表性，提升病害處治對策的精準(zhǔn)性和針對性，可供同行參考。