張強(qiáng)

（廣州誠(chéng)安路橋檢測(cè)有限公司，廣東廣州510420）

0 引言

瀝青路面屬于柔性路面，而我國(guó)高速公路基層普遍為半剛性，從而易在路面反射出裂縫或隱蔽的結(jié)構(gòu)性病害，加之在外部荷載、環(huán)境與氣候等多重因素的綜合作用下，此類路面病害在全國(guó)多地高速公路上出現(xiàn)，嚴(yán)重影響路面使用壽命，且高速公路中廣泛使用黏度偏大的改性瀝青，但由于工期緊張經(jīng)常出現(xiàn)拌和不充分問題，導(dǎo)致瀝青路面水穩(wěn)定性差，外部載荷作用下將出現(xiàn)水損害問題，使路面剝離。因此，掌握瀝青路面試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)、規(guī)范實(shí)施技術(shù)、精準(zhǔn)識(shí)別病害是保證路面質(zhì)量、降低高速公路運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)的重要措施，具有深入探究的必要性。

1 高速公路瀝青路面試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)分析

1.1 彎沉檢測(cè)

1.1.1 落錘式彎沉儀法

落錘式彎沉儀檢測(cè)期間利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)重錘提升高度展開控制，到達(dá)指定高度后將其釋放，攜帶正半弦荷載做出錘擊動(dòng)作，至瀝青路面上使路面瞬間出現(xiàn)變形。單次檢測(cè)過程中設(shè)置不同測(cè)點(diǎn)，記錄每個(gè)點(diǎn)的變形數(shù)據(jù)，則可以計(jì)算出路面在動(dòng)態(tài)荷載下的彎沉值參數(shù)。該方法可以利用計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)采集、處理工作，測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確，且在計(jì)算機(jī)上可以精準(zhǔn)、快速、便捷地完成荷載大小調(diào)整，準(zhǔn)確模擬公路的實(shí)際荷載情況。此外，落錘式彎沉儀相比其他型號(hào)儀器體積小、方便移動(dòng)、操作簡(jiǎn)便，在里程相對(duì)較長(zhǎng)的檢測(cè)中同樣適用，采集錘擊數(shù)據(jù)后可以使用配套軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，統(tǒng)一修正實(shí)測(cè)彎沉數(shù)據(jù)，使誤差得到有效處理，在目前瀝青路面彎沉檢測(cè)中應(yīng)用范圍廣、頻率高[1]。

1.1.2 貝克曼梁彎沉檢測(cè)

貝克曼梁彎沉檢測(cè)技術(shù)是我國(guó)最早從國(guó)外引進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)之一，截至目前一直沿用。其屬于靜態(tài)測(cè)試方法，我國(guó)擁有相對(duì)成熟的方法體系，檢測(cè)過程中需要使用測(cè)試車、彎沉儀（貝克曼梁、百分表、表架組成）、接觸式路面溫度儀等工具。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中要求高速公路需采用后軸為100kN的BZZ-100彎沉車，以軸重要求為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重量調(diào)整，將彎沉車停放在測(cè)試位置后按規(guī)定放好貝克曼梁，要求彎沉儀測(cè)頭位置應(yīng)處于后軸輪隙中間、軸線前3～5cm位置，不得出現(xiàn)梁臂接觸輪胎情況，調(diào)整支架穩(wěn)定度與百分表后啟動(dòng)彎沉車，保持5km/h的速度行駛，在行駛距離超過影響半徑后讀取數(shù)值。測(cè)試后需要對(duì)當(dāng)量直徑、配重進(jìn)行修正；若檢測(cè)時(shí)路面溫度超過20±2℃且路面層攤鋪厚度＞5cm，則需要進(jìn)行溫度修正[2]。該方法操作過程較為復(fù)雜，尤其是參數(shù)修正時(shí)涉及大量計(jì)算，結(jié)果易受人為因素影響，因此不適用里程長(zhǎng)高速公路瀝青路面檢測(cè)中。但由于目前諸多瀝青路面彎沉檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)均在貝克曼梁彎沉檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)上建立，其通用度仍較高。

1.2 平整度檢測(cè)

1.2.1 3m直尺平整度檢測(cè)

平整度檢測(cè)過程中采用3m直尺檢測(cè)法時(shí)，可以在施工期間對(duì)接縫位置平整度展開檢測(cè)。瀝青路面施工過程中接縫搭接位置壓實(shí)質(zhì)量難以控制，施工期間、維修養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)均是檢測(cè)的重點(diǎn)，檢測(cè)結(jié)果判斷壓實(shí)度不符合要求時(shí)則需要重新進(jìn)行碾壓處理。每個(gè)測(cè)點(diǎn)需要連續(xù)測(cè)量10尺，對(duì)最大間隙平均值進(jìn)行計(jì)算。也可以在驗(yàn)收環(huán)節(jié)、維修養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)測(cè)試路面平整度，平整度不達(dá)標(biāo)表示高速公路舒適性差，應(yīng)在每200m范圍內(nèi)選擇兩處展開測(cè)量，每個(gè)位置連續(xù)測(cè)量5尺。測(cè)量過程中必須將測(cè)量位置的雜物全部清除，避免影響測(cè)量精度。

1.2.2 激光平整度測(cè)定儀檢測(cè)

在瀝青路面平整度檢測(cè)中，激光平整度測(cè)定儀是使用頻率相對(duì)較高的儀器，其搭配靈敏的激光傳感器以及先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，開始測(cè)量后測(cè)定車底部發(fā)出激光束測(cè)試路面表面角度，且傳感器也位于車底，接收信息后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)當(dāng)中，分析整理后得出結(jié)果。整個(gè)測(cè)試是在測(cè)定車行駛狀態(tài)下完成的，并且需要分段檢測(cè)，按照檢測(cè)方案要求間隔一定距離后啟動(dòng)測(cè)定車，并根據(jù)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)速，獲取路面平整度相關(guān)數(shù)據(jù)[3]。以上兩種方法相比，激光平整度測(cè)定儀利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，降低環(huán)境以及人為因素產(chǎn)生的干擾，其測(cè)量結(jié)果精度更高，并且速度更快，更加適用于大規(guī)模高速公路檢測(cè)中。

1.3 抗滑性檢測(cè)

抗滑性能也是高速公路瀝青路面試驗(yàn)檢測(cè)中的重要指標(biāo)之一。通常情況下采用手工鋪砂法進(jìn)行檢測(cè)，該方法便于數(shù)據(jù)分析。具體來講，檢測(cè)過程中檢測(cè)人員以手工方式向路面鋪砂，且在輪跡帶上選擇測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)與邊緣應(yīng)至少相距1m；將測(cè)點(diǎn)周圍路面清潔干凈（面積≥30cm×30cm），將潔凈的0.15～0.30mm砂均勻鋪在路面上，采用推平板按照從里向外方向重復(fù)攤鋪，并施加合適的力使砂向外攤開，填入瀝青路面凹凸不平的孔隙當(dāng)中，最終砂攤鋪成圓形，表面上不得出現(xiàn)余砂，利用鋼板尺對(duì)所形成圓的兩個(gè)垂直方向的直徑展開測(cè)量，計(jì)算出平均值；相同位置平行方向上測(cè)定次數(shù)至少為3次，測(cè)點(diǎn)之間間隔為3～5m，利用測(cè)量數(shù)值可以計(jì)算出路面構(gòu)造深度，計(jì)算公式為：

式（1）中：TD表示路面表面構(gòu)造深度（mm）；V表示砂的體積（25m3）；D表示攤平砂的平均直徑（mm）。

目前也有電動(dòng)鋪砂器，在測(cè)試范圍較大時(shí)應(yīng)用鋪砂器可以提高操作效率，檢測(cè)過程中需要利用鋪砂器將砂攤鋪成寬度為5cm的帶狀，合理確定攤鋪長(zhǎng)度后通過計(jì)算鋪砂器玻璃板上攤鋪砂厚度、路面構(gòu)造深度完成抗滑性能評(píng)估。

1.4 無損檢測(cè)

1.4.1 攝影測(cè)量法

攝影測(cè)量法是路面試驗(yàn)檢測(cè)中的一種新技術(shù)，通過高清晰度、高質(zhì)量的攝影完成路面病害檢測(cè)。檢測(cè)過程中將高速攝像機(jī)安裝在汽車上，擺正位置后固定攝像機(jī)的角度，確保攝像過程中能夠準(zhǔn)確將路面情況拍攝下來。通過攝像畫面分析路面病害情況及具體位置，并快速地對(duì)攝像帶內(nèi)錄入的結(jié)果與數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理[4]。與其他檢測(cè)技術(shù)相比，其對(duì)路面結(jié)構(gòu)無損傷，成本也較低，方便實(shí)際中操作。

1.4.2 探地雷達(dá)檢測(cè)

檢測(cè)過程中將探地雷達(dá)安裝在測(cè)試車上，行駛在檢測(cè)路面上后，探地雷達(dá)發(fā)射出電磁脈沖，在地下傳播中發(fā)現(xiàn)地下目標(biāo)體介質(zhì)出現(xiàn)差異后，電磁波會(huì)反射，經(jīng)過對(duì)發(fā)射雷達(dá)波的處理，詳細(xì)分析其波形、雙程走時(shí)、強(qiáng)度、介電常數(shù)，對(duì)檢測(cè)目標(biāo)體的幾何形態(tài)、空間位置等進(jìn)行準(zhǔn)確推斷，從而可以更精準(zhǔn)地探測(cè)路面下隱蔽目標(biāo)物情況，在發(fā)現(xiàn)空洞、脫空等病害上效率更高。利用三維探地雷達(dá)可以直觀反饋病害情況，具備其他檢測(cè)技術(shù)手段不具備的優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)階段使用的探地雷達(dá)探測(cè)深度可以達(dá)到1.5m，充分滿足瀝青路面檢測(cè)需求，其具體探測(cè)情況如圖1所示。

圖1 探地雷達(dá)探測(cè)示意圖

2 高速公路瀝青路面試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用案例

2.1 工程概況

某高速公路是當(dāng)?shù)毓敷w系的重要組成部分，處在平原微丘地區(qū)，為雙向八車道，全長(zhǎng)為52.921km，設(shè)計(jì)車速為110km/h，2003年建成后正式通車。其路面結(jié)構(gòu)為：底基層采用粒徑為16～20cm的4%水泥穩(wěn)定粒料修筑，基層采用粒徑為35cm的6%水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石修筑，面層由4cm厚的AK-16A瀝青混凝土以及6cm厚的AC-25I粗粒式瀝青混凝土修筑。

由于承載繁重的交通運(yùn)輸任務(wù)，通車以來瀝青路面出現(xiàn)諸多類型病害且程度不一，肉眼可見的有裂縫、車轍等，病害發(fā)展較快，因此需要立即采取養(yǎng)護(hù)與預(yù)防措施，控制病害進(jìn)一步發(fā)展，降低路面使用性能的衰減速度。但該高速公路為當(dāng)?shù)馗咚俟肪W(wǎng)中的主要道路，封閉交通進(jìn)行全方位開挖式檢測(cè)存在困難。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)勘查與研究后決定通過三維探地雷達(dá)聯(lián)合落錘式彎沉儀完成瀝青路面檢測(cè)工作，檢測(cè)逐車道進(jìn)行，在最大程度地降低對(duì)高速通車的干擾下提高檢測(cè)的全面性。

2.2 檢測(cè)方案

2.2.1 三維探地雷達(dá)檢測(cè)

此次檢測(cè)采用挪威3D-Radar公司推出的三維探地雷達(dá)，主機(jī)為GeoScope IV，天線陣為VX1821（長(zhǎng)度為1.8m，擁有21對(duì)間距為7.5cm天線通道），采用天線均為空氣耦合式。基于含水區(qū)雷達(dá)反射更為強(qiáng)烈的原理，在檢測(cè)前于檢測(cè)路面灑水，待水滲入路面內(nèi)且路面無明顯積水后展開檢測(cè)，采集反射雷達(dá)波；檢測(cè)中頻率設(shè)置為50～3050MHz，步進(jìn)頻率設(shè)置為20MHz，每個(gè)頻率發(fā)射的時(shí)間為7.008μs，縱向采樣間距設(shè)定為2cm。在病害處，由于施工中對(duì)路面透水性設(shè)計(jì)不當(dāng)或面層、基層之間黏合效果不好，導(dǎo)致層間充空氣或出現(xiàn)積水，結(jié)構(gòu)層則發(fā)生脫離，因此該位置的雷達(dá)電磁波發(fā)生變化。充氣所致脫空、空洞病害區(qū)域頂部發(fā)射電磁波與激發(fā)電磁波有相同電位，但含水所致脫空、空洞病害區(qū)域頂部發(fā)射電磁波與激發(fā)電磁波的相位則完全相反，且從檢測(cè)中反饋的信號(hào)來看，含水脫空、空洞病害區(qū)域剖面圖上存在極強(qiáng)的多次波，干擾脫空、空洞區(qū)域下方信號(hào)[5]。

2.2.2 落錘式彎沉儀檢測(cè)

此次檢測(cè)中采用車載式落錘彎沉儀。在檢測(cè)路段內(nèi)連續(xù)按點(diǎn)檢測(cè)，正式檢測(cè)前精準(zhǔn)完成技術(shù)標(biāo)定以及校核工作，確認(rèn)無誤后組織檢測(cè)，需要現(xiàn)場(chǎng)完成彎沉儀可靠性確認(rèn)，以傳統(tǒng)貝克曼梁彎沉檢測(cè)技術(shù)為基準(zhǔn)，通過分析貝克曼梁彎沉儀測(cè)得回彈彎沉值與落錘彎沉儀測(cè)得動(dòng)態(tài)彎沉值之間的關(guān)系進(jìn)行判斷，此次檢測(cè)中兩項(xiàng)參數(shù)呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，經(jīng)過計(jì)算相關(guān)系數(shù)＞0.95，可以看出落錘彎沉儀具有良好的穩(wěn)定性、可靠性，符合此次檢測(cè)要求。

在病害處，檢測(cè)人員落錘時(shí)逐步加力，彎沉測(cè)量值也處于增加狀態(tài)，利用平面坐標(biāo)對(duì)彎沉值以及落錘力之間的關(guān)系進(jìn)行分析，可以利用4個(gè)點(diǎn)完成曲線的擬合。正常情況下應(yīng)為一條斜線，主要因?yàn)r青路面在受到?jīng)_擊力后會(huì)出現(xiàn)彈性變形，且正常情況下斜線延長(zhǎng)線會(huì)通過坐標(biāo)原點(diǎn)，但出現(xiàn)脫空、空洞病害后斜線延長(zhǎng)線無法正常通過坐標(biāo)原點(diǎn)，基于此則可以判斷檢測(cè)位置存在脫空；在路面板角位置彎沉值＞0.20mm時(shí)可以直接判定為脫空。雖然落錘式彎沉儀不能對(duì)脫空的尺寸進(jìn)行判定，但基于檢測(cè)結(jié)果，參照《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG 5210—2018）可以對(duì)脫空、空洞程度做出判斷，有輕微與嚴(yán)重兩種情況。

2.3 檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)八條車道后共發(fā)現(xiàn)7處病害，其中1處為空洞、6處為脫空，主要集中在左幅車道上（共計(jì)6處），并在1處發(fā)現(xiàn)大規(guī)模土體病害，集中出現(xiàn)在左幅二、三車道上。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)左幅車道病害相對(duì)集中位置為高速公路出口，且為連接兩個(gè)省份的重要道路，日常車流量過大，加之受氣候因素影響該區(qū)域降水豐沛，外部荷載以及自然降雨的綜合作用下使瀝青路面出現(xiàn)脫空與空洞，最大空洞尺寸達(dá)到13m×2m，病害繼續(xù)發(fā)展將對(duì)該路段行車安全構(gòu)成極大威脅。兩項(xiàng)技術(shù)的詳細(xì)檢測(cè)結(jié)果如表1、表2所示。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果應(yīng)組織維修養(yǎng)護(hù)隊(duì)伍及時(shí)開挖確認(rèn)病害情況，注漿修補(bǔ)，恢復(fù)行車安全。

表1 三維探地雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果

表2 落錘式彎沉儀檢測(cè)結(jié)果

由表1、表2可以看出，兩種檢測(cè)方法對(duì)該高速公路瀝青路面病害判定完全一致，但采用三維探地雷達(dá)檢測(cè)可以測(cè)得病害的具體尺寸，落錘式彎沉儀檢測(cè)中僅能判斷是否存在病害。通過該案例可以確定在路面地下物體檢測(cè)過程中三維探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)更加適用。

3 結(jié)語

綜上所述，通過對(duì)高速公路瀝青路面試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的研究與分析發(fā)現(xiàn)不同類型檢測(cè)技術(shù)的使用價(jià)值不同、適用情況不同，且檢測(cè)中操作復(fù)雜程度、檢測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)性不同，在實(shí)際檢測(cè)過程中需要根據(jù)檢測(cè)對(duì)象、檢測(cè)情況、檢測(cè)要求合理選擇檢測(cè)技術(shù)手段，并保證檢測(cè)過程中操作規(guī)范，以便提高檢測(cè)效率與結(jié)果準(zhǔn)確率，準(zhǔn)確判定瀝青路面病害的情況，為后續(xù)工作的開展提供可靠依據(jù)。