基于高速公路改擴(kuò)建的路基路面質(zhì)量檢測與評價

束冬林

(安徽省高速公路試驗(yàn)檢測科研中心有限公司，合肥 230601)

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和交通運(yùn)輸量的不斷攀升，早期修建的部分高速公路已不能滿足日益增加的交通量需求，嚴(yán)重影響了公路運(yùn)輸效率[1]。同時，由于氣候環(huán)境、行車荷載、老化以及其他人為因素的影響,公路的使用品質(zhì)也在逐年下降[2]，特別是20世紀(jì)末21世紀(jì)初修建的高速公路已經(jīng)進(jìn)入了大修期和改建期。

高速公路改擴(kuò)建是今后我國公路建設(shè)的首要任務(wù)之一，為進(jìn)一步統(tǒng)一改擴(kuò)建工程的技術(shù)要求，交通部于2015年頒布了《高速公路改擴(kuò)建細(xì)則》[3]，規(guī)范和指導(dǎo)高速公路改擴(kuò)建工程的設(shè)計(jì)。然而，對既有高速公路的質(zhì)量現(xiàn)狀檢測還未形成一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。因此，需要制定一個統(tǒng)一的檢測實(shí)施細(xì)則，為今后高速公路改擴(kuò)建質(zhì)量檢測方案的制定提供依據(jù)。

1 檢測前的資料收集工作

為了更好地評價路基路面的質(zhì)量現(xiàn)狀，在開展外業(yè)檢測前，需要收集項(xiàng)目的資料主要有：1)原設(shè)計(jì)圖紙；2)原竣工圖紙；3)歷年養(yǎng)護(hù)記錄及交通量觀測記錄；4)水文、地質(zhì)、氣象以及地形地貌資料。

2 路基質(zhì)量調(diào)查與檢測

路基作為公路重要的組成部分，其質(zhì)量直接影響著公路的使用壽命[4]。對路基質(zhì)量的調(diào)查主要包括以下三個方面：1)既有路基主體的使用狀況；2)既有路基支擋、防護(hù)、排水工程的實(shí)際狀況；3)軟土地區(qū)應(yīng)調(diào)查既有路基的工后沉降情況。

2.1 調(diào)查與檢測方法

在高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目中，既有的路基主體作為隱蔽工程，對其質(zhì)量的調(diào)查不同于新建的高速公路，目前主要利用干鉆鉆機(jī)對路基土進(jìn)行鉆芯取樣，開展室內(nèi)試驗(yàn)，鉆芯位置的確定主要結(jié)合路面病害類型及不同的路基填方高度選取。工程可行性研究階段建議單幅取芯每5 km一處，初步設(shè)計(jì)階段建議單幅每2 km一處，施工圖設(shè)計(jì)階段建議單幅每1 km一處，每個取樣孔按每60 cm向下分層取樣，截取不少于3個土樣，室內(nèi)進(jìn)行含水率、液限、塑限、塑性指數(shù)、密度、顆粒分析、稠度、凝聚力、內(nèi)摩擦角、空隙比、自由膨脹率、標(biāo)準(zhǔn)吸濕含水率、壓縮系數(shù)、壓縮模量等指標(biāo)試驗(yàn)。

路基主體的強(qiáng)度指標(biāo)也尤為關(guān)鍵，應(yīng)結(jié)合路面病害類型、不同的路基填方高度、路基填料類型和路基取芯試驗(yàn)結(jié)果選取典型代表處布設(shè)探坑位置，挖至路床頂面采用承載板試驗(yàn)確定回彈模量檢測或采用落錘彎沉儀測定動態(tài)彎沉反算路基回彈模量，驗(yàn)證是否滿足設(shè)計(jì)要求。

同時對既有路基的支擋、防護(hù)、排水工程的實(shí)際狀況進(jìn)行全線調(diào)查，記錄破損情況。重點(diǎn)關(guān)注高填方路段路基的調(diào)查，包括高填方路段高度、填方的實(shí)際情況、路堤是否穩(wěn)定、路段的防護(hù)情況以及邊坡的沖刷情況等[5]。

軟土地區(qū)既有路基工程沉降調(diào)查，一般采用測量高程變化并考慮路面加鋪等因素的方法。

2.2 調(diào)查結(jié)果的分析與應(yīng)用

路基取芯外觀方面，從試樣的完整密實(shí)程度、顏色、含砂情況等方面具體描述，配合照片記錄，并比對路面結(jié)構(gòu)層病害，辨識是否擴(kuò)展至路基，如有擴(kuò)展應(yīng)判定病害的影響深度和范圍。當(dāng)路基發(fā)生翻漿病害時，應(yīng)根據(jù)翻漿的類型和級別(翻漿程度)采取相應(yīng)的防治措施。當(dāng)由于軟土地基沉降、路基翻漿等病害引起橋頭跳車、路基沉陷時，應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)措施進(jìn)行處治。

室內(nèi)試驗(yàn)及室外檢測方面，綜合各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)，逐個對路基土試樣進(jìn)行評價和工程分類。當(dāng)既有路基回彈模量不滿足新建路基的要求，且路面出現(xiàn)嚴(yán)重破損時，可根據(jù)對含水率、壓實(shí)度和填料類型的分析評價，分別采取改善排水措施、補(bǔ)充碾壓、換填處治等措施。當(dāng)條件受限不能翻挖既有路基時，可采取水泥碎石樁、水泥粉煤灰碎石樁、注漿等處理措施[6]。

3 路面質(zhì)量調(diào)查與檢測

路面的質(zhì)量調(diào)查與檢測主要通過無損檢測以初步探明路面的整體狀況，區(qū)分出問題路段。高速公路路面以瀝青混凝土路面為主，水泥混凝土路面為輔。瀝青混凝土路面主要分布在主線、匝道、互通立交等處，水泥混凝土路面主要分布在服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站等處。

3.1 調(diào)查與檢測方法

對于瀝青路面，應(yīng)開展的檢測項(xiàng)目有結(jié)構(gòu)層厚度、彎沉、破損率、平整度、車轍、抗滑性能等，具體檢測項(xiàng)目、方法及頻率見表1。涉及到以下情況需補(bǔ)充相應(yīng)的檢測項(xiàng)目。

1)路面再生利用技術(shù)

在施工圖設(shè)計(jì)階段，若利用既有瀝青混凝土路面進(jìn)行銑刨后再生利用，需對路面取芯芯樣分層進(jìn)行以下項(xiàng)目檢測：瀝青含量、回收瀝青三大指標(biāo)(針入度、軟化點(diǎn)、延度)、回收集料物理力學(xué)試驗(yàn)(級配、針片狀顆粒含量、壓碎值、洛杉磯磨耗)、瀝青銑刨料再生配合比設(shè)計(jì)。

2)路面病害專項(xiàng)檢測

根據(jù)路況調(diào)查結(jié)果，選取不同類型、不同嚴(yán)重程度、不同路基填方高度的裂縫，利用地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)，對路面裂縫的延伸情況進(jìn)行檢測，判定裂縫的影響深度。

選取不同類型的典型病害進(jìn)行逐層開挖，開挖至路基頂，記錄每層開挖情況，每處開挖面積約1.5 m×2.0 m，并及時修補(bǔ)。可與地質(zhì)雷達(dá)檢測同步開展驗(yàn)證。

3)基層頂回彈模量

基層頂回彈模量采用手持FWD(Falling Weight Deflectometer,落錘式彎沉儀)或承載板法進(jìn)行檢測，建議每個路面施工標(biāo)段左右幅各選取2處，每處3點(diǎn)。

表1 不同工程設(shè)計(jì)階段瀝青路面檢測項(xiàng)目、方法及頻率一覽表

對于水泥混凝土路面，應(yīng)開展的檢測項(xiàng)目有結(jié)構(gòu)層厚度、斷板率、破損率、錯臺量、接縫傳荷系數(shù)、抗滑性能等。結(jié)構(gòu)層厚度包括水泥混凝土板厚度和水泥穩(wěn)定碎石基層厚度，采用鉆孔取芯法進(jìn)行檢測，每側(cè)服務(wù)區(qū)建議取3處；斷板率、破損率和錯臺量采用人工調(diào)查結(jié)合儀器測量，逐塊板進(jìn)行調(diào)查；接縫傳荷系數(shù)采用FWD法進(jìn)行檢測，檢測頻率建議每20 m不少于一處；考慮到服務(wù)區(qū)及收費(fèi)站水泥混凝土路面車速低及車道長度較短的特點(diǎn)，抗滑性能可采用構(gòu)造深度指標(biāo)進(jìn)行評定，每車道各檢測一處。

根據(jù)需要，可對取芯后的水泥混凝土芯樣進(jìn)行劈裂強(qiáng)度檢測，計(jì)算水泥混凝土面板彎拉強(qiáng)度?；鶎禹敾貜椖Ａ坎捎贸休d板法進(jìn)行檢測，建議每側(cè)服務(wù)區(qū)選取1處，每處3點(diǎn)。

3.2 調(diào)查結(jié)果的分析與應(yīng)用

路面技術(shù)狀況評定:以1 000 m為評定單元分車道計(jì)算路面破損率(DR)和路面損壞狀況指數(shù)(PCI)、路面行駛質(zhì)量指數(shù)(RQI)、路面車轍深度指數(shù)(RDI)、路面抗滑性能指數(shù)(SRI)、路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)(PSSI)，匯總分析各車道的整體狀況。瀝青混凝土路面破損調(diào)查除計(jì)算PCI外，還應(yīng)計(jì)算裂縫率、翻漿率、修補(bǔ)率等，并把各種破損形式根據(jù)破壞程度分級匯總分析，按照典型病害劃分路段。服務(wù)區(qū)水泥混凝土路面除計(jì)算PCI外，還需計(jì)算斷板率、錯臺量，進(jìn)行路面損壞路況的整體評定。在利用FWD檢測路面彎沉前，應(yīng)與貝克曼梁法測定的回彈彎沉建立關(guān)系式，并將檢測結(jié)果換算成回彈彎沉，再計(jì)算PSSI。另外需要注意的是硬路肩作為改擴(kuò)建后的行車道，其彎沉的檢測不可忽視。

路面取芯外觀：鉆孔位置結(jié)合路面病害及不同的路基填方高度選取，盡量與路基取芯保持一致，避免重復(fù)取芯給路基路面留下更多的質(zhì)量隱患。路面取芯的檢測內(nèi)容包括面層、基層芯樣的外觀描述。外觀描述重點(diǎn)放在病害的類型和嚴(yán)重程度以及病害擴(kuò)展情況上，若擴(kuò)展至路基結(jié)構(gòu)層，應(yīng)結(jié)合路基取芯結(jié)果共同分析病害成因及處治措施。在瀝青路面破損調(diào)查的基礎(chǔ)上，開展病害專項(xiàng)調(diào)查，利用探地雷達(dá)對裂縫的范圍和深度進(jìn)行檢測，輔以取芯和探坑，驗(yàn)證探地雷達(dá)檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，從而可以更準(zhǔn)確地確定老路面病害的處治范圍。

室內(nèi)試驗(yàn)：對路面面層各層厚度和基層厚度檢測結(jié)果進(jìn)行匯總并計(jì)算代表值和合格率，評定與設(shè)計(jì)厚度的一致性，并為路面銑刨料的再生利用量計(jì)算和場站的布置提供依據(jù)[7]。為了掌握瀝青路面各層材料的穩(wěn)定性，分層評價瀝青含量和顆粒級配的一致性；再根據(jù)回收瀝青的三大指標(biāo)檢測結(jié)果，評價瀝青的老化程度和再生利用的水平， 同時結(jié)合再生礦料的力學(xué)性能，對再生利用材料的配合比進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。

4 結(jié) 語

路基路面質(zhì)量檢測是高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目中一項(xiàng)關(guān)鍵的工作，不同于一般的養(yǎng)護(hù)檢查，質(zhì)量檢測工作的目標(biāo)更具有針對性，在不同階段應(yīng)制定不同深度的檢測方案。

該文制定的檢測實(shí)施細(xì)則基本涵蓋了路基路面質(zhì)量檢測的關(guān)鍵性指標(biāo)，檢測方法優(yōu)先應(yīng)用現(xiàn)代無損快速檢測技術(shù)，檢測頻率隨著工作深度逐步加大，在檢測結(jié)果的運(yùn)用方面建立了科學(xué)合理的評價方法，做到重點(diǎn)突出，能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)部門制定既有路基路面的處置方案提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。