瀝青路面厚度及彎沉檢測(cè)技術(shù)研究

王曉婭

摘 要：在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工控制與竣工驗(yàn)收中，瀝青路面厚度與彎沉是2個(gè)重要的指標(biāo)。以往路面厚度、彎沉檢測(cè)都會(huì)選用鉆芯取樣法與貝克曼梁法。上述2種檢測(cè)方法，相對(duì)速度緩慢、影響交通，且需耗費(fèi)大量人力。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，更多的新技術(shù)、新工藝被廣泛用于路面工程檢測(cè)，地質(zhì)雷達(dá)、落錘式彎沉儀檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用更具優(yōu)勢(shì)，能夠進(jìn)一步推進(jìn)公路工程建設(shè)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：瀝青路面；地質(zhì)雷達(dá)；落錘式彎沉儀

中圖分類(lèi)號(hào)：U416 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

近年來(lái)，我國(guó)高速公路建設(shè)規(guī)模逐步擴(kuò)大，通車(chē)?yán)锍桃丫邮澜缡孜唬瑸r青路面作為公路路面的主要形式，其使用性能是否良好對(duì)行車(chē)舒適性、安全性影響巨大。為此，必須做好瀝青路面養(yǎng)護(hù)工作，提高服務(wù)水平。當(dāng)前我國(guó)路面養(yǎng)護(hù)管理體系還不完善，面臨著采集收集方式滯后等問(wèn)題，在使用設(shè)備過(guò)程中，耗時(shí)耗力，對(duì)交通通行具有較大的影響，象鉆芯取樣法還會(huì)損壞路面結(jié)構(gòu)的完整性，且數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度不高。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)路面檢測(cè)技術(shù)逐步向自動(dòng)化方向發(fā)展，逐漸呈現(xiàn)出高速、高效、高精度的檢測(cè)趨勢(shì)。路面厚度、彎沉都是路面結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢驗(yàn)的重要指標(biāo)，選用地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)路面厚度，應(yīng)用落錘式彎沉儀檢測(cè)路面彎沉，都屬于自動(dòng)化無(wú)損檢測(cè)范疇，不僅檢測(cè)速度快，還具有較高精確性，同時(shí)能夠?qū)?zhǔn)確、有效的數(shù)據(jù)及時(shí)提供給施工管理、驗(yàn)收與養(yǎng)護(hù)，這對(duì)公路工程建設(shè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 瀝青路面厚度雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)分析

公路路面面層厚度范圍為8 cm～30 cm，基層厚度范圍為20 cm～40 cm，路基厚度基本無(wú)變化。按照探測(cè)深度，根據(jù)D.J.Daniels等人在地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)中的應(yīng)用，表明雷達(dá)檢測(cè)法屬于淺部施工法，其特點(diǎn)為中心頻率大、分辨率高，探測(cè)深度有限等。瀝青路面厚度檢測(cè)中應(yīng)用雷達(dá)檢測(cè)，更具優(yōu)勢(shì)。

1.1 基本原理

路面雷達(dá)基本原理是指在介質(zhì)中電磁波的傳播理論，以脈沖的形式向地下發(fā)射電磁波，在同性介質(zhì)中電磁波通過(guò)電場(chǎng)與磁場(chǎng)互相交替、變化的方法按照相應(yīng)速度，循序漸進(jìn)地傳播。在傳播過(guò)程中，當(dāng)電磁波遇到不同介質(zhì)，將在介質(zhì)交界面出現(xiàn)反射、折射等現(xiàn)象。通過(guò)接收返回地面反射波，路面雷達(dá)可對(duì)介質(zhì)層厚度進(jìn)行準(zhǔn)確探測(cè)，且查找地質(zhì)病害。

1.2 探地雷達(dá)檢測(cè)路面厚度的過(guò)程

改性瀝青、瀝青混凝土材料為我國(guó)公路路面的常用材料，當(dāng)面層為瀝青混凝土?xí)r，其相對(duì)介電常數(shù)范圍為3～5，隨著使用材料的不同，基層與路基相對(duì)介電常數(shù)也有所不同，大多數(shù)情況下介電常數(shù)在8以上。由此可見(jiàn)，公路各層間均存有介電常數(shù)，且各不相同，這一特性，為雷達(dá)檢測(cè)提供了地球物理依據(jù)。具體情況見(jiàn)表1。

近年來(lái)，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，公路建設(shè)中不斷涌現(xiàn)出新技術(shù)和新方法，道路施工技術(shù)也得到了較大提升。在瀝青路面工程中，厚度檢測(cè)極為關(guān)鍵，探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，可以保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，高效化。

路面厚度選用探地雷達(dá)檢測(cè)時(shí)，利用寬頻帶發(fā)射天線發(fā)射機(jī)可向地下發(fā)射無(wú)載波電磁脈沖，在地下傳播過(guò)程中，該脈沖將與各種電性介質(zhì)界面相遇，從而形成發(fā)射，經(jīng)天線接收到的后向散射與反射信號(hào)，將向數(shù)字信息轉(zhuǎn)化，并向主機(jī)內(nèi)傳輸，隨后經(jīng)數(shù)據(jù)、圖像處理，即可將反射體的一些參數(shù)準(zhǔn)確計(jì)算出來(lái)，并做介質(zhì)層面區(qū)分，從而獲取各層面的厚度。

1.3 試驗(yàn)段分析

以某一級(jí)公路為例，路面結(jié)構(gòu)形式為AC-13改性瀝青混合料（4 cm）+AC-16基質(zhì)瀝青混合料（6 cm）+水泥穩(wěn)定碎石（40 cm）。為了檢測(cè)路面厚度，分別選用地質(zhì)雷達(dá)與鉆芯取樣法進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

經(jīng)分析對(duì)比，2種檢測(cè)法間的最小誤差、最大誤差分別為0.015 cm、0.749 cm；相對(duì)誤差最小、最大值分別為0.14 %、8.39 %。由此可見(jiàn)，相比鉆芯取樣法，在瀝青路面厚度檢測(cè)中，探地雷達(dá)檢測(cè)法更具優(yōu)勢(shì)，誤差更小，更能保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，可大力推廣此檢測(cè)方式，從而保證檢測(cè)質(zhì)量，提高工程施工的準(zhǔn)確性，增強(qiáng)路面使用性能，延長(zhǎng)工程壽命。

2 落錘式彎沉儀檢測(cè)技術(shù)研究

作為公路工程竣工驗(yàn)收的主要檢測(cè)指標(biāo)，路面彎沉能夠充分體現(xiàn)路面結(jié)構(gòu)層與土層的強(qiáng)度、剛度，且與路面使用性能密切相關(guān)。為此，必須做好路面彎沉檢測(cè)，這對(duì)路面強(qiáng)度評(píng)價(jià)具有重要意義。

2.1 落錘式彎沉儀工作原理

作為當(dāng)前路面彎沉強(qiáng)度無(wú)損檢測(cè)的最先進(jìn)的設(shè)備之一，落錘式彎沉儀是通過(guò)重錘在一定高度自由下落所產(chǎn)生的沖擊荷載，從而對(duì)路面所形成的瞬時(shí)變形進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，也就是對(duì)動(dòng)態(tài)荷載作用下所形成的動(dòng)態(tài)彎沉進(jìn)行測(cè)量，并以此計(jì)算路面各層材料的動(dòng)態(tài)彈性，獲取的數(shù)據(jù)可用于道路承載能力的評(píng)價(jià)。

2.2 落錘式彎沉儀與貝克曼梁彎沉儀對(duì)比試驗(yàn)

2.2.1 試驗(yàn)段分析

選擇具有代表性的路段作為試驗(yàn)段，通過(guò)落錘式彎沉儀與貝克曼梁彎沉儀對(duì)比分析，為落錘式彎沉儀檢測(cè)的動(dòng)彎沉向貝克曼梁彎沉儀檢測(cè)的回彈彎沉值轉(zhuǎn)換提供便利。根據(jù)要求，選取2段作為試驗(yàn)段，即選用K13+680～K14+000作為試驗(yàn)段，該路段重載交通嚴(yán)重，路面結(jié)構(gòu)為瀝青混凝土+水泥穩(wěn)定砂礫+天然級(jí)配砂礫；選取K10+000～K10+500作為試驗(yàn)段，路面結(jié)構(gòu)為瀝青表處（層鋪法）+級(jí)配礫石+天然砂礫。

2.2.2 對(duì)比試驗(yàn)流程

（1）合理選用彎沉測(cè)定車(chē)，落錘式彎沉儀沖擊荷載需等同于貝克曼梁彎沉儀測(cè)定車(chē)的后軸雙輪荷載；

（2）對(duì)比路段起點(diǎn)通過(guò)油漆做好標(biāo)注；

（3）根據(jù)規(guī)程，通過(guò)貝克曼梁彎沉儀定點(diǎn)檢測(cè)回彈彎沉，測(cè)定車(chē)駛離之后，以測(cè)點(diǎn)為中心畫(huà)圓，半徑為15 cm，且做好測(cè)點(diǎn)標(biāo)注；

（4）落錘式彎沉儀承載板與圓圈相對(duì)，將偏差控制在30 mm以內(nèi)，對(duì)同一點(diǎn)做彎沉檢測(cè)試驗(yàn)，2種儀器前后相差時(shí)間應(yīng)小于10 min。

2.2.3 對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)（表3、表4），做好兩者關(guān)系分析工作，利用對(duì)比試驗(yàn)可獲取相應(yīng)的回歸方程，具體如下：

LBB=α+bLFWD（R≥0.9）

其中，落錘式彎沉儀測(cè)定彎沉值可由LFWD表示；

貝克曼梁彎沉儀測(cè)定彎沉值可由LBB表示。

通過(guò)對(duì)比分析可見(jiàn)，在路面結(jié)構(gòu)、材料等一致的情況下，2種彎沉檢測(cè)方式測(cè)定的彎沉值之間存在良好的相關(guān)關(guān)系，但相比之下，落錘式彎沉儀應(yīng)用效果更好，能夠?qū)?shí)際行車(chē)荷載進(jìn)行有效模擬，具有較高精度，能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地進(jìn)行動(dòng)態(tài)彎沉測(cè)定，且測(cè)定迅速，自動(dòng)化程度高。但要注意的是在試驗(yàn)之初，極易產(chǎn)生掉線情況，此時(shí)需做好檢查，減少失誤，提高準(zhǔn)確性，保證檢測(cè)質(zhì)量，推進(jìn)檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)一步提升，更好地為檢測(cè)事業(yè)做貢獻(xiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，在路面檢測(cè)方面涌現(xiàn)了大量新技術(shù)、新工藝，取得了突破性的進(jìn)展。地質(zhì)雷達(dá)屬于無(wú)損檢測(cè)，具有可靠性，且能密集采樣，能夠精確地對(duì)瀝青路面質(zhì)量進(jìn)行測(cè)定，且能夠做好面層厚度評(píng)價(jià)工作，是提高工程施工質(zhì)量的重要保障。落錘式彎沉儀測(cè)定結(jié)果與貝克曼梁彎沉儀測(cè)定結(jié)果兩者間存在良好的相關(guān)性關(guān)系，表明落錘式彎沉儀在瀝青路面彎沉檢測(cè)中，更準(zhǔn)確、更有效。為了進(jìn)一步提高瀝青路面施工質(zhì)量，必須做好路面厚度與彎沉檢測(cè)工作，上述兩項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，取得了良好的檢測(cè)效果，對(duì)研究瀝青路面施工性能、延長(zhǎng)路面工程使用壽命具有重要意義。

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