基于PFWD的半剛性路面基層裂隙檢測及描述技術(shù)探究

（江西省嘉和工程咨詢監(jiān)理有限公司，江西 南昌 330000）

一、便攜式PFWD彎沉儀工作原理

手持便攜式PFWD彎沉儀是近年逐漸廣泛應(yīng)用的一種無損傷基層裂隙探測技術(shù)。探測體系主要由數(shù)據(jù)參數(shù)加載、采集及傳輸3個(gè)功能部分組成。沖擊荷載會(huì)經(jīng)載承板傳遞向地面，使地面承受超強(qiáng)度載荷作用影響而出現(xiàn)形變，載承板則因地面結(jié)構(gòu)狀態(tài)形變而對(duì)應(yīng)發(fā)生垂向移位，經(jīng)由采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)的特定移位與壓力感受器識(shí)別記錄移位及荷載，并傳輸給計(jì)算機(jī)實(shí)施數(shù)據(jù)計(jì)算處理。計(jì)算系統(tǒng)參考移位以及壓力等技術(shù)數(shù)據(jù)，借助公式（1）推算出路基的反彈模量。

式中，P為載承板所承壓力；a為載承板半徑；u為泊松常數(shù)；l為彎沉；Ep為路基反彈模量。

二、裂隙深度檢測實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

某工程全長59.96km，路幅寬度24.5m，路面系屬于半剛性基層路面結(jié)構(gòu)中的一種較為高級(jí)別的瀝混路面構(gòu)造。歷經(jīng)周邊環(huán)境及車輛荷載累加作用，該區(qū)段高速公路相繼發(fā)生了數(shù)量相對(duì)很大的橫向裂隙，以及相對(duì)數(shù)量較少的縱向結(jié)構(gòu)裂隙。該研究主要是選擇了1575～1577樁號(hào)間橫向裂隙相對(duì)較多的路段，實(shí)施裂隙深度PFWD檢測實(shí)驗(yàn)。

經(jīng)過對(duì)該高速公路路段的長度在2km區(qū)間的路面裂隙開展調(diào)查及統(tǒng)計(jì)，得出裂隙大體可以劃分為系列3種基本類型；橫向貫穿裂隙，能夠貫穿應(yīng)急車道及車行道，數(shù)量占58%左右；發(fā)展至路面1/3寬度區(qū)域的裂隙，其數(shù)量占總裂隙數(shù)量的34%左右；縱向發(fā)展和存在的裂隙，其數(shù)量占總裂隙數(shù)量的8%左右。不同類型裂隙統(tǒng)計(jì)具體見表1所示。

表1 不同類型裂隙統(tǒng)計(jì)

該路段由20cm混凝土穩(wěn)態(tài)砂礫、15cm瀝青面層、28cm石灰混凝土穩(wěn)定土及天然砂礫15cm墊層組成。

實(shí)驗(yàn)方案概要如下：選定目標(biāo)裂隙，并依照不同距離標(biāo)記，其中起始0點(diǎn)表示裂隙所在位置，左右兩側(cè)的10、15、20和30則各表示了距離裂隙10cm、15cm、20cm及30cm的部位，以圓環(huán)標(biāo)志PFWD載承板的安裝部位；把PFWD移動(dòng)到各個(gè)標(biāo)記所在部位，保持PFWD垂向于地面，舉高落錘至固定高程，然后釋放落錘，沖擊后以數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)即時(shí)收集地面在落錘沖擊載荷作用下的各個(gè)彎沉值。

三、檢測結(jié)果及芯鉆驗(yàn)證

（一）檢測結(jié)果

如表2所示，不同裂隙及其彎沉值的檢測結(jié)果揭示，裂隙處對(duì)應(yīng)的彎沉量呈最大值狀態(tài)，隨距離裂隙病害部位的距離越遠(yuǎn)，對(duì)應(yīng)的彎沉值則相對(duì)越小，原因在于裂隙病害處的路面構(gòu)造所遭遇的損壞影響超值，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及載承力均相對(duì)降低，致使該位置結(jié)構(gòu)強(qiáng)度無法抵御病害載荷作用而對(duì)應(yīng)出現(xiàn)形變，彎沉值相對(duì)比較大。越遠(yuǎn)離病害裂隙，抵御路面病害形變的能力就相對(duì)越好，所以對(duì)應(yīng)的彎沉值要呈現(xiàn)逐漸下降趨勢；在另一方面，因?yàn)椴煌严恫『ι疃炔煌?，給路面構(gòu)造造成的結(jié)構(gòu)損害有所不同，因此看到不同裂隙位置的彎沉值有所差異。數(shù)據(jù)揭示，2、6、7、8、9裂隙區(qū)域的彎沉值呈現(xiàn)相對(duì)較小的狀態(tài)，裂隙區(qū)域彎沉跟距離裂隙最遠(yuǎn)區(qū)域彎沉值的差值相對(duì)較小，PFWD的作用影響范圍基本均在15cm以內(nèi)；1、3、4、5、11裂隙區(qū)域的彎沉值均相對(duì)較大，裂隙區(qū)域彎沉相對(duì)距裂隙最遠(yuǎn)區(qū)域的彎沉值間的差值較大，其PFWD的影響作用范圍均基本符合≥30cm條件；無法在裂隙10及12處測出彎沉值，該處的PFWD作用范圍為0cm。

表2 不同裂隙及其彎沉值的檢測結(jié)果（um）說明；“-”系屬未測量出結(jié)果

表4 芯鉆實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

如表3所示，為對(duì)不同裂隙PFWD作用范圍和彎沉值值最大的總結(jié)，數(shù)據(jù)揭示，當(dāng)最大彎沉值＜0.130m和（10～20）cm間的PFWD作用范圍時(shí)，裂隙僅面層裂開，基層結(jié)構(gòu)基本還可以繼續(xù)保持基本完整，對(duì)應(yīng)級(jí)別評(píng)定一般為中等病害裂隙范圍，此種裂隙必須長期不間斷跟蹤觀測和識(shí)別；最大彎沉值＞0.130m和30cm的PFWD作用范圍時(shí)，裂隙為半剛性狀態(tài)基層裂開病害所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)反射型裂隙，對(duì)應(yīng)級(jí)別評(píng)定一般為嚴(yán)重病害裂隙，需立即針對(duì)裂隙病害給予必要的注漿治理；而當(dāng)借助PFWD無法測出面層彎沉值情況下，則該類病害裂隙對(duì)路面構(gòu)造所形成的損害通常相對(duì)較小，這樣的路面其載承能力依然保持相對(duì)完好，病害級(jí)別一般描述為輕微病害裂隙，這種病害裂隙對(duì)路面構(gòu)造一般并無太大影響。

表3 裂隙描述結(jié)果

（二）芯鉆結(jié)果驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)鉆取了嚴(yán)重裂隙病害、中等裂隙病害，以及輕微裂隙病害3類裂隙研究樣芯，其中輕微病害裂隙在芯鉆過程中因?yàn)椴『α严兜纳疃忍珳\，往往直接呈現(xiàn)碎松散塌狀態(tài)，部分相對(duì)嚴(yán)重的裂隙病害多由路表積水入浸形成，致使對(duì)應(yīng)基層發(fā)生散碎，結(jié)構(gòu)喪失固結(jié)載承能力，因此芯鉆操作時(shí)，常常無法鉆出相對(duì)完整的樣芯，致使松散基層部分常常無法聚攏，而只能鉆取僅15cm的瀝青面層。

裂隙芯鉆樣芯的實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)具體如表4所示。比較表3、4可知，選用PFWD對(duì)裂隙的描述與芯鉆試件統(tǒng)計(jì)結(jié)果基本相符合。裂隙病害類型描述為嚴(yán)重條件的，一般其鉆取樣芯的裂隙損傷深度相對(duì)較深一些，相對(duì)面層厚度值基本要高出15cm左右，系屬于半剛性狀態(tài)的基層裂開所致使的瀝青面層結(jié)構(gòu)裂開的反射型裂隙；而針對(duì)中等裂隙病害鉆取的樣芯病害裂隙相對(duì)較淺，一般僅在面層存在裂開，其基層結(jié)構(gòu)仍可以一如既往保持基本完整；對(duì)于裂隙病害類型描述為輕微的，鉆取樣芯3cm深度。