水泥路面板加鋪瀝青面層后板底脫空檢測及評價(jià)方法

肖春發(fā)，羅衛(wèi)，粟宋來，謝鰲

(湖南省建筑科學(xué)研究院，湖南 長沙 410002)

舊路改造中對水泥路面板常采用加鋪瀝青面層(以下稱“白加黑”)的方式進(jìn)行，其板底也存在脫空現(xiàn)象，在行車荷載及雨水作用下，造成面層嚴(yán)重裂縫、唧泥、坑槽甚至整個(gè)板體斷裂等病害。多種板底脫空檢測評價(jià)方法如人工目測法、貝克曼梁彎沉測定法、FWD截距法、FWD斜率法、聲振檢測法、雷達(dá)檢測法、承載板測定法、物元分析法、地震波法等在水泥路面檢測中被大量采用，但“白加黑”剛性體與黏彈性體兩種不同性狀的路面結(jié)構(gòu)組合在一起，其受力模式與單獨(dú)的水泥面板相比已發(fā)生了改變，原水泥板的脫空評價(jià)方法已不適用，需要建立一套適用于“白加黑”路面板底脫空的檢測評價(jià)方法。

1 “白加黑”路面板底脫空檢測方法改進(jìn)

對“白加黑”路面板底狀況的調(diào)查，最直接有效的方法是鉆芯法，板底層位松散、不成型、黏結(jié)性能不佳、不平整等現(xiàn)象，即說明脫空。這種有損檢測方法效率低、鉆取后將對路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，不可能每塊板普及。對采用鉆芯法確定的板底脫空位置的觀察，發(fā)現(xiàn)脫空位置的路面有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即裂縫嚴(yán)重(或唧泥)，灌水后下滲速度較快并在灌水后車輛荷載作用下有唧泥現(xiàn)象，而板邊板角動(dòng)力響應(yīng)表現(xiàn)為路面結(jié)構(gòu)層動(dòng)態(tài)彎沉較大、多級加載回歸曲線的截距或斜率較大，故“白加黑”路面板底脫空檢測方法采用病害調(diào)查、灌水測試、落錘式彎沉儀三級加載檢測相結(jié)合的方法進(jìn)行，利用多種檢測方式通過權(quán)重的分配，綜合判斷板底脫空。

(1) 病害調(diào)查

通過人工目測及尺量的方法，對瀝青面層病害進(jìn)行調(diào)查，看是否存在裂縫或唧泥病害，當(dāng)裂縫寬度大于某一值時(shí)為嚴(yán)重裂縫。

(2) 灌水測試

將標(biāo)準(zhǔn)滲水儀改裝成1 000 mL容量的滲水儀，水筒高度及基座不變，在裂縫位置測試水全部下滲所需要的時(shí)間，并觀察下滲后在車輪荷載作用下是否發(fā)生唧泥現(xiàn)象。

(3) FWD三級加載

采用落錘式彎沉儀(FWD)進(jìn)行3級荷載(一般為50、70、90 kN)下的板角或板邊彎沉測試，記錄50 kN下的彎沉值，作出彎沉-荷載線性回歸曲線，根據(jù)彎沉值、荷載-彎沉線性回歸得出曲線截距及斜率。

2 檢測指標(biāo)分析

通過對“白加黑”板底脫空情況的跟蹤觀測，對彎沉、FWD荷載-彎沉線性回歸曲線截距或斜率、反射裂縫嚴(yán)重程度、滲水、唧泥等指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，查找與板底脫空的關(guān)聯(lián)性。選取某典型“白加黑”路面板角共鉆芯118處，其中判定為脫空的34處，以下分別對118處對應(yīng)位置的彎沉、荷載-彎沉線性回歸曲線截距及斜率、反射裂縫嚴(yán)重程度、滲水、唧泥狀況等指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。為盡可能減少溫度的影響，落錘式彎沉儀(FWD)測試控制在地面溫度20～25 ℃的范圍內(nèi)進(jìn)行。

(1) 彎沉

“白加黑”瀝青層較薄，彎沉的主要貢獻(xiàn)者仍然是水泥板底，在豎向受力方面，瀝青面層對錘擊力有消散作用，實(shí)際加載到水泥板上的錘擊力相應(yīng)會(huì)減少，相同荷載下的彎沉值也會(huì)相對減少。暫定彎沉18(0.01 mm)作為“白加黑”路面脫空單指標(biāo)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

通過對118個(gè)鉆芯位置樣本進(jìn)行分析，彎沉超過18(0.01 mm)的有34處，其中有27處通過鉆芯確定為脫空，占彎沉超標(biāo)點(diǎn)數(shù)的79.4%；同時(shí)實(shí)際脫空的34處板角位置，有27處彎沉超過18(0.01 mm)，占脫空總數(shù)79.4%。說明彎沉判斷脫空的正確率為79.4%，脫空位置彎沉超過18(0.01 mm)的可能性也為79.4%。

(2) 荷載-彎沉線性回歸曲線截距

國內(nèi)外研究表明：當(dāng)多級加載荷載-彎沉線性回歸曲線截距大于50 μm時(shí)，脫空的可能性較大。暫定“白加黑”路面脫空判定標(biāo)準(zhǔn)為截距50 μm，以此來分析與實(shí)際脫空的關(guān)聯(lián)性。

通過對118個(gè)鉆芯位置樣本進(jìn)行分析，截距超過50 μm的有33處，其中有28處通過鉆芯確定為脫空，占截距超標(biāo)點(diǎn)數(shù)的84.8%；同時(shí)實(shí)際脫空的34處板角位置，有27處截距超過50 μm，占總脫空數(shù)的79.4%。說明此截距判斷法正確率為84.8%，脫空位置截距超過50 μm的可能性為79.4%。

(3) 荷載-彎沉線性回歸曲線斜率

國內(nèi)外研究表明：當(dāng)多級加載荷載-彎沉線性回歸曲線斜率大于4時(shí)，脫空的可能性較大。暫定“白加黑”路面脫空判定標(biāo)準(zhǔn)為斜率4，以此來分析與實(shí)際脫空的關(guān)聯(lián)性。

通過對118個(gè)鉆芯位置樣本進(jìn)行分析，斜率超過4的有21處，其中有16處通過鉆芯確定為脫空，占斜率超標(biāo)點(diǎn)數(shù)的76.2%；同時(shí)實(shí)際脫空的34處板角位置，有16處斜率超過4，占總脫空數(shù)的47.1%。說明斜率判斷法正確率為76.2%，脫空位置斜率超過4的可能性為47.1%。

(4) 反射裂縫嚴(yán)重程度

瀝青路面規(guī)范規(guī)定裂縫寬度大于3 mm為嚴(yán)重裂縫，考慮到水泥板縫的反射，“白加黑”路面嚴(yán)重裂縫的寬度暫定為5 mm，假定裂縫寬度大于5 mm判斷為板底脫空。

對118個(gè)鉆芯位置樣本進(jìn)行分析，嚴(yán)重裂縫位置有34處，其中有29處通過鉆芯確定為脫空，占裂縫寬度超標(biāo)點(diǎn)數(shù)的85.3%；同時(shí)實(shí)際脫空的34處板角位置，有29處裂縫寬度超過5 mm，占總脫空數(shù)的85.3%。說明裂縫判斷法正確率為85.3%，脫空位置嚴(yán)重裂縫的可能性為85.3%。

(5) 滲水

在“白加黑”路面反射裂縫位置進(jìn)行滲水試驗(yàn)，滲水速率均比在正常瀝青路面上大，但板底有空洞的情況下，滲水系數(shù)會(huì)更大，為了將滲水系數(shù)大小與板底脫空情況聯(lián)系起來，特做了大量的滲水系數(shù)試驗(yàn)，滲水系數(shù)初定4 L/min為嚴(yán)重滲水，判定為脫空。

對118個(gè)鉆芯位置樣本進(jìn)行分析，嚴(yán)重滲水位置有34處，其中有32處通過鉆芯確定為脫空，占滲水系數(shù)超標(biāo)點(diǎn)數(shù)的94.1%；同時(shí)實(shí)際脫空的34處板角位置，有32處滲水系數(shù)超標(biāo)，占總脫空數(shù)的94.1%。說明滲水系數(shù)判斷法正確率為94.1%，脫空位置嚴(yán)重滲水的可能性也為94.1%。

(6) 唧泥

通過在正常情況下的病害調(diào)查，或者在反射裂縫位置的滲水試驗(yàn)后，在車輪荷載作用下，反射裂縫處有基層泥漿涌出，均判斷為唧泥?！鞍准雍凇甭范稳粲羞竽鄤t判斷為脫空。

對118個(gè)鉆芯位置樣本進(jìn)行分析，唧泥位置有34處，其中有32處通過鉆芯確定為脫空，占唧泥總點(diǎn)數(shù)的94.1%；同時(shí)實(shí)際脫空的34處板角位置，有32處唧泥，占總脫空數(shù)的94.1%。說明唧泥判斷法正確率為94.1%，脫空位置唧泥的可能性也為94.1%。

3 各指標(biāo)權(quán)重確定

通過對彎沉、截距、斜率、反射裂縫嚴(yán)重程度、滲水、唧泥等指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，各指標(biāo)對脫空判斷并沒有100%的準(zhǔn)確率，應(yīng)選擇多個(gè)恰當(dāng)?shù)闹笜?biāo)綜合考慮，分配相應(yīng)的權(quán)值，對脫空情況進(jìn)行綜合判斷。

以上指標(biāo)中的斜率判斷法正確率分析及可能性分析中相關(guān)參數(shù)均低于其他指標(biāo)，并且脫空板斜率超過4的可能性僅47.1%，不能充分判斷脫空情況，故應(yīng)舍棄該指標(biāo)。將其他指標(biāo)分別在正確率分析、可能性分析的情況下采用歸一法進(jìn)行權(quán)值分配(表1、2)。

表1 正確率分析下的權(quán)重分配

表2 可能性分析下的權(quán)重分配

續(xù)表2

指標(biāo)實(shí)際脫空樣本量/處實(shí)際脫空樣本量中,單指標(biāo)評價(jià)為脫空的樣本量/處脫空情況下,單指標(biāo)評價(jià)為脫空的可能性/%權(quán)重分配嚴(yán)重裂縫342985.30.197唧泥343294.10.218滲水343294.10.218

正確率及可能性分析，是從不同角度對脫空與各單項(xiàng)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行判斷，其權(quán)重分配應(yīng)同時(shí)考慮，故平均兩者的權(quán)重作為綜合權(quán)重(表3)。

表3 綜合權(quán)重分配

4 脫空判斷定量指標(biāo)J的提出

若單個(gè)指標(biāo)判斷為脫空，則考慮其綜合權(quán)重，將所有考慮指標(biāo)的綜合權(quán)重相加，則得脫空判斷定量指標(biāo)J值。通過對118處位置跟蹤觀測的J值進(jìn)行計(jì)算，J值大于0.58的34處均判斷為脫空，小于0.58的點(diǎn)位經(jīng)鉆芯確定未有板底脫空現(xiàn)象。故將J值大于0.58作為判斷“白加黑”路面板底脫空的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

5 工程應(yīng)用驗(yàn)證

應(yīng)用脫空判斷定量指標(biāo)J，對某市政道路工程中的“白加黑”板底脫空情況進(jìn)行判斷，并采用鉆芯法進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如表4所示。

由表4可知：J值判斷的脫空情況與鉆芯確定的脫空情況完全相符。

6 結(jié)語

采用無損檢測手段，通過對“白加黑”路面脫空位置的病害特征、力學(xué)響應(yīng)、滲水唧泥等情況的統(tǒng)計(jì)分析，找出各影響因素與脫空的關(guān)聯(lián)性，量化各影響因素的權(quán)重，最終選擇關(guān)聯(lián)性較好的彎沉值、截距、反射裂縫嚴(yán)重程度、是否唧泥、滲水等因素作為統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，并確定其權(quán)重分別為0.183、0.189、0.196、0.216、0.216，若某個(gè)指標(biāo)超過其脫空標(biāo)準(zhǔn)，則考慮其權(quán)重，將考慮的權(quán)重相加求和得J值，當(dāng)J值大于0.58時(shí)，板底評價(jià)為脫空。通過工程驗(yàn)證，J值判斷能有效地評價(jià)“白加黑”板底脫空狀況。

表4 某市政道路“白加黑”路面脫空判斷定量指標(biāo)J值驗(yàn)證