基于PQI的路面壓實(shí)質(zhì)量評(píng)價(jià)研究

石育韙

(黑龍江省龍建路橋第四工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150070)

1 項(xiàng)目研究依托背景

本項(xiàng)目研究實(shí)施依托國(guó)道丹阿公路呼瑪至十八站段改擴(kuò)建工程項(xiàng)目的A1瀝青路面面層施工完成。國(guó)道丹東至阿勒泰公路呼瑪至十八站段起于國(guó)道丹阿公路呼瑪縣呼瑪河大橋北側(cè)橋頭處，止于國(guó)道丹阿公路與省道十室公路交叉處，全長(zhǎng)155.096 km，其中：新建38.383 km，利用舊路改擴(kuò)建116.713 km。

全線采用二級(jí)路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度60 km/h，路基寬度10 m，興華鄉(xiāng)、十八站鄉(xiāng)過(guò)境路段采用10 m全寬路面，其他路段路面寬度8.5 m。路面結(jié)構(gòu)分為兩大類；

1.1 新線路面面層

上面層：5 cmAC-16中粒式改性瀝青混凝土

下面層：6 cmAC-20中粒式瀝青混凝土

基層：20 cm4.5%水泥穩(wěn)定碎石基層(設(shè)計(jì)強(qiáng)度3.5 MPa)

底基層：30 cm5%水泥穩(wěn)定砂礫碎石底基層(設(shè)計(jì)強(qiáng)度2.5 MPa)

1.2 舊路面加鋪段面層

上面層：5 cmAC-16中粒式改性瀝青混凝土

下面層：6 cmAC-20中粒式瀝青混凝土

基層：20 cm4.5%水泥穩(wěn)定碎石基層及找平層(設(shè)計(jì)強(qiáng)度3.5 MPa)

2 基于PQI的瀝青層壓實(shí)質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.1 瀝青層PQI壓實(shí)數(shù)據(jù)采集方法

(1)路段的選取和測(cè)點(diǎn)布置

①路段的選擇

在采用PQI對(duì)瀝青面層壓實(shí)質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)，評(píng)價(jià)路段必須是在同一天完成的施工路段，檢測(cè)路段的評(píng)價(jià)長(zhǎng)度可以是一天的施工長(zhǎng)度，也可以是某一施工組織的路段長(zhǎng)度，最好是跟蹤檢測(cè)，即壓實(shí)完成后就開(kāi)始檢測(cè)。

②測(cè)點(diǎn)的布置

測(cè)點(diǎn)的布置方式是沿路線方向每隔20 m選擇一個(gè)橫斷面，當(dāng)檢測(cè)路段為二級(jí)及二級(jí)以下公路時(shí)，當(dāng)半幅檢測(cè)時(shí)，每個(gè)橫斷面布置3點(diǎn)，當(dāng)全幅檢測(cè)時(shí)，每個(gè)斷面上一般布置5個(gè)點(diǎn)；當(dāng)檢測(cè)路段為高速公路或一級(jí)路時(shí)，當(dāng)1/4幅檢測(cè)時(shí)，每個(gè)橫斷面布置3點(diǎn)，當(dāng)半幅檢測(cè)時(shí)，每個(gè)斷面上一般布置5個(gè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)布置圖如圖1所示。

圖1 PQI壓實(shí)質(zhì)量評(píng)價(jià)檢測(cè)測(cè)點(diǎn)布置圖

(2)PQI380數(shù)據(jù)采集方法

①數(shù)據(jù)采集時(shí)，PQI的剛性底板必須與面層表面充分接觸，保持以“面”的接觸形式，不許出現(xiàn)脫空、翹棱和點(diǎn)接觸的狀態(tài)，必要時(shí)，可采用細(xì)砂彌補(bǔ)基層表面空隙，使被測(cè)表面平整堅(jiān)實(shí)；

②測(cè)試的表面必須干爽，不存在自由水。

③PQI380是現(xiàn)在唯一帶4種操作模式的無(wú)核法密度儀：連續(xù)模式、單點(diǎn)模式、分隔模式和取平均值模式：

單次測(cè)量：5 s內(nèi)讀取儲(chǔ)存數(shù)據(jù)；

平均測(cè)量：取5個(gè)讀數(shù)的平均值并儲(chǔ)存數(shù)據(jù)和時(shí)間，可存儲(chǔ)數(shù)千個(gè)讀數(shù)；

連續(xù)測(cè)量：即時(shí)密度讀數(shù)；

離析測(cè)量(分層測(cè)量)：確定與離析有關(guān)的材料密度變化。

建議采用單次測(cè)量模式，既能保證準(zhǔn)確性又能節(jié)約檢測(cè)時(shí)間。

2.2 K58+000～K59+000段壓實(shí)度檢測(cè)與評(píng)價(jià)(AC-16)

對(duì)呼十公路SBS改性瀝青AC-16上面層進(jìn)行壓實(shí)度跟蹤，跟蹤路段為K58+000～K59+000段，每20 m為一個(gè)斷面，每個(gè)斷面取五個(gè)點(diǎn)使用無(wú)核密度儀測(cè)定其壓實(shí)度。這五個(gè)點(diǎn)分別距路幅一側(cè)距離為0.5 m，2.4 m，4.3 m，6.1 m，8 m，該路段共檢測(cè)255個(gè)數(shù)據(jù)。

(1)壓實(shí)質(zhì)量評(píng)價(jià)

將每20 m的一個(gè)斷面測(cè)得的數(shù)據(jù)導(dǎo)入matlab，可得到如圖2所示的壓實(shí)度三維效果圖。從PQI壓實(shí)度三維圖可以直觀判斷路面的非均勻性及其分布。從圖3中可以直觀地看出，雖然在壓實(shí)過(guò)程中保持壓實(shí)工藝和壓實(shí)遍數(shù)相同，但在實(shí)際碾壓過(guò)程過(guò)程中，某些位置必然存在過(guò)壓或者漏壓，導(dǎo)致壓實(shí)度存在高低不同的分布狀態(tài)，密度較小區(qū)域或空隙率較大的區(qū)域極有可能出現(xiàn)早期損害。

圖2 K58+000至K59+000壓實(shí)度的三維效果圖(AC-16)

圖3 K58+000至K59+000段壓實(shí)度等值線圖(AC-16)

圖4為壓實(shí)度分布等值渲染圖，藍(lán)色區(qū)域代表壓實(shí)度低，黃色區(qū)域代表壓實(shí)度高，藍(lán)色區(qū)域主要出現(xiàn)在路面的邊緣以及攤鋪機(jī)的連接處，因此在施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)路面邊緣以及攤鋪機(jī)連接處的施工質(zhì)量控制，發(fā)現(xiàn)密度不足及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)壓。同時(shí)還應(yīng)合理地調(diào)整攤鋪機(jī)螺旋布料器，減少攤鋪機(jī)收料斗收料次數(shù)，盡量采用雙攤鋪機(jī)聯(lián)鋪的方式，減小攤鋪寬度。

圖4 施工控制原則下壓實(shí)度合格區(qū)域圖(綠色)

在上面層K58+000～K59+000段檢測(cè)中，共檢測(cè)了255個(gè)數(shù)據(jù)PQI數(shù)據(jù)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)，壓實(shí)度均值K=96.91%，S=2.43，由于是二級(jí)路，ta=1.282，則壓實(shí)度的代表值K為：

就施工控制而言，K0=93%，就評(píng)定驗(yàn)收而言，K0=92%，從上式可以看出，代表值K=96.44%，大于93%的要求；在測(cè)值中，最小的實(shí)測(cè)壓實(shí)度為Kmin=89.8%，不滿足Kmin≥K0-1%的要求。因此當(dāng)K≥K0，按測(cè)定值不低于規(guī)定值減1個(gè)百分壓實(shí)度(K0-1%)所對(duì)應(yīng)的面積Sh與檢測(cè)的總面積Sq的比計(jì)算合格率h。

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG 2004)要求，采用K0-1%=92%對(duì)壓實(shí)度三維圖進(jìn)行切割，得到圖3所示的施工過(guò)程中壓實(shí)度合格區(qū)域圖，其中綠色區(qū)域壓實(shí)度大于等于92%，為壓實(shí)合格區(qū)域Sh，其面積Sh=82 535 m2，白色部分的壓實(shí)度為小于92%的區(qū)域，為壓實(shí)不合格區(qū)域Sw，該檢測(cè)段為1 km，檢測(cè)面積Sq=8.5×1 000=85 000 m2，則壓實(shí)合格率為：

根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的要求，在交工驗(yàn)收階段的工程質(zhì)量檢查與驗(yàn)收中壓實(shí)度需大于最大理論密度的92%，即以最大理論密度計(jì)算，壓實(shí)度超過(guò)92%即為合格，使用91%為等值面切割3維圖像，得到圖5所示的驗(yàn)收階段壓實(shí)度合格區(qū)域圖，其中綠色區(qū)域壓實(shí)度大于等于91%，為合格區(qū)域，其面積Sh=84 320 m2，白色部分為不合格區(qū)域Sw，其壓實(shí)度小于91%。該檢測(cè)段為1 km，檢測(cè)面積Sq=8.5×1 000=8 5000 m2，則壓實(shí)合格率為：

圖5 驗(yàn)收評(píng)定原則下壓實(shí)度合格區(qū)域圖(綠色)

(2)壓實(shí)薄弱區(qū)

壓實(shí)薄弱區(qū)的定義為壓實(shí)度Ki小于規(guī)定值減1個(gè)百分壓實(shí)度所對(duì)應(yīng)的K0-1%點(diǎn)時(shí)所對(duì)應(yīng)區(qū)域的面積為壓實(shí)薄弱區(qū)Sw。

基于施工控制原則下的壓實(shí)薄弱區(qū)的壓實(shí)度界限為K0-1%=92%，壓實(shí)薄弱區(qū)為圖4中的白色區(qū)域，其面積為2 465 m2，薄弱區(qū)所占的比例為hw=1-97.1%=2.9%。

基于驗(yàn)收評(píng)定原則下的壓實(shí)薄弱區(qū)的壓實(shí)度界限為K0-1%=91%，壓實(shí)薄弱區(qū)為圖5中的白色區(qū)域，其面積為680 m2，薄弱區(qū)所占的比例為hw=1-99.2%=0.8%。

3 K58+000～K59+000段壓實(shí)均勻性評(píng)價(jià)

上面層K58+000～K59+000均勻性評(píng)價(jià)共采集205個(gè)點(diǎn)，根據(jù)均勻性的評(píng)價(jià)方法，計(jì)算均勻性的上下界限，該段壓實(shí)度均值K為96.91%，標(biāo)準(zhǔn)差S為2.43，本項(xiàng)目為二級(jí)路，取Z0.10=1.282，則均勻性的界限ka為：

以ka=[94.9，98.9]為兩邊界，切割該樁號(hào)區(qū)間壓實(shí)度分布三維圖，圖6，取得壓實(shí)度均勻性分布圖，如圖7所示，圖中黑色區(qū)域?yàn)榫鶆蛐院细駞^(qū)域sp，白色區(qū)域?yàn)閴簩?shí)度均勻性不合格區(qū)se。

圖6 k58+000～K59+000壓實(shí)度的三維效果圖

圖7 K58+000～K59+000壓實(shí)度均勻性分布圖

通過(guò)計(jì)算壓實(shí)度均勻性合格區(qū)域?yàn)?2 080 m2，該檢測(cè)段為1 km，檢測(cè)面積Sq=8.5×1 000=85 000 m2，則均勻度ts為：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，該評(píng)價(jià)段的壓實(shí)度均勻性為84.8%，根據(jù)評(píng)價(jià)等級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，K58+000～K59+000瀝青上面層AC-16的壓實(shí)均勻性為“良”。

4 結(jié) 論

根據(jù)PQI采集數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，提出了基于大量數(shù)據(jù)前提下瀝青面層壓實(shí)質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法，并提出了壓實(shí)薄弱區(qū)的確定原則，以便及時(shí)補(bǔ)壓，提高整體壓實(shí)質(zhì)量。

對(duì)呼十公路瀝青路面進(jìn)行PQI檢測(cè)，并對(duì)其進(jìn)行了質(zhì)量評(píng)價(jià)，其合格率均大于90%，處于優(yōu)的狀態(tài)，總體壓實(shí)質(zhì)量處于較高水平。

根據(jù)瀝青路面PQI數(shù)據(jù)檢測(cè)的特點(diǎn)，提出了瀝青路壓實(shí)均勻性的定義和檢測(cè)方法，并提出了壓實(shí)均勻性上下界限的確定方法。

檢測(cè)評(píng)價(jià)路段而言，100%的路段的均勻度大于80%，即100%的路段等級(jí)評(píng)價(jià)為“良”以上，路面總體壓實(shí)質(zhì)量處于較好的水平。

通過(guò)回歸分析表明，瀝青面層均勻度與壓實(shí)度均值具有負(fù)線性關(guān)系，其原因有兩個(gè)，一是料組成因素，該種材料無(wú)法達(dá)到100%均勻，二是壓實(shí)工藝的影響，必須提供邊部壓實(shí)，采用提供壓實(shí)均勻性。

瀝青面層均勻度與壓實(shí)度方差具有負(fù)線性關(guān)系，說(shuō)明采用方差和均勻度對(duì)均勻性的評(píng)價(jià)具有等效性，采用適合工程的均勻度指標(biāo)評(píng)價(jià)壓實(shí)均勻性具有合理性。