瀝青路面內(nèi)部病害診斷技術(shù)研究

陳小輝， 劉海軍

(廣東交科檢測有限公司， 廣東 廣州 510420)

高等級公路大中修或改擴建之前，均需對原路面進行評估[1]。舊路評估的主要目的是找出舊路內(nèi)部隱性病害，通過合理、有效的處治措施，減小隱性病害對加鋪后路面使用性能的影響?！豆芳夹g(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG5210—2018)[2]適用于常規(guī)日常檢測，路段單元選擇為1 km,評價區(qū)間劃分范圍大，只能反映公路整體狀況，無法體現(xiàn)細(xì)節(jié)。按照此標(biāo)準(zhǔn)進行評估，常會忽略隱性病害，造成未來隱性病害快速發(fā)展，導(dǎo)致路用性能快速下降。

針對此問題，李存健[3]通過測試，證明2D探地雷達(dá)在地下管線識別、瀝青路面層厚確定、路面脫空檢測等方面具有高效、準(zhǔn)確等優(yōu)點。郭翔宇[4]采用3D探地雷達(dá)，建立了瀝青路面的厚度與介電常數(shù)(密度)之間的對應(yīng)關(guān)系。羅幸平等[5]通過鉆芯取樣來驗證探地雷達(dá)識別結(jié)果，分析了采用無損識別技術(shù)判定基層隱性結(jié)構(gòu)病害的可靠性。肖鑫等[6]基于落錘式彎沉儀FWD，綜合考慮板角彎沉、板塊橫縫中點受荷板的彎沉值，建立了水泥混凝土路面板底脫空評價標(biāo)準(zhǔn)。陳晉華[7]通過貝克曼梁建立了瀝青路面剩余壽命與承載能力的關(guān)系，對舊路面剩余壽命的計算提供了一種方法。王子彬等[8]提出了基于探抗法的路面結(jié)構(gòu)病害識別技術(shù),可用于舊路面內(nèi)部結(jié)構(gòu)病害識別。

綜上所述，現(xiàn)有研究分別采用了探地雷達(dá)、FWD、貝克曼梁等設(shè)備，結(jié)合現(xiàn)場開挖、鉆芯等手段，對路面內(nèi)部狀況進行評估。但任何一種手段均有局限性，而對于多種評估手段相結(jié)合的方式，目前卻鮮有研究。因此，本文調(diào)查歷年病害發(fā)展歷史，結(jié)合現(xiàn)場路況、探地雷達(dá)掃描結(jié)果及FWD局部加密測試結(jié)果，輔之以開挖等驗證手段，探討了半剛性基層瀝青路面內(nèi)部病害診斷技術(shù)的適用性，以期為舊路內(nèi)部病害診斷提供參考和借鑒。

1 試驗方案

某高速公路改擴建工程路面結(jié)構(gòu)從上至下依次為：4 cm(AC-16)罩面層+4 cm(AC-16)上面層+5 cm(AC-20)中面層+6 cm(AC-25)下面層+36 cm水泥穩(wěn)定碎石基層+20 cm水泥穩(wěn)定碎石底基層+15 cm墊層，路面結(jié)構(gòu)總厚度為90 cm。選擇研究對象為兩段臨時封閉交通的路段，均為單向慢車道，路段1長4.2 km、路段2長3.9 km，共計8.1 km。

具體試驗方案如下：

1)通過多功能車檢測臨時封閉路段慢車道的破損、平整度、車轍，掌握路段的整體技術(shù)狀況。

2)通過2D雷達(dá)對慢車道右輪跡和路肩進行檢測，確定路段隱性病害的位置、類型與深度，并建立路面破損與內(nèi)部隱性病害之間的相關(guān)性。

3)通過FWD進行承載力檢測，掌握研究路段的整體承載力情況。此外，采用FWD對不同程度、不同類型的顯性病害(橫向裂縫、縱向裂縫、修補等)及隱性病害進行局部加密測試，建立結(jié)構(gòu)承載力與病害之間的相關(guān)性。

2 結(jié)果統(tǒng)計與分析

2.1 路面損壞狀況調(diào)查

采用多功能車對選取路段的路面損壞狀況進行調(diào)查，參照標(biāo)準(zhǔn)[2]規(guī)定，按照每百米對慢車道進行統(tǒng)計評定，結(jié)果見表1。

表1 損壞狀況指數(shù)PCI評定情況匯總評定等級路段1慢車道路段2慢車道長度/m比例/%長度/m比例/%優(yōu)2 80066.73 60092.3良1 40033.33007.7中/次/差————合計4 2001003 900100PCI94.11 95.33PCI等級優(yōu)優(yōu)

由調(diào)查結(jié)果可知：

1)試驗路段慢車道評定PCI等級均為優(yōu)，PCI均值分別為94.11和95.33。

2)試驗路段病害主要為裂縫及裂縫修補，慢車道存在一定數(shù)量的松散、龜裂等病害，另外還有少量的坑槽以及塊狀修補。

2.2 內(nèi)部缺陷評定

采用探地雷達(dá)(GC900MHz路面雷達(dá)天線)對慢車道右輪跡及路肩位置進行路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷檢測。在對探地雷達(dá)掃描的圖像進行病害識別時，采用比對法界定病害類型。雷達(dá)識別病害的原理主要是通過非均質(zhì)物質(zhì)反射波的變化來表現(xiàn)病害型式，將掃描圖像中波形變化的位置與數(shù)據(jù)庫中的病害對比，統(tǒng)計結(jié)果見表2～4。

由統(tǒng)計結(jié)果可知：

1)路段1和路段2累計右輪跡帶位置共有509處內(nèi)部缺陷，不密實、脫空、破碎、空洞基本位于水泥穩(wěn)定碎石基層內(nèi)部，深度范圍為0.19～0.63 m。

表2 路段1慢車道內(nèi)部缺陷結(jié)果匯總(右輪跡)內(nèi)部缺陷個數(shù)/處面積/m2長度/m不密實196173.2555.4脫空285.927.1含水77.225.9管線121.05.8

表3 路段2慢車道內(nèi)部缺陷結(jié)果匯總(右輪跡)內(nèi)部缺陷個數(shù)/處面積/m2長度/m不密實146158.3701.2脫空7418.9138.2含水52.521.5空洞50.87.1破碎3630.9130.2

表4 慢車道內(nèi)部缺陷匯總處不密實脫空破碎含水管線空洞合計3421023612125509

2)試驗路段共有1 612.4 m路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在缺陷，占整路段(8 100 m)19.9%。不密實共1 256.6 m，占整路段15.5%；脫空共165.3 m，占整路段2.0%；其余病害占整路段2.4%。

2.3 破損與內(nèi)部損傷相關(guān)性

選取路段1中的某1 km，每100 m為一處，將破損調(diào)查情況與雷達(dá)掃描的病害情況進行對比，對比結(jié)果如圖1所示。

圖1 破損調(diào)查與雷達(dá)掃描病害比對情況

由圖1可知：

1)在10個路段單元中，有9個路段單元雷達(dá)判定的病害數(shù)量大于等于破損調(diào)查病害數(shù)量。由此可見路面的病害分為顯性病害和隱性病害，顯性病害為路表可見的破損，如橫向裂縫、縱向裂縫、修補、松散等，隱性病害為已導(dǎo)致或?qū)⒁獙?dǎo)致顯性病害的路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部、路表不可見的病害。

2)從路面損壞調(diào)查結(jié)果來看PCI評價全部為優(yōu)，而用雷達(dá)掃描內(nèi)部損傷結(jié)果卻顯示有不少病害。因此針對改擴建舊路面評估，僅參考破損數(shù)據(jù)不夠，需結(jié)合雷達(dá)掃描結(jié)果進行綜合評估。

但是，雷達(dá)結(jié)果只能表明隱性病害存在的可能性，病害的嚴(yán)重程度及是否會對未來路面造成不利影響，僅通過雷達(dá)結(jié)果難以確定，尚需結(jié)合破損狀況及承載力進行綜合判定。

2.4 路面承載力評定結(jié)果

2.4.1全路段評定結(jié)果

采用FWD實測路面承載能力，參照標(biāo)準(zhǔn)[2]規(guī)定，按照50 m一個點位對研究路段結(jié)構(gòu)強度進行統(tǒng)計評定。

路段1和路段2慢車道的彎沉值分別為7.90(0.01 mm)、9.97(0.01 mm)，均小于設(shè)計彎沉值19(0.01 mm)，表明結(jié)構(gòu)承載能力較好。

2.4.2病害處局部加密檢測結(jié)果

試驗路段PCI為優(yōu)，而雷達(dá)顯示隱性病害數(shù)量大于路面破損病害數(shù)量。因此，采取FWD進行局部加密測試。

2.4.2.1 路段選取

共選取4種不同特征的路段進行局部加密測試(見表5)，所選路段涵蓋不同病害類別。

表5 局部加密路段選擇說明加密段編號路段特征所屬路段①2D雷達(dá)識別出隱性病害,表觀無破損路段1②2D雷達(dá)識別出隱性病害,表觀有修補路段1③2D雷達(dá)識別不出隱性病害,破損較嚴(yán)重,橫向裂縫較密集路段2④2D雷達(dá)識別不出隱性病害,表觀無破損路段2

2.4.2.2 測試方法

圖2中，圓圈為測試點位，數(shù)字為測試點位的序號，黑點表示該點位雷達(dá)識別有脫空，陰影部位表示該點基層有隱性病害，車道上的橫虛線表示橫向裂縫，縱虛線表示縱向裂縫。

加密段①為橋頭位置，路面未銑刨重鋪，表觀無破損。2D雷達(dá)識別慢車道右輪跡有3處隱性病害，測試點位為慢車道左、右輪跡帶分別8個點位，點位間距約2 m,點位布置如圖2a所示。

加密段②路面未銑刨重鋪，慢車道右輪跡帶有修補，修補尺寸為40 cm×40 cm。2D雷達(dá)識別修補位置正下方有隱性病害。如圖2b所示，測試點位為超車道右輪跡帶，慢車道右、中、左輪跡帶，每個輪跡帶7個點位，共計28個點位，點位間距為1 m。

加密段③為橫向裂縫密集路段，慢車道和超車道路面未銑刨，超車道無病害。對超車道和慢車道右輪跡進行了加密測試，超車道測試了15個點位，慢車道測試了28個點位，如圖2c和2d所示。

加密段④表觀無破損，慢車道銑刨重鋪，超車道未銑刨鋪，超車道有3條裂縫，雷達(dá)掃描慢車道無隱性病害。對超車道、慢車道、硬路肩分別進行了測試，超車道測試了9個點位，慢車道和路肩分別測試了6個點位，共計21個點位,如圖2d所示。

圖2 各路段測試點位示意圖

2.4.2.3 測試結(jié)果

選擇的4個路段局部加密結(jié)果如表6～9所示。

由表6～9可知：

1)加密段①彎沉值普遍大于路段1平均值，加密段②超車道右輪跡帶、慢車道左輪跡帶彎沉平均值小于路段1平均值7.90(0.01 mm)，而慢車道中、右輪跡帶彎沉平均值大于路段1平均值7.90(0.01 mm)；加密段③彎沉值普遍小于路段2平均值9.97(0.01 mm), 加密段④彎沉值普遍大于路段2平均值9.97(0.01 mm)?？梢?，對于加密段③，若僅采用FWD來進行評價，彎沉測試值小于路段平均值或者設(shè)計值，便認(rèn)為路面無內(nèi)部病害，這與實際路況結(jié)果不符。

表6 加密段①測試結(jié)果點位左輪跡帶彎沉/0.01mm右輪跡帶彎沉/0.01mm隱性病害111.2110.4128.6813.4138.4214.58脫空412.0416.23515.8113.36脫空622.4626.18脫空712.9122.34815.6718.04平均值13.4016.82

表7 加密段②測試結(jié)果點位超車道右輪跡帶彎沉/0.01 mm慢車道輪跡帶彎沉/0.01 mm左中右備注16.057.317.238.1226.388.287.777.0837.508.618.077.2347.417.5210.9215.73慢車道右輪跡塊狀修補56.607.097.818.5366.777.227.528.0477.417.607.638.37平均值6.877.668.149.01

表8 加密段③測試結(jié)果點位超車道右輪跡帶彎沉/0.01 mm慢車道右輪跡帶彎沉/0.01 mm慢車道病害情況18.19 7.5727.44 9.15縱向裂縫起點3-16.88縱向裂縫上3-26.656.66縱向裂縫右3-3 6.57縱向裂縫左49.06 8.975-18.2410.81橫向裂縫后5-210.37橫向裂縫前6-19.0311.25橫向裂縫后6-212.25橫向裂縫前78.94 11.28-18.009.89橫向裂縫前8-2 9.3橫向裂縫后

續(xù)表8點位超車道右輪跡帶彎沉/0.01 mm慢車道右輪跡帶彎沉/0.01 mm慢車道病害情況9-18.018.78橫向裂縫前9-28.98橫向裂縫后106.62 6.5611-16.789.52橫向裂縫后11-28.49橫向裂縫前126.57 7.3713-16.9710.91橫向裂縫后13-2 15.96橫向裂縫前14-17.60 9.36橫向裂縫后14-29.56橫向裂縫前平均值7.709.41

表9 加密段④結(jié)果點位序號超車道右輪跡帶彎沉/0.01 mm慢車道右輪跡帶彎沉/0.01 mm路肩/0.01 mm超車道病害情況17.84 13.467.762-17.5916.048.33橫向裂縫后2-27.71橫向裂縫前3-19.1413.778.62橫向裂縫后3-28.59橫向裂縫前47.23 13.57.925-18.5716.77.65橫向裂縫后5-28.31橫向裂縫前67.32 15.987.4平均值8.0314.917.95

2)加密段①慢車道左右輪跡的彎沉平均值分別為13.4(0.01 mm)、16.82(0.01 mm)，右輪跡彎沉值大于左輪跡。2D雷達(dá)掃描顯示右輪跡脫空處彎沉值大于對應(yīng)的左輪跡彎沉值。

3)加密段②超車道右輪跡帶，慢車道右、

中、左輪跡帶的彎沉平均值分別為6.87(0.01 mm)、7.66(0.01 mm)、8.14(0.01 mm)、9.01(0.01 mm)，慢車道彎沉值大于超車道，且慢車道彎沉值右輪跡>中>左輪跡。慢車道右輪跡塊狀修補范圍內(nèi)彎沉值均大于其他點位彎沉值。

4)加密段③慢車道、超車道右輪跡的彎沉平均值分別為7.70(0.01 mm)、9.41(0.01 mm)，慢車道彎沉值大于超車道。此外，慢車道裂縫存在的點位彎沉值基本都大于對應(yīng)的超車道彎沉值。

5)加密段④超車道右輪跡、慢車道右輪跡、路肩的彎沉平均值分別為8.03(0.01 mm)、14.91(0.01 mm)、7.95(0.01 mm)，慢車道彎沉值右輪跡>超車道右輪跡>路肩。超車道雖有裂縫，但未銑刨重鋪；慢車道雖無裂縫，但銑刨重鋪，且慢車道彎沉值大于超車道。結(jié)合養(yǎng)護歷史來看，超車道裂縫對應(yīng)的位置，未來慢車道必然會出現(xiàn)裂縫。因此，單獨采用2D探地雷達(dá)識別內(nèi)部無病害的結(jié)果與實際路況不符，應(yīng)結(jié)合養(yǎng)護歷史來綜合判定。

3 結(jié)論

1)按照常規(guī)檢測評定的方法，采用破損、彎沉評定的結(jié)果分析實際路況不夠全面，針對大中修、改擴建之前的舊路內(nèi)部病害診斷、評估，應(yīng)縮小單元范圍，局部分析。

2)局部病害處，采用2D雷達(dá)、FWD評定具有局限性。存在病害的點位，F(xiàn)WD彎沉值多大于路段平均彎沉值，但小于路段平均彎沉值的也常有病害出現(xiàn)。探地雷達(dá)掃描存在隱性病害的點位，大多表現(xiàn)為彎沉值偏大或有養(yǎng)護處治歷史，但雷達(dá)識別無病害的點位，也有彎沉偏大和有養(yǎng)護處置歷史情況出現(xiàn)。

3)舊路內(nèi)部病害的診斷、評估，應(yīng)結(jié)合歷史病害、無損識別技術(shù)及FWD承載力判別技術(shù)進行綜合判定。