高速公路瀝青路面檢測(cè)方案分析

張 強(qiáng)

(廣州誠(chéng)安路橋檢測(cè)有限公司，廣東 廣州 510420)

0 引 言

作為高速公路項(xiàng)目后續(xù)管理的主要工作，高速公路瀝青路面性能檢測(cè)能夠?yàn)槁访婀芾砣藛T提供重要的基本信息，繼而為瀝青路面路用性能的發(fā)展預(yù)測(cè)提供參照，便于確定有效的養(yǎng)護(hù)時(shí)間及養(yǎng)護(hù)方案。高速公路瀝青路面病害檢測(cè)工作內(nèi)容較多，主要包括瀝青路面使用性能指標(biāo)的確定、關(guān)聯(lián)檢測(cè)設(shè)備儀器的使用、不同性能指標(biāo)的抽樣規(guī)模和方式、性能指標(biāo)的檢測(cè)時(shí)間段等。高速公路瀝青路面使用性能檢測(cè)方案的設(shè)計(jì)是確保公路安全穩(wěn)定運(yùn)行的重中之重。

1 高速公路路用性能檢測(cè)指標(biāo)

高速公路瀝青路面性能檢測(cè)指標(biāo)主要包括以下內(nèi)容：彎沉指標(biāo)、平整度指標(biāo)、抗滑能力指標(biāo)、路面破損指標(biāo)、車轍指標(biāo)。瀝青路面破損檢測(cè)、平整度檢測(cè)是檢測(cè)工作中的主要內(nèi)容。

1.1 彎沉

瀝青路面彎沉檢測(cè)能夠體現(xiàn)出路面的整體綜合承載能力，彎沉值越小，則代表路面的承載強(qiáng)度越大。當(dāng)前采取的彎沉檢測(cè)設(shè)備主要為落錘式彎沉儀，現(xiàn)場(chǎng)采取無損路面結(jié)構(gòu)承載檢測(cè)方法，彎沉儀對(duì)路面的加載模式近似于車輛行車荷載，路面反饋信息獲取較為準(zhǔn)確、快速。高速公路多為半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)，路面彎沉主要采取路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)(SSI)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)[1]。

1.2 平整度

平整度能夠反映出瀝青路面的施工技術(shù)質(zhì)量和服務(wù)水平，平整度是路面連續(xù)測(cè)量、按照標(biāo)準(zhǔn)間斷測(cè)量下的路面凹凸情況，路面平整度直接關(guān)聯(lián)著行車穩(wěn)定性安全性?，F(xiàn)場(chǎng)一般采取平整度檢測(cè)車進(jìn)行車道連續(xù)的平整度測(cè)量，平整度評(píng)價(jià)指標(biāo)為路面行駛質(zhì)量指數(shù)(RQI)，該指標(biāo)主要由國(guó)際平整度指數(shù)(IRI)計(jì)算獲取[1-2]。

1.3 抗滑能力

瀝青路面抗滑能力是行車輪胎產(chǎn)生側(cè)向滑動(dòng)時(shí)的路面抗滑力，一般通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量路面摩擦系數(shù)進(jìn)行確定，采取的設(shè)備儀器為橫向力系數(shù)檢測(cè)儀，具備效率高、速度快的優(yōu)勢(shì)。橫向力系數(shù)(SFC)綜合反映了路面橫縱向的摩擦系數(shù)。

1.4 路面破損

路面破損是行車安全事故產(chǎn)生的主要誘因，也是檢測(cè)工作及養(yǎng)護(hù)管理的處治重點(diǎn)。瀝青路面破損類型、原因較多，現(xiàn)場(chǎng)破損檢測(cè)的誤差也較大，高速公路路面破損檢測(cè)需要借助于自動(dòng)化設(shè)備，路面破損以路面狀況指數(shù)(PCI)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，PCI由路面破損率(DR)計(jì)算獲取[1-3]。

1.5 車轍

車轍是行車在路面上產(chǎn)生的痕跡，現(xiàn)場(chǎng)車轍檢測(cè)主要采取自動(dòng)化設(shè)備(多以橫向布置的紅外線、位移傳感器)對(duì)路面車轍深度進(jìn)行測(cè)定，以車轍指數(shù)(RDI)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 工程概況

廣州市外環(huán)某高速公路于2015年投入運(yùn)營(yíng)，設(shè)計(jì)里程K0+000～K39+000，全長(zhǎng)25 km，路面設(shè)計(jì)寬度30 m，設(shè)計(jì)車速80 km/h，路基平均高度8～12 m，雙向六車道。其中，一般路段路面結(jié)構(gòu)為4 cm瀝青瑪蹄脂碎石混合料表面層(SMA-16L)+6 cm粗粒式瀝青混凝土(AC-25I、中面層)+20 cm廠拌水泥穩(wěn)定碎石基層+25 cm廠拌二灰穩(wěn)定碎石底基層。該高速公路是銜接廣州市和周圍現(xiàn)實(shí)的重要渠道。隨著交通流量的不斷加劇，該高速公路全線路段出現(xiàn)較多路面病害，檢測(cè)單位于2022年對(duì)該公路局部設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較為嚴(yán)格、地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜的路段開展瀝青路面檢測(cè)工作，現(xiàn)場(chǎng)可知，一般路段(里程K6+000～K39+000)上下行車道存在明顯的路面破損、車轍，嚴(yán)重弱化了瀝青路面使用性能。為此，考慮到病害路段過長(zhǎng)，項(xiàng)目組擬設(shè)計(jì)合理的檢測(cè)方案，以便縮小檢測(cè)成本、時(shí)間，為后續(xù)的維修養(yǎng)護(hù)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)支撐[2-4]。

3 路面檢測(cè)抽樣方式分析

瀝青路面檢測(cè)工作多采取抽樣檢測(cè)，不同的抽樣模式造成的數(shù)據(jù)差異性較大，不能全方位表現(xiàn)出路面的病害程度及類型。而不少業(yè)主單位多要求檢測(cè)的高精確性，這會(huì)造成檢測(cè)工作的時(shí)間、成本不斷提升，為此，合理檢測(cè)方式及規(guī)模需要得以明確。主要對(duì)整群抽樣、簡(jiǎn)單隨機(jī)抽樣兩種方式進(jìn)行比較分析。

3.1 整群抽樣

整群抽樣主要是將總體內(nèi)不同單位進(jìn)行互不重復(fù)的集合群劃分，并且以群為單位進(jìn)行樣本抽選。整群抽樣需要不同群之間差異性較小，群內(nèi)元素具備較大差異，且群要具備代表性。整群抽樣能夠節(jié)約大量成本，實(shí)施較為容易，但是不同群之間的差異性則難以控制，造成誤差偏大。整群抽樣流程如下：明確分群依據(jù)，將總體依照依據(jù)進(jìn)行互不重疊部分的劃分，獲取單位群；單位群的數(shù)量需要依照樣本容量進(jìn)行確定，采取系統(tǒng)抽樣方式進(jìn)行群數(shù)的獲取。針對(duì)項(xiàng)目，檢測(cè)人員需要將該高速公路K6+000～K39+000進(jìn)行每公里路段劃分，共分為33個(gè)路段進(jìn)行彎沉檢測(cè)(SSI)，當(dāng)抽樣率分別為2%、5%、10%、20%時(shí)，則需要分別選取路段數(shù)1、2、3、7個(gè)，現(xiàn)場(chǎng)抽樣檢測(cè)相關(guān)結(jié)果如表1所示。表1結(jié)果表明，抽取樣本數(shù)隨著抽樣率的增加，且檢測(cè)樣本均值會(huì)逐步趨向于彎沉平均值，而變異系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差則沒有表現(xiàn)出規(guī)律性變化[3-5]。

表1 不同抽樣率現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果

3.2 簡(jiǎn)單隨機(jī)抽樣

檢測(cè)單位依據(jù)既有資料，采取SPS軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單隨機(jī)抽樣，其中抽樣率分布在2%-30%之間，每個(gè)抽樣率則需要進(jìn)行5次獨(dú)立抽樣，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表2所示。計(jì)算過程中，隨著抽樣率不斷增加，樣本均值也逐漸趨向于全路段的彎沉平均值；抽樣率增加會(huì)造成變異系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差的變化范圍逐漸縮窄。樣本抽取率增多，抽樣檢測(cè)結(jié)果越發(fā)接近于全路段檢測(cè)結(jié)果，不斷縮窄的變異性和變準(zhǔn)差代表了數(shù)據(jù)的集中性。軟件模擬簡(jiǎn)單隨機(jī)抽樣過程往往難以代表實(shí)際檢測(cè)，實(shí)際開展檢測(cè)工作極容易受到外界多種因素的影響[3]。

表2 標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)在不同抽樣率下的波動(dòng)范圍

3.3 評(píng)價(jià)

本項(xiàng)目抽樣檢測(cè)工作主要針對(duì)上述兩個(gè)抽樣方式進(jìn)行選取。其中，整群抽樣作為抽樣實(shí)施方案，整群抽樣需要群內(nèi)不同單元需要具備明顯差異性，且群間則要保持較大的一致性，這和本項(xiàng)目實(shí)際情況不相符合。為此，檢測(cè)單位擬在該路段選取抽樣率30%的簡(jiǎn)單隨機(jī)抽樣方式。

4 不同路用指標(biāo)的抽樣規(guī)模

檢測(cè)方案除了確定抽樣方式外，還需要確定不同性能檢測(cè)指標(biāo)的檢測(cè)范圍，考慮到病害路段存在較多的坑槽、網(wǎng)裂、縱橫縫等破損及明顯車轍，主要依據(jù)既有規(guī)范的瀝青路面路用性能檢測(cè)規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行進(jìn)一步的檢測(cè)成本控制，在路面病害里程K6+000～K39+000上行、下行分別選取100、200、400、800 m抽樣規(guī)模最小值作為不同比較，獲取路面破損指標(biāo)PCI、車轍指標(biāo)RDI的最佳檢測(cè)規(guī)模，表3為瀝青路面檢測(cè)指標(biāo)抽樣規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值。檢測(cè)指標(biāo)的抽樣規(guī)?？刂颇軌?yàn)楹罄m(xù)路段檢測(cè)提供主要參考[2-4]。

表3 瀝青路面檢測(cè)指標(biāo)抽樣規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)

4.1 PCI抽樣規(guī)模

表4為該高速公路病害路段K6+000～K39+000的破損率PCI檢測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，上、下行路面狀況變異水平數(shù)據(jù)整體滿足正態(tài)分布，但是不同規(guī)模下的抽樣結(jié)果相較于標(biāo)準(zhǔn)抽樣結(jié)果具備較大的變異性，依據(jù)表中不同抽樣規(guī)模下的樣本均值，標(biāo)準(zhǔn)值越大則導(dǎo)表路段檢測(cè)指標(biāo)分布越不均勻；減小抽樣規(guī)模后的樣本均值相較于標(biāo)準(zhǔn)參考值差異性則增大?？紤]到項(xiàng)目建設(shè)處其具備良好的路面使用性能，極少出現(xiàn)路面破損病害，減小抽樣規(guī)模則會(huì)造成樣本變異系數(shù)和方差擴(kuò)大；抽樣規(guī)模的減小也會(huì)造成樣本均值越發(fā)難以反映實(shí)際均值，變異性則會(huì)增大[3-4]。

表4 不同抽樣規(guī)模變異水平

圖1為該病害路段不同抽樣規(guī)模下的PCI整體分布情況。其中，編號(hào)1為公路規(guī)范規(guī)定的抽樣標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果分布，為抽樣規(guī)模雖小后的PCI變異情況作參考。圖1結(jié)果表明，不同抽樣規(guī)模編號(hào)2、3、4的PCI變化趨勢(shì)基本符合公路規(guī)范，且不同曲線的PCI變化幅度小于2，四種檢測(cè)規(guī)?？梢宰鳛镻CI檢測(cè)抽樣選擇，但是考慮到項(xiàng)目檢測(cè)成本，技術(shù)人員可以適當(dāng)縮小檢測(cè)規(guī)模，本文將路面破損指標(biāo)PCI的抽樣規(guī)模控制在400 m。

圖1 不同規(guī)模下PCI分布

4.2 RDI抽樣規(guī)模確定

檢測(cè)單位同時(shí)也需要對(duì)病害路段開展車轍變化情況的分析，考慮到車轍往往隨著路面破損同時(shí)出現(xiàn)，項(xiàng)目依據(jù)實(shí)際車轍病害程度，主要分析抽樣規(guī)模1、2、3情況下的車轍分布情況，并且進(jìn)行6個(gè)車轍范圍劃分：0～2 mm、2～4 mm、4～6 mm、6～8 mm、8～10 mm、10 mm以上。病害路段車轍分布具體結(jié)果如表5所示。結(jié)果表明，不同抽樣規(guī)模下的同一類型車轍分布檢測(cè)概率存在明顯差異性，如依照公路規(guī)范開展車轍分布檢測(cè)時(shí)，100抽樣規(guī)模下0～2 mm深度分布概率則是6.4%，而抽樣規(guī)模分別為200 m、400 m時(shí)的分布概率則為5.36%、2.4%，但是隨著車轍深度的不斷提升，不同抽樣規(guī)模下車轍分布概率則差異性較小；在車轍深度較小時(shí)，往往代表了瀝青路面受車轍破壞程度較淺，此時(shí)增大檢測(cè)規(guī)模則會(huì)遺漏不少輕微車轍病害；在抽樣檢測(cè)規(guī)模增大后，對(duì)于需要后續(xù)養(yǎng)護(hù)處治的車轍病害分布概率的差異則較小?；趯?shí)際情況，檢測(cè)單位擬將RDI檢測(cè)規(guī)模設(shè)為200 m[4-5]。

表5 不同車轍深度在抽樣規(guī)模下的分布概率

5 小 結(jié)

對(duì)廣州某高速公路瀝青路面路面破損、車轍病害進(jìn)行了檢測(cè)方案的設(shè)計(jì)，主要從現(xiàn)場(chǎng)抽樣方式、抽樣規(guī)模上進(jìn)行有效對(duì)比，綜合選取滿足檢測(cè)樣本工作量、成本及準(zhǔn)確率需求的抽樣方案。獲取以下結(jié)論：采取30%抽樣率的簡(jiǎn)單隨機(jī)抽樣方法進(jìn)行公路病害檢測(cè)過程中，路面破損檢測(cè)規(guī)?？稍O(shè)定為400 m，車轍檢測(cè)規(guī)?？稍O(shè)定在200 m。該抽樣方案相對(duì)于公路規(guī)范具有較大的一致性，即便存在變異性，也不影響整體抽樣的質(zhì)量效果。