瀝青路面厚度及彎沉檢測(cè)技術(shù)研究

盧生海

（甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，甘肅蘭州 730000）

1 引言

現(xiàn)階段，我國(guó)在瀝青路面厚度以及彎沉等重要指標(biāo)檢測(cè)過程中開始應(yīng)用雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)等自動(dòng)化無損檢測(cè)技術(shù)，在提升檢測(cè)效率同時(shí)，數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性也得到有效提升，在推動(dòng)公路工程建設(shè)水平提升方面具有重要意義。介質(zhì)中電磁波傳播理論是雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)的主要應(yīng)用原理，該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中，通過脈沖設(shè)備向檢測(cè)區(qū)域地下發(fā)射電測(cè)波，依據(jù)電磁波傳播理論，其在在同性介質(zhì)中會(huì)通過電場(chǎng)以及磁場(chǎng)相互交替變化的方式依照相應(yīng)的速度前進(jìn)，在遭遇不同性介質(zhì)后，電磁波會(huì)產(chǎn)生反射、折射現(xiàn)象，隨后技術(shù)人員利用專業(yè)設(shè)備接受發(fā)射回來的電磁波即可實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)厚層進(jìn)行精準(zhǔn)探測(cè)。

2 工程概述

為驗(yàn)證瀝青路面彎沉檢測(cè)中FWD 法應(yīng)用價(jià)值，本文將結(jié)合案例進(jìn)行具體說明。案例工程為某地區(qū)高速公路，其道路全長(zhǎng)為76 km，路面采用瀝青混凝土材料。由于該工程建設(shè)時(shí)間較早，受制于當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，相關(guān)管理部門為降低成本投入采用較低的工程標(biāo)準(zhǔn)要求。近年來，受超載現(xiàn)象嚴(yán)重影響，路面出現(xiàn)較為嚴(yán)重的破壞，龜裂、坑槽等道路病害嚴(yán)重威脅行車安全性。本文研究中將結(jié)合此工程，分別利用FWD 以及貝克曼梁彎沉比對(duì)路面進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)，進(jìn)而探究FWD技術(shù)可行性

3 檢測(cè)方案設(shè)計(jì)

3.1 檢測(cè)設(shè)備

研究者為完成本次對(duì)比試驗(yàn)，選取貝克曼梁彎沉儀以及FED 設(shè)備為本次對(duì)比試驗(yàn)提供硬件支持。其中FWD 測(cè)試需要落錘彎沉儀、傳感器設(shè)備貝克曼梁及標(biāo)準(zhǔn)承重車設(shè)備。落錘彎沉儀50kN 荷載的8000 型儀器，用于產(chǎn)生測(cè)試所需的脈沖荷載。傳感器設(shè)備會(huì)自動(dòng)對(duì)路面彎沉參數(shù)進(jìn)行接受并記錄；貝克曼梁以及承重車設(shè)備要求采用前后臂比例為2:1的5.4m長(zhǎng)桿設(shè)備以及重后軸余輪胎接地壓強(qiáng)分別為1000kN以及0.7MPa的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備[1]。

3.2 FWD彎沉檢測(cè)

本次試驗(yàn)開展過程中，技術(shù)人員依據(jù)試驗(yàn)要求，將FWD 承載板設(shè)置在行車道中心位置。同時(shí)設(shè)定儀器檢測(cè)頻率為1 點(diǎn)/50m。彎沉檢測(cè)開展過程中設(shè)計(jì)落錘三次，第一次落錘目標(biāo)為確定承載板穩(wěn)定性，取后兩次落錘平均值作為彎沉值檢測(cè)結(jié)果。

3.3 彎沉比對(duì)試驗(yàn)

為驗(yàn)證FWD 技術(shù)可行性，技術(shù)人員在案例工程中選取具備代表意義的結(jié)構(gòu)路段，并依照20m 間隔設(shè)置測(cè)點(diǎn)，為確保FWD 以及貝克曼梁測(cè)點(diǎn)穩(wěn)定，技術(shù)人員在檢測(cè)開始前對(duì)各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記作業(yè)。除此以外，技術(shù)人員在工作中為避免彎沉測(cè)試值在溫度變化影響下出現(xiàn)偏差，技術(shù)人員在FWD 技術(shù)檢測(cè)后立即進(jìn)行貝克曼梁完成檢測(cè)。在實(shí)際進(jìn)行試驗(yàn)過程中，承重車后軸輪隙中心應(yīng)控制在FWD 承載板位置，同時(shí)嚴(yán)格遵照《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》開展貝克曼梁彎沉檢測(cè)[2]。

4 檢測(cè)結(jié)果分析

4.1 瀝青路面彎沉值比對(duì)

考慮到實(shí)際檢測(cè)過程中獲取的檢測(cè)數(shù)據(jù)在儀器、人為等主客觀因素影響下存在出現(xiàn)誤差的可能性，因此，技術(shù)人員在工作中對(duì)所有檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行梳理并剔除其中異常值，隨后對(duì)其余合理檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析。

通過實(shí)地測(cè)試結(jié)果可得出結(jié)論，換算關(guān)系式隨路面結(jié)構(gòu)形式變化而變化，但是不同關(guān)系式之間存在較好的線性關(guān)系，此關(guān)系可表示為y=ax+b。依據(jù)對(duì)照試驗(yàn)結(jié)果可知，技術(shù)人員所選取的8段不同結(jié)構(gòu)形式路面中，存在常數(shù)a、b 相近情況的路段共有5個(gè)，其數(shù)值分別在0.0613-0.0854 以及10.877-18.433區(qū)間范圍內(nèi)，其路面結(jié)構(gòu)形式也呈現(xiàn)出較為顯著的相近情況；所選取的8 個(gè)試驗(yàn)段中，存在與其他結(jié)構(gòu)形式差異較大的路段一個(gè)，其常數(shù)a、b也呈現(xiàn)出較為顯著的差異性；相較于其他結(jié)構(gòu)關(guān)系式，結(jié)構(gòu)2 與結(jié)構(gòu)3 表現(xiàn)出較為顯著的差異性，具體如其b 常數(shù)，分別為1.2346 以及4.5453。通過對(duì)上述情況進(jìn)行深入分析可知，瀝青分層厚度是導(dǎo)致此情況的主要因素。

我國(guó)頒布的《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》中將相關(guān)系數(shù)設(shè)定為0.95，而本次對(duì)照試驗(yàn)中實(shí)測(cè)相關(guān)系數(shù)明顯低于0.95，導(dǎo)致此問題出現(xiàn)的主要原因在于路面施工質(zhì)量差異較大，同時(shí)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度衰減幅度相對(duì)較高。

由此可知，F(xiàn)WD 以及貝克曼梁彎沉值換算會(huì)受到路面結(jié)構(gòu)施工所有材料以及厚度影響，同時(shí)技術(shù)人員在實(shí)際進(jìn)行換算過程中還應(yīng)對(duì)路面使用狀況以及使工作會(huì)亮等因素進(jìn)行綜合考量。由此，在針對(duì)施工質(zhì)量以及結(jié)構(gòu)存在較大差異的同一公路進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，不應(yīng)采用相同換算方式，以實(shí)現(xiàn)規(guī)模出現(xiàn)較大誤差的情況。

4.2 全線路面彎沉檢測(cè)結(jié)果分析

技術(shù)人員在實(shí)際工作過程中針對(duì)工程全線瀝青路面進(jìn)行FWD 彎沉檢測(cè)，并依照關(guān)系式將其轉(zhuǎn)化為貝克曼梁彎沉值。依照我國(guó)現(xiàn)行的《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》，要求計(jì)算單幅1km 路段的代表彎沉值。技術(shù)人員在對(duì)各路段左右兩幅代表彎沉值進(jìn)行計(jì)算與統(tǒng)計(jì)后得出以下兩個(gè)結(jié)論：第一，雖然同一路段路面彎沉值相近，但是受路面運(yùn)營(yíng)多年，超載情況較為嚴(yán)重影響，使得路面結(jié)構(gòu)承載力受到較大幅度的削弱，進(jìn)而路面結(jié)構(gòu)形式產(chǎn)生較大幅度的變換；第二，依據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果可知，本次試驗(yàn)中涉及的各路段間彎沉值及其差異相對(duì)較大，其代表值明顯高于設(shè)計(jì)彎沉值。這就使得在瀝青路面施工質(zhì)量控制不嚴(yán)格情況影響下，即使路面存在相近的結(jié)構(gòu)形式，其強(qiáng)度衰減不均問題依舊出現(xiàn)。

4.3 路面結(jié)構(gòu)理論彎沉分析

技術(shù)人員在實(shí)際進(jìn)行測(cè)試過程中，依照彈性層莊連續(xù)體系理論進(jìn)行更深層次的研究，最終結(jié)果顯示，在雙圓均布荷載作用影響下，承重車輪隙中心部位路表彎沉值與實(shí)測(cè)路面厚度及模量計(jì)算所得路表彎沉值相近。為進(jìn)一步驗(yàn)證FWD 彎沉檢測(cè)結(jié)構(gòu)以及計(jì)算值之間的差異，技術(shù)人員在案例工程中選取具備代表性的k40+000-k41+000 以及k51+000-k57+000 左右兩幅路段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)抽樣進(jìn)行FWD 彎沉檢測(cè)。

技術(shù)人員對(duì)測(cè)試路段彎沉值進(jìn)行計(jì)算可知兩路段計(jì)算彎沉值分別為34.8mm 以及131mm，而實(shí)測(cè)彎沉值分別為36.3mm 以及132.3mm，計(jì)算值以及實(shí)測(cè)值之間差異幅度分別為4.1%以及1.0%。由此結(jié)果可得出測(cè)試路段瀝青路面結(jié)構(gòu)彎沉值實(shí)測(cè)值以及計(jì)算值相近，符合彈性層狀連續(xù)系統(tǒng)理論，依據(jù)結(jié)果可印證采用FWD 彎沉檢測(cè)技術(shù)具備應(yīng)用價(jià)值，且可以利用其對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)定。

5 總結(jié)

綜上所述，瀝青路面厚度以及彎沉值是檢驗(yàn)公路工程質(zhì)量以及使用價(jià)值的重要指標(biāo)，同時(shí)也是確保公路運(yùn)行安全性的重要保障。本文所研究案例利用FWD 技術(shù)對(duì)路面彎沉值進(jìn)行測(cè)定，從最終結(jié)果顯示，該技術(shù)可以有效實(shí)現(xiàn)評(píng)定路面彎沉值的目標(biāo)，且結(jié)果較為精確，具備應(yīng)用價(jià)值。