高速公路瀝青路面試驗(yàn)檢測技術(shù)研究

穆紅海,劉超權(quán)

（貴州宏信創(chuàng)達(dá)工程檢測咨詢有限公司,貴州 貴陽 550000）

0 引言

高速公路是我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要保障，隨著我國改革開放的深入推進(jìn)，高速公路建設(shè)項(xiàng)目仍在不斷增加。瀝青路面作為高速公路路面結(jié)構(gòu)的重要組成部分，不僅對高速公路運(yùn)營的安全性、舒適性有重要影響，還直接關(guān)系到高速公路的使用壽命。一旦高速公路質(zhì)量不佳且未得到有效檢測，在開通運(yùn)營后將給國家、社會(huì)造成不可挽回的損失。因此，有必要加強(qiáng)高速公路瀝青路面試驗(yàn)檢測技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)高速公路建設(shè)綜合效益最大化。

1 高速公路瀝青路面試驗(yàn)檢測技術(shù)研究的必要性

近年來，我國高速公路建設(shè)數(shù)量持續(xù)增長，建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。根據(jù)國家交通管理部門統(tǒng)計(jì)，截至2021年末，我國高速公路總里程達(dá)11.7萬km，居世界第一。但部分高速公路瀝青路面質(zhì)量不盡如人意，存在較多早損病害。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的因素很多，但瀝青路面試驗(yàn)檢測工作不到位是其中一個(gè)重要原因。根據(jù)國家高速公路路網(wǎng)規(guī)劃，預(yù)計(jì)至2035年末，我國高速公路總里程將達(dá)約16.2萬km，建設(shè)規(guī)模巨大。基于此，開展高速公路瀝青路面試驗(yàn)檢測技術(shù)研究，提升高速公路瀝青路面試驗(yàn)檢測水平，進(jìn)而提高高速公路使用安全及壽命，非常必要且十分迫切。

2 高速公路瀝青路面相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

在開展高速公路瀝青路面試驗(yàn)檢測前，需對瀝青路面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有正確了解。我國高速公路瀝青路面施工質(zhì)量要求主要表現(xiàn)在承載力、抗疲勞性、耐高溫性、耐低溫性以及抗滑性5個(gè)方面。

2.1 承載力

高速公路瀝青路面運(yùn)營期間需承受反復(fù)碾壓，保證通行車輛的正常行駛，因此，對瀝青路面承載力有較高要求。若高速公路瀝青路面承載力不滿足要求，會(huì)導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生非彈性變形，進(jìn)而造成瀝青路面結(jié)構(gòu)損害，為確保高速公路瀝青路面具備良好的安全性和舒適性，須確保瀝青路面具有良好的承載力。

2.2 抗疲勞性

抗疲勞性指瀝青路面投入運(yùn)營若干年，在正常壽命期內(nèi)，仍可確保在車載的反復(fù)作用下不產(chǎn)生疲勞性破壞。因此，要保證高速公路瀝青路面正常使用，就必須增強(qiáng)其抗疲勞性，以延長其使用壽命。通常瀝青路面產(chǎn)生疲勞性破壞，大部分原因是原材料質(zhì)量及壓實(shí)度等存在問題[1]。

2.3 耐高溫性

高速公路瀝青路面使用的瀝青混合料應(yīng)具備一定耐高溫性。耐高溫性即瀝青混合料在車輛荷載下抵抗永久變形的能力。影響瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的因素很多，主要包括混合料配合比、瀝青特性及路面壓實(shí)度等，通過合理控制以上影響因素，能有效提高瀝青路面耐高溫性。

2.4 耐低溫性

瀝青路面耐低溫性是衡量瀝青路面質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)之一。晝夜溫差大區(qū)域，若高速公路瀝青路面質(zhì)量不合格，則會(huì)因“熱脹冷縮”而產(chǎn)生諸多病害。例如瀝青路面在溫度較低時(shí)，會(huì)發(fā)生路面收縮，導(dǎo)致路面開裂，進(jìn)而對交通產(chǎn)生影響。主要原因是瀝青混合料的抗拉伸性較差，收縮系數(shù)不滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.5 抗滑性

高速公路對瀝青路面抗滑性有較高要求，防止車輛行駛過程中出現(xiàn)打滑，確保行車安全。若瀝青路面抗滑性能不佳，則可能導(dǎo)致交通安全事故頻發(fā)，嚴(yán)重威脅人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此，必須加強(qiáng)高速公路瀝青路面抗滑性檢測。瀝青路面抗滑性主要與瀝青路面的空隙率、平整度及整體結(jié)構(gòu)等因素關(guān)系密切[2]。

3 高速公路瀝青路面試驗(yàn)檢測技術(shù)研究

3.1 瀝青路面壓實(shí)度檢測

瀝青路面壓實(shí)度與路面的穩(wěn)定性、平整度關(guān)系密切，在瀝青混合料攤鋪碾壓完成后，需采用一定檢測方法對其進(jìn)行壓實(shí)度檢測。瀝青路面壓實(shí)度檢測通常采用鉆芯取樣分析法，這種方法通過現(xiàn)場鉆芯取樣，在實(shí)驗(yàn)室測定芯樣壓實(shí)前后密度比，最后確定瀝青路面壓實(shí)度。鉆芯取樣法會(huì)對瀝青路面造成一定破壞，而且會(huì)因檢測手段及方法不規(guī)范，造成檢測結(jié)果出現(xiàn)偏差。當(dāng)前，可選用更為先進(jìn)的檢測技術(shù)。例如核子密度儀檢測技術(shù)，這種檢測技術(shù)可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場直接檢測，具有效率高、結(jié)果精確等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用十分便捷。

3.2 瀝青路面承載力檢測

彎沉是衡量瀝青路面質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，是瀝青路面負(fù)載力和綜合承載力的重要體現(xiàn)，該指標(biāo)反映瀝青路面結(jié)構(gòu)的整體剛度和強(qiáng)度。一般彎沉越大，瀝青路面的塑性變形越大，剛度和抗疲勞能力越弱。目前瀝青路面承載力檢測技術(shù)主要包括貝克曼梁法、激光彎沉測定儀法、自動(dòng)彎沉測定儀法、落錘式彎沉儀法4種[3]。

3.2.1 貝克曼梁法

貝克曼梁法是利用杠桿原理，運(yùn)用承載重物的標(biāo)準(zhǔn)車輛對待檢測路面實(shí)施加載，測定出路面回彈變形量，該檢測方法工作原理簡單，通過人工即可完成，是目前最常用的彎沉檢測方法。

3.2.2 激光測定儀

激光測定儀的主要工作原理是將激光測定儀放置于實(shí)驗(yàn)車的后輪，汽車通過測量點(diǎn)時(shí)，路面在荷載的作用下會(huì)發(fā)生回彈，并帶動(dòng)地面上的硅光電測測頭升起，產(chǎn)生相應(yīng)的光電流。通過對光電流大小的計(jì)算，確定彎沉值。這一檢測儀器具有操作方便、精度高、體積小、質(zhì)量輕等特點(diǎn)。

3.2.3 自動(dòng)彎沉測定儀

自動(dòng)彎沉測定儀是將儀器安置在牽引車底盤，在保證瀝青路面平穩(wěn)的情況下，借助牽引車行走，多次重復(fù)多點(diǎn)地測量、記錄，最終確定彎沉值。這一方法相較于貝克曼梁法和激光彎沉測定儀法，其檢測程度更復(fù)雜，操作重復(fù)性較高。

3.2.4 落錘式彎沉儀

落錘式彎沉儀由拖車與微機(jī)控制系統(tǒng)組成，該方法是一種利用脈沖動(dòng)力彎沉儀的檢測方法，其模擬汽車荷載對路面施加瞬時(shí)沖擊作用，得到路面瞬時(shí)變形情況。測量結(jié)果較精確，信息量較大，與貝克曼梁法相比，具有使用方便、快速、安全、節(jié)省人力、模擬實(shí)際情況施加動(dòng)態(tài)荷載的特點(diǎn)，適用于長距離、連續(xù)測定。

3.3 瀝青路面平整度檢測

衡量高速公路瀝青路面質(zhì)量的另一重要指標(biāo)是平整度，若路面平整度不達(dá)標(biāo)，車輛行駛過程中，會(huì)產(chǎn)生一定震動(dòng)，震動(dòng)幅度較大，則會(huì)嚴(yán)重降低車輛行駛舒適度，而且存在一定安全隱患。目前高速公路瀝青路面平整度通常采用四種方式進(jìn)行檢測，包括3 m直尺測定法、連續(xù)式測量儀、激光路面儀、車載式顛簸累計(jì)儀[4]。

3.3.1 3 m直尺測定法

3 m直尺測定法是一種應(yīng)用較廣、相對傳統(tǒng)的瀝青路面平整度檢測法，即利用3 m長直尺測量瀝青路面平整度，具體如圖1所示。在實(shí)際檢測過程中，該檢測方法受人為操作影響較大，精度不高。

圖1 3 m直尺測量示意圖

3.3.2 連續(xù)式測量儀

連續(xù)式測量儀工作原理是通過微機(jī)自動(dòng)顯示瀝青路面平整度數(shù)據(jù)信息，對瀝青路面進(jìn)行連續(xù)性檢測，提高檢測速率。

3.3.3 激光斷面儀

激光斷面儀是一種地面無接觸式測定儀器，通常固定于檢測車輛輪轂。在瀝青路面檢測時(shí)，實(shí)驗(yàn)車以一定速度行駛，激光測定儀通過激光傳感器不斷發(fā)射激光，讀取激光距離傳感器輸出值，將該距離信號(hào)與安裝于實(shí)驗(yàn)車的加速度計(jì)信號(hào)互差，抵消實(shí)驗(yàn)車自身顛簸，輸出路面真實(shí)信號(hào)。實(shí)驗(yàn)車行駛，每隔一段距離，采集相應(yīng)數(shù)據(jù)。應(yīng)用數(shù)據(jù)模擬系統(tǒng)，可顯示打印國際平整度指數(shù)IRI等指標(biāo)。這種檢測技術(shù)具有速度快、精度高等特點(diǎn)，是一種比較有效的路面平整度檢測技術(shù)。激光距離傳感器位置如圖2所示，圖中X、Y分別表示車輛行進(jìn)方向和道路橫斷面方向。

圖2 激光斷面儀平整度檢測示意圖

3.3.4 車載式顛簸累計(jì)儀

車載式顛簸累計(jì)儀檢測瀝青路面平整度，通常是將儀器安裝于測試車輛并測試車輛行駛情況，若瀝青路面不平整，車輛則會(huì)發(fā)生振動(dòng)、顛簸，此時(shí)儀器就能收集到后軸與車廂間的單向位移累計(jì)值，該累計(jì)值能直觀反映路面平整度情況，具體檢測原理如圖3所示。一般數(shù)值越大，平整度越差；數(shù)值越小，平整度越好。這種檢測方法操作簡單、快捷，但檢測人員須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)程和方法操作，否則會(huì)嚴(yán)重影響檢測結(jié)果精度。

圖3 車載式顛簸累計(jì)儀檢測原理圖

3.4 瀝青路面抗滑性檢測

抗滑性是衡量瀝青路面質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，直接關(guān)系到行車的安全，特別是雨季期間，抗滑性不足易發(fā)生路面打滑失控交通事故。抗滑性通常由摩擦系數(shù)及構(gòu)造深度表示，當(dāng)前瀝青路面抗滑性檢測較為常用的技術(shù)手段包括橫向抗滑系數(shù)測試車、激光紋理測試儀兩種。

3.4.1 橫向抗滑系數(shù)測試車

橫向抗滑系數(shù)測試車是當(dāng)前瀝青路面抗滑性能檢測中應(yīng)用較為廣泛的一種。其工作原理是橫向抗滑系數(shù)測試車工作期間，地面和測試輪相互作用，通過計(jì)算得出橫向抗滑系數(shù)。橫向抗滑系數(shù)越大，路面抗滑性能越強(qiáng)。

3.4.2 激光紋理測試儀

激光紋理測試儀又稱激光構(gòu)造深度儀法，該方法利用高速脈沖紅外線投影方式計(jì)算瀝青路面構(gòu)造深度，以此判定瀝青路面抗滑性能。這種方法具有運(yùn)輸和操作方便、費(fèi)用較低、可靠性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

3.5 瀝青路面滲水性能檢測

瀝青路面滲水性能通常指的是瀝青路面的抗水壓能力，通過瀝青路面滲水性能檢測，可間接分析瀝青路面發(fā)生沉陷的概率。當(dāng)雨水滲入路面，基層含水量上升，路面基層承載力減弱，最終產(chǎn)生沉降。當(dāng)前，瀝青路面滲水性能檢測多數(shù)在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，主要檢測手段是應(yīng)用滲水檢測儀，通過測量水分下降相應(yīng)高度所需時(shí)間，進(jìn)而評(píng)估路面滲水性能[5]。

4 相關(guān)建議

高速公路瀝青路面檢測方法、技術(shù)較為先進(jìn)，但在實(shí)踐過程中仍存在較多問題。例如檢測結(jié)果偏差較大、部分檢測項(xiàng)目尚需室內(nèi)檢測等，需不斷改進(jìn)、創(chuàng)新，結(jié)合個(gè)人工作實(shí)踐，提出幾點(diǎn)個(gè)人建議。

4.1 持續(xù)完善瀝青路面試驗(yàn)檢測制度

高速公路瀝青路面質(zhì)量決定道路運(yùn)營的使用壽命及行車安全，須完善瀝青路面試驗(yàn)檢測制度，建立監(jiān)督機(jī)制，從制度上保證瀝青路面建設(shè)質(zhì)量滿足國家規(guī)范要求。

4.2 提高檢測設(shè)備和技術(shù)水平

為滿足國家高速公路工程行業(yè)的快速發(fā)展需要，不斷提升檢測設(shè)備和技術(shù)的先進(jìn)水平，完善試驗(yàn)檢測配套設(shè)施，進(jìn)而提高行業(yè)整體檢測水平。

4.3 加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新

隨著高速公路瀝青路面檢測需求的不斷增多，要持續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)檢測技術(shù)創(chuàng)新，通過運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備來提高檢測效率與檢測效果。因此，要不斷開展技術(shù)創(chuàng)新，提高自動(dòng)化、智能化水平以及檢測準(zhǔn)確率，降低檢測結(jié)果受人為因素影響的程度。

4.4 持續(xù)提高專業(yè)檢測人員職業(yè)素質(zhì)

檢測單位要積極開展檢測人員業(yè)務(wù)培訓(xùn)，提升瀝青路面檢測人員自身專業(yè)業(yè)務(wù)能力，建立一支專業(yè)技術(shù)能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高的試驗(yàn)檢測隊(duì)伍，提升行業(yè)整體檢測水平。

5 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)前國內(nèi)高速公路建設(shè)持續(xù)發(fā)展，瀝青路面存在較多質(zhì)量問題，對高速公路運(yùn)營及使用壽命造成較大影響。因此須高度重視瀝青路面試驗(yàn)檢測，通過應(yīng)用適宜的試驗(yàn)檢測技術(shù)，對瀝青路面壓實(shí)度、承載力、平整度及抗滑性等指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格檢測，保障瀝青路面各項(xiàng)性能滿足設(shè)計(jì)要求。該文通過介紹高速公路瀝青路面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對瀝青路面試驗(yàn)檢測技術(shù)進(jìn)行深入探討，對我國高速公路瀝青路面檢測水平提高具有重要指導(dǎo)和借鑒意義。