快速無損檢測技術在高速公路建設中的應用

王東輝，齊衛(wèi)明，刁成偉

(1.中國鐵建大橋工程局集團第一工程有限公司,遼寧 大連 116000； 2.中鐵建海南投資有限公司，海南 陵水 572400)

近年來，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，交通運輸業(yè)也得到了快速發(fā)展，特別是公路運輸方式對國民經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展起到了重要作用[1]。同時，隨著服役時間增加，高速公路檢測、養(yǎng)護等問題顯現(xiàn)，特別是在已建成通車的高速公路路段，出現(xiàn)了明顯的破損裂縫、路面不平整等現(xiàn)象，直接影響了高速公路的使用壽命和車輛的安全[2]。而造成路面使用效果下降的關鍵因素之一就是路面均勻性差[3-6]，這與瀝青路面在建設期間沒有控制好路面施工質量，或難以控制全部路面施工質量有直接關系。集料離析會改變?yōu)r青混合料的性能，加速其劣化，造成瀝青路面耐久性變差[7-8]。路面均勻度還會影響車輛的安全性、使用壽命和乘客的舒適性，抗滑不好可能在路面后期服役過程中，引發(fā)一系列安全問題[9]。平整度較差的路面會對車輛行駛產生阻力，使車輛產生振動顛簸，妨礙車輛的行駛安全，并造成局部積水，加速路面破壞速度。為了使車輛安全行駛，乘客感到舒適，道路使用壽命的增長，路面平整度的檢測就顯得尤為重要[10]。

瀝青混合料的特性和施工質量直接影響瀝青路面的使用性能和使用壽命?，F(xiàn)場壓實均勻性是影響瀝青路面性能的最關鍵因素之一，并且是保證路面長期服役性能的關鍵影響因素之一[11]。即使材料設計完美，路面表面平整，瀝青路面芯樣各項指標均合格，但密度分布不均勻，也無法獲得較好的路面使用性能[12]。因此，確保攤鋪層的壓實均勻性是必要的。

目前針對瀝青路面的檢測和評估多采用取芯等破壞性的方法，且受限于施工單位工地試驗室試驗人員水平限制，補芯效果較差，導致新建路面發(fā)生一系列早期病害。隨著科技進步，更多路面性能新型快速檢測設備被開發(fā)出來，用于路面均勻性等指標的檢測，這對于控制路面施工質量，具有較好促進作用。

1 試驗路段概況

海南省某高速在主線AC-20C瀝青中面層施工期間，使用瀝青路面快速檢測設備對施工過程進行檢測和分析，根據(jù)檢測結果及時對施工參數(shù)進行調整和改進。本項目檢測路段中面層設計厚度6.0 cm，施工寬度約10.5 m。

1.1 原材料

采用海南省華興石場生產的玄武巖粗集料和細集料；礦粉為海南藍島環(huán)保產業(yè)有限公司生產的碳酸鈣粉；水泥為平泉冀東水泥有限公司P.SA32.5水泥；瀝青采用海南天佑瀝青有限公司供應的泰普克牌SBS(I-D)改性瀝青；設計油石比(質量比)為4.6%。

1.2 配合比資料

由于該項目所采用的玄武巖粗集料碎石有一定的多孔玄武巖含量，在進行配合比設計時，使用傳統(tǒng)的馬歇爾設計方法，難以模擬路面真實碾壓效果，因此，本項目采用美國Superpave設計方法。中面層AC-20C瀝青混合料配合比，如表1,圖1所示。

表1 級配組成

2 快速無損檢測方法

1)路面平整度測試。Walking Profiler G3高精度手推式斷面儀(見圖2)，其原理采用的是1/4汽車模型來模擬車輛在80 km/h的時速時，積累相對位移與行駛距離的比值。測試長度500 m，測試方案如圖3所示。

2)路面施工均勻性檢測。激光斷面儀(如圖4所示)通過向路面投射激光，獲取路表紋理輪廓信息(見圖5)，通過計算求得路面的平均剖面深度MPD。測試長度及方案，參照激光平整度儀。

3)全斷面滲水狀況及均勻性檢測。全斷面滲水狀況測試縱向按5 m間距，橫向按1 m間隔劃分路面測試單元，根據(jù)路面溫度分布情況，結合特征點滲水測試值，得到全斷面滲水分布狀況。根據(jù)設計文件，中面層滲水系數(shù)劃分范圍見表2。

表2 中面層滲水系數(shù)范圍劃分

4)路面壓實均勻性檢測。相對于瀝青表面狀況的均勻性，瀝青路面結構體均勻性更難以檢測且關系到路面的結構耐久性。采用無核密度儀對中面層測試段按照橫向間隔1 m，縱向間隔1 m測試10個斷面，測試長度為10 m。

3 檢測結果及分析

3.1 平整度測試結果

各縱斷面IRI大小統(tǒng)計結果見表3,表4。

從表3可以看出，所測路段縱向IRI均值為1.30 m/km,符合設計要求。從表4可以看出，IRI分布在0～2之間的比例為84.1%。路面平整度整體分布規(guī)律為：攤鋪路幅中間位置平整度明顯優(yōu)于路幅邊部位置。

表3 各點IRI數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果 m/km

表4 各點IRI數(shù)據(jù)統(tǒng)計分布結果

根據(jù)經(jīng)驗值σ=0.6IRI將IRI轉化σ，得到表5各點的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果，并生成測試區(qū)間標準差σ分布。

表5 各點數(shù)據(jù)統(tǒng)計分布結果

分析看出：按照σ≤1.5 mm的標準，路面整體合格率為94.0%，平整度較好。

3.2 紋理深度測試結果

將檢測數(shù)據(jù)繪制成等高線熱點圖6。

路面激光紋理構造深度每1 m記錄一個測試結果，將采集的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學整理，得到表6。

表6 激光斷面平均構造深度測試數(shù)據(jù)(1號)

根據(jù)表6，圖6，路面總體構造深度平均值為1.10 mm；攤鋪路幅中間位置紋理深度明顯小于路幅邊部位置，說明在進行攤鋪碾壓時，中間位置所受到的壓實功較邊部更多。

利用數(shù)理統(tǒng)計方法對試驗路檢測數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)文獻[13]的統(tǒng)計方法進行分析，則判定標準及分布情況如表7，表8所示。

表7 表面顆粒離析判別標準(期望值1.0 mm)

表8 表面顆粒均勻性判別標準及各等級所占比例(1號)

如圖7所示，細離析占比2.01%，非離析占比78.26%，輕微粗離析占比19.73%，中、重度粗離析占比0%。從檢測可以看出，施工還有待進一步加強較少輕度粗離析的占比。

3.3 全斷面滲水狀況測試結果

路面紅外測試中(見圖8)，選擇標記點的滲水系數(shù)資料與標記點的溫度檢測值之間建立相關關系，該相關關系可以將全斷面的溫度資料換算成滲水資料，即可分析全斷面的滲水狀況。路表溫度與滲水系數(shù)關系見圖9。

根據(jù)圖9，路表溫度與滲水系數(shù)之間符合指數(shù)函數(shù)關系，且得到R2=0.963 4，說明兩者之間具有較好的相關性。將全斷面滲水系數(shù)使用origin軟件制成云圖10。

根據(jù)圖10，中面層試驗段滲水系數(shù)均小于150 mL/min，圖10中不同滲水系數(shù)點分布較為均勻，整體滿足設計要求，說明測試路段施工均勻性較好。

3.4 壓實均勻性測試結果

通過無核密度儀測得各點密度及空隙率，再通過取芯標定的方法得到測試路段的整體空隙率情況。根據(jù)空隙率將離析劃分為細離析、非離析、中度粗離析和重度粗離析四個等級，如表9所示，通過灰度圖直觀顯示離析情況，以此平均測試路段各個斷面的壓實效果。

表9 密度均勻性判別標準

采用無核密度儀對中面層按照橫向間隔1 m，縱向間隔1 m測試10個斷面，測點總數(shù)為210個(見表10，表11，圖11，圖12)。

表10 無核密度儀空隙率檢測結果(樁號：ZK27+220～ZK27+240)

表11 無核密度儀離析程度分析結果

由表10,表11，圖11,圖12可知，中面層整體空隙率控制偏小，總體空隙率為3.29%?？傮w空隙率稍微偏低，且非離析占比僅為78%，施工均勻性有待于進一步提高。

4 結論

從快速無損檢測結果評價得到如下結論：

1)本文使用的檢測方法可以比較快速且形象的檢測瀝青路面施工后的性能指標，并且對路面不會造成損害，相較于傳統(tǒng)檢測評價方法，具有較大優(yōu)勢。

2)瀝青路面進行全幅攤鋪施工時，路幅中間位置受到的壓實功一般會大于路幅邊部，因此，從全路面結構均勻性和路面耐久性考慮，在施工中應特別注意路幅邊部碾壓，提高路面施工均勻性。

3)從提升路面施工質量考慮，建議在進行瀝青路面攤鋪施工時，盡量減少攤鋪機停機收斗次數(shù)，攤鋪速度與螺旋布料器速度相匹配，并做好碾壓測溫工作。