談混凝土路面施工質量的監控

馬文致

(安徽省鳳陽縣交通局)

近年來,隨著國民經濟實力的不斷提高,尤其是公路建設發展迅猛。到 2008年底,全國公路通車總里程已達到252萬 km,繼續穩居世界第二。但是相當一部分早期修建的農村公路已經不能適應交通量增長和社會發展需要,有的農村公路的路基及路面結構經過多年的使用,在車輛荷載和自然環境等因素的影響下,其物理、力學性質發生了很大變化,部分路段已經產生了不同程度的病害,服務水平逐漸降低,影響了公路通行能力的正常發揮和行車安全。不過農村公路的改擴建在我國還是一個新興的課題,如何進行改擴建沒有成熟的經驗可循,其中如何對農村公路現有路況進行方便快捷且行之有效的檢測,以期對設計施工提供有效的基礎數據,成為一個值得深入研究的問題。應當看到,目前我國的公路工程檢測技術還停留在世界發達國家 20世紀 80年代初期或中期水平,檢測設備和檢測方法原始落后,不能很好的對道路狀況進行全面、快速、準確的評價。許多費用高、效率低、勞動強度大,甚至對工程有破壞性的檢測儀器和檢測方法仍在繼續使用。無論是設備對路基路面實際受力狀況模擬的合理性,還是精度、效率及分析方法,都跟不上我國公路事業發展的步伐。

1 農村公路混凝土路面路況的主要檢測技術

1.1 探地雷達檢測技術

雷達檢測技術實質上是一種特高頻電磁波發射與接受技術。它與地震波不同,地震波是在錘擊或小量炸藥引爆情況下產生的一種振動輻射波,一般具有低頻性質,而雷達波由自身激振產生,直接向路基路面中發射射頻電磁波,通過波的反射與接收獲得路基路面的采樣信號,再經過硬件與軟件及圖文顯示系統,得到檢測結果。雷達所用的采樣頻率一般為數百萬赫左右,而發射和接收的射頻頻率有的要達到數吉赫以上。自 20世紀70年代開始,探地雷達進入工程物探領域。雷達的早期應用主要集中在勘探方面,隨著雷達技術的不斷完善和發展,雷達技術陸續進入更多的領域,其應用范圍不斷擴大,作用日趨明顯。特別是進入 21世紀以來,雷達技術更是得到空前的發展,其重要性日益彰顯,其特點可以歸納為以下幾點。(1)由探地雷達對路面的檢測結果可以直接獲知面層的厚度及介電常數。(2)通過極少量的鉆芯取樣標定,利用探地雷達檢測技術的后處理分析系統,對所采集的數據進行解譯,可從路基、路面的深度和廣度上全面了解路基、路面結構層的病害與缺陷發育情況等詳細信息。(3)利用探地雷達檢測,進行農村公路現有路面狀況評定,既全面深入地了解路面概貌,又最大限度地保護路面結構層的完整性。(4)制定擴建對策時,利用探地雷達對所有路段進行無損檢測,從而了解路基路面結構層詳細工作信息,大大減少對策分析中的經驗成分,進一步優化對策。

1.2 旁壓試驗技術

旁壓試驗是一種利用鉆孔在覆蓋層一定深度部位進行的原位載荷試驗,試驗成果為旁壓荷載與旁壓位移的關系曲線。一般采用彈性或理想彈塑性解析理論來對旁壓試驗機理進行解釋,以確定諸如旁壓模量、側壓力系數、地基極限承載力等參數,并依據經驗評價地基的允許承載力及沉降變形。旁壓試驗作為工程地質勘察中原位測試方法的一種,較早應用于巖土工程勘察領域,將旁壓試驗引入到道路工程檢測中目前還處于研究探討階段。利用旁壓試驗檢測路基結構狀況主要是考慮到旁壓試驗操作簡便,可盡量減少對農村公路現有交通的影響;旁壓試驗的物理模型為軸對稱的圓柱形孔的擴張問題,它是一個軸對稱的平面應變問題,這個問題的彈塑性解已經得到很好的解決;不受地下水位限制,與室內試驗相比,試樣大、擾動小;可在地層中的某一指定位置進行試驗,這樣可了解不同深度地基參數的變化,可對地基土進行評價。

1.3 傳統檢測技術

(1)路況調查。

路況調查是道路養護以及改擴建工程中對現有路況進行檢測評價的最基本方法,該方法直觀有效、檢測指標全面,評價體系規范成熟。路況調查可以確定每一塊水泥混凝土板的病害類型和嚴重程度,通過這些病害的描述可以初步判斷該混凝土板的結構承載力狀況,為后續的檢測提供依據,縮小檢測范圍,減輕檢測工作量。路況調查目前多采用目測和儀具量測方法,為農村公路改擴建設計提供依據而進行的調查,應沿整個調查路段逐板塊進行。對于改擴建工程中的農村公路而言,要對所有混凝土板塊進行人工調查,其工作量之大可想而知,因此路況調查的方法落后,自動化程度不高是其應用受到限制的不利因素。如何結合其他檢測方法,縮小路況調查的范圍,或是研制更為自動化的快速調查儀器是其發展方向。

(2)彎沉檢測。

回彈彎沉值一直以來都是表征路基路面承載能力的常用參數之一,回彈彎沉值越大,承載力越小,反之則越大,路表回彈彎沉值則反應了路基路面綜合承載能力。回彈彎沉值在我國已廣泛使用且有很多試驗和研究成果。目前回彈彎沉值的檢測主要是采用貝克曼梁法和落錘式彎沉儀法。貝克曼梁法應用時間長,是發展成熟的規范方法;落錘式彎沉儀法由于其所得彎沉值為動態彎沉值,更接近路面實際受荷狀況,在近幾年得到廣泛的研究和應用。但無論是采用哪種方法,要在不中斷現有交通的條件下對農村公路現有路況進行檢測,工作量都將很大。

(3)平整度檢測。

路面平整度是路面使用性能重要而直觀的一項技術指標,路面平整度同樣是道路用戶最熟悉和最關心的重要公路指標。路面平整度的檢測儀器經過多年的研究改進,自動化程度高,操作簡便,檢測結果也穩定可靠。

(4)路面鉆孔取芯與路肩地質鉆探。

路面鉆孔取芯與路肩地質鉆探均是對道路結構鉆進取樣,然后對試樣進行各種試驗測試。其特點是檢測結論準確直觀,但同時由于鉆孔的存在破壞了原有道路的整體結構,為道路的正常使用造成了隱患;同時由于鉆孔測試結論僅能代表一個測點的狀況,無法對整個路線上的路況進行評價,其應用也受到了限制。因此,路面鉆孔取芯與路肩地質鉆探主要用來對局部路段進行有針對性的檢測,也可以用來對其他檢測方法的結論進行驗證和標定。

2 農村公路混凝土路面路況的聯合檢測方法

眾所周知,鉆探取芯測試是最直接也是最有效的路況檢測方法,具有較高的測試精度。但是其存在的主要問題也不容忽視,比如取芯測試結果只代表鉆孔位置的情況,為測點結果;鉆孔布點過多現場作業周期較長,布點不足則反映不了公路路況的全貌。與之相反,探地雷達在測試過程中,對交通影響小、測試速度快以及測試結果具有線狀連續性等特點,用于現有路況的檢測具有一定的優勢;通過灰色關聯分析結論可知,平整度檢測也能有效反映路基路面結構狀況,而其檢測連續,操作簡單;利用旁壓試驗的檢測結果可以計算得到土基回彈模量,且旁壓試驗儀器輕便,檢測效率比承載板方法高。為此,提出了以下聯合檢測步驟,以歷年養護資料為基礎作平整度、探地雷達初步檢測,確定后續檢測路段;對初步檢測確定的路段進行彎沉檢測,作進一步定性分析,確定重點檢測路段;以旁壓試驗和路面鉆孔取芯、地質鉆探相結合對重點路段進行定量分析。將聯合檢測法應用于北京京哈農村公路通州線段現有路況的檢測工作,其應用特點如下。(1)平整度檢測指標與路面狀況指數 PCI,代表彎沉值Lr的具有較高的灰色關聯度,利用平整度檢測可以對路況作出初步評價。探地雷達檢測快速直觀,所得雷達掃描圖可以判別路面結構層厚度、脫空狀況等,初步判斷路況信息,結合歷年的養護資料可以確定后續檢測路段,為后續檢測縮小范圍。(2)在前述檢測確定的病害較嚴重的路段上進行彎沉檢測,可以判斷出路基路面綜合承載能力,將彎沉值較大的路段作為重點檢測路段,做進一步的結構狀況檢測。(3)對重點路段的土基進行旁壓試驗,其試驗結果能夠換算成土基回彈模量值,為擴建對策提供依據。(4)地質鉆探直接作用于路面和路基,具有物探方法不可比擬的優勢,它能夠準確探明路基和路面基層的實際狀況和力學性能。對重點路段進行少量的地質鉆探,利用檢測結果對探地雷達結果和旁壓試驗結果進行對比標定,做到點面結合,確保了檢測的準確性和檢測資料的連續性。

實踐證明,以歷年養護資料為基礎作平整度、探地雷達初步檢測,彎沉檢測進一步定性分析,以旁壓試驗和路面鉆孔取芯、地質鉆探相結合進行定量分析的現有路況聯合檢測方法達到了取長補短的目的,可以充分發揮各種檢測方法的優勢。其檢測結果能夠為制定改擴建對策提供基礎資料。

[1] 吳瑞麟,簡曉波,李向東等.高速公路原有路況聯合檢測方法的應用研究[J].華中科技大學學報(城市科學版),2006,(1):5-7.

[2] 張超,鄭南翔,王建設主編.路基路面試驗檢測技術[M].人民交通出版社,2004.

[3] 朱霞、宋高嵩、張愛勤.公路工程試驗檢測技術[M].高等教育出版社,2004.

[4] 李晉惠.用圖像處理的方法檢測公路路面裂縫類病害[J].長安大學學報(自然科學版),2004,(3):22-23.

[5] 肖濱,趙建三,郭云開等.地球物理方法在高速公路路基質量檢測中的應用[J].公路,2003,(1):101-106