瀝青路面病害的無損檢測(cè)及養(yǎng)護(hù)技術(shù)

張學(xué)旺，張先鋒，李念廣

（山東省聊城市東昌府公路管理局，山東聊城 252000）

0 引言

與水泥混凝土路面相比，瀝青路面更為平整、舒適，并且維修時(shí)間短、路面無接縫，所以，高速公路等高等級(jí)公路的路面多采用瀝青材料。瀝青路面施工不但要建立完善的瀝青路面施工標(biāo)準(zhǔn)，還要深入研究瀝青路面的養(yǎng)護(hù)技術(shù)，在這方面我國(guó)十分重視，2001年我國(guó)出臺(tái)了《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTJ-073.2-2001）。但是，在瀝青路面的使用過程中，路面病害嚴(yán)重影響著瀝青路面的平整度，影響著瀝青公路的正常使用，所以對(duì)于瀝青路面的病害必須引起足夠的重視。本文針對(duì)瀝青路面存在的病害提出瀝青路面病害無損檢測(cè)技術(shù)，并針對(duì)瀝青路面的病害給出有效的養(yǎng)護(hù)技術(shù)。

1 瀝青路面病害的無損檢測(cè)技術(shù)

1.1 瀝青路面病害

瀝青路面病害有很多，有些對(duì)路面的影響很大，有些雖然對(duì)瀝青路面的影響較小，但是隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，也會(huì)影響路面的正常使用。2001年，我國(guó)頒布《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTJ-073.2-2001），對(duì)瀝青路面的病害進(jìn)行了明確的分類。

瀝青路面的病害主要分為四大類：裂縫類、松散類、變形類及其他類。

裂縫類病害主要包括龜裂、不規(guī)則裂縫、縱裂、橫裂等；松散類病害主要包括坑槽、麻面、脫皮、啃邊、松散等；變形類病害主要包括沉陷、車轍、搓板、波浪、擁包等；其他類病害主要包括泛油、磨光、修補(bǔ)損害面積、凍脹、翻漿等。

瀝青路面的破壞主要是上述的19種病害，根據(jù)病害影響的不同，瀝青路面的病害還可以分為結(jié)構(gòu)性病害和功能性病害。結(jié)構(gòu)性是指路面結(jié)構(gòu)的一個(gè)方面或者多個(gè)方面發(fā)生破壞，導(dǎo)致路面正常的承受載荷的能力下降；功能性病害是指病害造成路面功能的降低，造成路面一些應(yīng)有的功能喪失，例如路面的平整度和路面的抗滑能力的降低。上述的19種病害中的一種可能同時(shí)包括結(jié)構(gòu)性病害和功能性病害，也可能只包括結(jié)構(gòu)性病害和功能性病害中的一種。

1.2 地質(zhì)雷達(dá)的基本原理

地質(zhì)雷達(dá)，又稱探地雷達(dá)，是用頻率介于106～109Hz的無線電波來確定地下介質(zhì)分布的一種方法。地質(zhì)雷達(dá)最早使用于對(duì)冰川的探測(cè)，主要是探測(cè)冰川的厚度，20世紀(jì)60年代，地質(zhì)雷達(dá)開始使用于對(duì)土壤和巖石的探測(cè)，直到20世紀(jì)70年代設(shè)計(jì)用于地面探測(cè)的商業(yè)雷達(dá)才開始大范圍使用。

地質(zhì)雷達(dá)通過發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻電磁波，利用接收天線接收反射回地面的電磁波，電磁波在地下介質(zhì)中傳播時(shí)遇到存在電性差異的界面時(shí)發(fā)生反射，根據(jù)接收到電磁波的波形、振幅強(qiáng)度和時(shí)間的變化特征推斷地下介質(zhì)的空間位置、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和埋藏深度。

式（1）中：h——反射界面的深度，m；

v——波速，m/ns；

Δt——脈沖雙程旅行時(shí)間，ns。

圖1中R0、A0分別代表地表反射波及其振幅；Rl、Al分別代表面層一基層界面反射波及其振幅：R2、A2分別代表基層—路基界面反射波及其振幅；Δt1、Δt2分別代表雷達(dá)脈沖通過面層和基層的雙程旅行時(shí)間；0,1,2,3分別代表空氣、面層、基層、路基的介電常數(shù)；h1、h2分別代表面層、基層的厚度。

發(fā)射脈沖和作為時(shí)間及振幅函數(shù)的反射脈沖形成一個(gè)掃描記錄。收發(fā)天線控制著脈沖的發(fā)生和接收，隨著收發(fā)天線在地面上不斷移動(dòng)，掃描記錄隨著地面位置的變化構(gòu)成一張與地震記錄相似的時(shí)距曲線圖（見圖 1）。對(duì)于地質(zhì)雷達(dá)所使用的頻段來說，將地下介質(zhì)看作準(zhǔn)電介質(zhì)，所以在這種情況下波速近似表達(dá)如下：

式（2）中：c——真空中的光速，m/s；

ε1——地下介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。

反射界面的深度可以由脈沖運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和波速求解得到，而波在運(yùn)行過程中強(qiáng)度會(huì)逐漸發(fā)生變化，這是由于波的衰減所造成的，與波的反射也有關(guān)系，所以反射脈沖信號(hào)的強(qiáng)度由衰減系數(shù)決定，而衰減系數(shù)與地下介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)以及反射體的電阻率有關(guān)，關(guān)系如下：

式（3）中：β——衰減系數(shù)；

σ——反射體的電阻率，Ω·m。

界面的反射系數(shù) R12主要與界面兩側(cè)的電性有關(guān)，對(duì)于準(zhǔn)電介質(zhì)近似有：

式（4）中：ε1、ε2——界面上下介質(zhì)的介電常數(shù)；

R12——從介質(zhì)1入射到介質(zhì)2時(shí)界面的反射系數(shù)。

1.3 瀝青路面病害的無損檢測(cè)技術(shù)

1.3.1 公路結(jié)構(gòu)與計(jì)算參數(shù)確定

公路結(jié)構(gòu)一般分為3層，即水泥混凝土或者瀝青混凝土面層、基層和路基。對(duì)于不同的材料和不同的公路，公路結(jié)構(gòu)也有所不同。

面層一般情況下厚度為8～30 m，而基層的厚度一般情況下為20～40 m。為了進(jìn)行雷達(dá)信號(hào)的定性解釋，首先給出計(jì)算反射脈沖的振幅和旅行時(shí)間的參數(shù)，水泥混凝土的相對(duì)介電常數(shù)為6～9，波速為0.10～0.12 m/ns，瀝青混凝土的相對(duì)介電常數(shù)為 3～5，波速為 0.13～0.17 m/ns，水的相對(duì)介電常數(shù)為81，波速為0.033 m/ns，砂石的相對(duì)介電常數(shù)為3～5，波速為 0.13～0.17 m/ns，空氣的相對(duì)介電常數(shù)為 1，波速為0.3 m/ns。

1.3.2波速和厚度的計(jì)算

知道了各種材料的相對(duì)介電常數(shù)和波速，為了計(jì)算各個(gè)面層的厚度，必須確定各層的波速，根據(jù)公式（1）可以知道，面層的波速可以為：

對(duì)不同面層波速的最終確定可以采取不同的方法，例如取平均值的方法和線性歸納方法等。

對(duì)于波振幅的確定，根據(jù)公式（4）可以，所求介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)可以由一支介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)和反射系數(shù)求解得到，考慮已知介質(zhì)為空氣，而空氣的相對(duì)介電常數(shù)為1，則有：

式（6）中：RO1——面層與空氣的反射系數(shù)。

利用相對(duì)介電常數(shù)，根據(jù)公式（2）可以求解各層波的波速，下面就可以求解波的振幅，求解如下：

1.3.3水分的計(jì)算

根據(jù)層內(nèi)電脈沖的旅行時(shí)間等于電脈沖在各個(gè)層面之中旅行時(shí)間的總和，計(jì)算如下：

式（8）中，a、w、s分別代表空氣、水和固體填料。

將式（8）進(jìn)行轉(zhuǎn)化可以得到：

對(duì)于飽和水的情況，θa=0，θs+θw=1 式（9）又可以轉(zhuǎn)化為：

根據(jù)最小水分體積含量易導(dǎo)出最小水分重量百分比，利用同樣方法，可以很容易得到式（11）：

式（11）中，Gs為固體填料的比重。若Gs取測(cè)區(qū)的最大干容重，則計(jì)算出的最小水分重量百分比接近于實(shí)際的水分重量百分比。

1.3.4計(jì)算壓實(shí)度

在求出水分重量百分比M后，根據(jù)壓實(shí)度定義可用式（12）近似計(jì)算壓實(shí)度K：

式（12）中，Gmax為測(cè)區(qū)的最大干容重。

1.3.5工作方法

通過上述計(jì)算可以實(shí)現(xiàn)瀝青路面病害的無損檢測(cè)技術(shù)的基本理論，下面只需要對(duì)基本理論進(jìn)行實(shí)施。

無損檢測(cè)的實(shí)施方法主要分為以下步驟：測(cè)試布線→天線頻率選取→時(shí)窗選擇→確定水平采樣點(diǎn)距→垂向取樣點(diǎn)距選取。然后，根據(jù)上述理論對(duì)于測(cè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)瀝青路面病害的無損檢測(cè)。

2 瀝青路面的養(yǎng)護(hù)技術(shù)

2.1 常用的瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方法

常用的瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方法主要有5種，分別為微表處、稀漿封層、熱瀝青混合料罩面、組合式處理以及季節(jié)性養(yǎng)護(hù)。

微表處方法全稱為改性乳化瀝青精細(xì)表面處理，這種方法雖然在國(guó)內(nèi)不常見，但是在國(guó)外尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)常使用。微表處是一種聚合物改性冷混瀝青鋪路體系，將水、礦粉和乳化瀝青等原料高稠度混合后用于瀝青路面養(yǎng)護(hù)修理的一種技術(shù)。

稀漿封層方法是一種十分經(jīng)濟(jì)有效的方法，在我國(guó)較常用，它是將摻加粉料、添加劑和水的乳化瀝青做成流體狀，均勻攤鋪在路面上，形成薄層，以達(dá)到養(yǎng)護(hù)路面的目的。

熱瀝青混合料罩面技術(shù)是瀝青路面的養(yǎng)護(hù)技術(shù)中最常用的技術(shù)，它主要需要考慮3個(gè)方面的選擇，即罩面層的厚度、混合料的類型以及瀝青的品種。

組合式處理是依據(jù)路面使用情況的不同，將上述3種技術(shù)同時(shí)使用或者使用3種技術(shù)中的部分技術(shù)以達(dá)到養(yǎng)護(hù)路面的目的，對(duì)于不同路段、不同環(huán)境，組合式處理的組合方法都可能存在不同。

季節(jié)性養(yǎng)護(hù)主要是針對(duì)不同季節(jié)降雨量、光照等因素的不同而有針對(duì)性地制定有效的瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)。對(duì)于春夏秋冬四季，養(yǎng)護(hù)技術(shù)存在著差異。

2.2 常用的瀝青路面病害的處理方法

常見的瀝青路面病害的處理方法有4種，包括局部或較大規(guī)模網(wǎng)裂松散的修補(bǔ)、嚴(yán)重網(wǎng)裂的處理、路面裂縫修補(bǔ)和車轍的處理。

局部或較大規(guī)模網(wǎng)裂松散的修補(bǔ)主要是針對(duì)瀝青路面網(wǎng)裂，而網(wǎng)裂對(duì)于路面的危害十分嚴(yán)重，網(wǎng)裂會(huì)是路面結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，路面承載能力下降，如果不及時(shí)處理，很可能造成瀝青公路使用壽命的大幅度下降。對(duì)于輕微網(wǎng)裂，應(yīng)該在網(wǎng)裂出現(xiàn)時(shí)盡快選擇干燥天氣進(jìn)行封水性處理；對(duì)于較大的網(wǎng)裂，應(yīng)該采用小型撒布機(jī)進(jìn)行處理，由于石屑與路面連接較好，在噴灑后應(yīng)立即撒上石屑。

嚴(yán)重網(wǎng)裂的處理，不宜采用大面積的中修罩面的方法，若要徹底治理只能等待公路大修時(shí)再進(jìn)行處理，而為了保證公路路面的正常使用，應(yīng)在加強(qiáng)日常養(yǎng)護(hù)的基礎(chǔ)上，做到勤修勤補(bǔ)，見坑就補(bǔ)，見縫就堵，見水就排，以盡可能地延長(zhǎng)路面的使用壽命，通過長(zhǎng)期使用過程中的觀察，標(biāo)出病害嚴(yán)重的部位。

目前車轍的處理一般采用重新鋪筑面層的方法，對(duì)于路面裂縫的修補(bǔ)采用瀝青灌縫等，避免裂縫繼續(xù)蔓延，防止水分滲入路面。路面裂縫的修補(bǔ)工作一般也是路面病害處理的日常工作，應(yīng)該時(shí)時(shí)關(guān)注。

[1]王永勝，孔永健.AASHTO瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法在我國(guó)的適用性研究[J].北方交通大學(xué)學(xué)報(bào),2004(8):94-96.

[2]沈金安,李福普,陳景.高速公路瀝青路面早期損壞分析與防止對(duì)策[M].北京：人民交通出版社,2004.

[3]JTJ-073.2-2001，公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].