瀝青路面病害的無損檢測及養護技術

張學旺，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，并且維修時間短、路面無接縫，所以，高速公路等高等級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準，還要深入研究瀝青路面的養護技術，在這方面我國十分重視，2001年我國出臺了《公路瀝青路面養護技術規范》（JTJ-073.2-2001）。但是，在瀝青路面的使用過程中，路面病害嚴重影響著瀝青路面的平整度，影響著瀝青公路的正常使用，所以對于瀝青路面的病害必須引起足夠的重視。本文針對瀝青路面存在的病害提出瀝青路面病害無損檢測技術，并針對瀝青路面的病害給出有效的養護技術。

1 瀝青路面病害的無損檢測技術

1.1 瀝青路面病害

瀝青路面病害有很多，有些對路面的影響很大，有些雖然對瀝青路面的影響較小，但是隨著使用時間的延長，也會影響路面的正常使用。2001年，我國頒布《公路瀝青路面養護技術規范》（JTJ-073.2-2001），對瀝青路面的病害進行了明確的分類。

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，根據病害影響的不同，瀝青路面的病害還可以分為結構性病害和功能性病害。結構性是指路面結構的一個方面或者多個方面發生破壞，導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包括結構性病害和功能性病害，也可能只包括結構性病害和功能性病害中的一種。

1.2 地質雷達的基本原理

地質雷達，又稱探地雷達，是用頻率介于106～109Hz的無線電波來確定地下介質分布的一種方法。地質雷達最早使用于對冰川的探測，主要是探測冰川的厚度，20世紀60年代，地質雷達開始使用于對土壤和巖石的探測，直到20世紀70年代設計用于地面探測的商業雷達才開始大范圍使用。

地質雷達通過發射天線向地下發射高頻電磁波，利用接收天線接收反射回地面的電磁波，電磁波在地下介質中傳播時遇到存在電性差異的界面時發生反射，根據接收到電磁波的波形、振幅強度和時間的變化特征推斷地下介質的空間位置、結構、形態和埋藏深度。

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分別代表雷達脈沖通過面層和基層的雙程旅行時間；0,1,2,3分別代表空氣、面層、基層、路基的介電常數；h1、h2分別代表面層、基層的厚度。

發射脈沖和作為時間及振幅函數的反射脈沖形成一個掃描記錄。收發天線控制著脈沖的發生和接收，隨著收發天線在地面上不斷移動，掃描記錄隨著地面位置的變化構成一張與地震記錄相似的時距曲線圖（見圖 1）。對于地質雷達所使用的頻段來說，將地下介質看作準電介質，所以在這種情況下波速近似表達如下：

式（2）中：c——真空中的光速，m/s；

ε1——地下介質的相對介電常數。

反射界面的深度可以由脈沖運動的時間和波速求解得到，而波在運行過程中強度會逐漸發生變化，這是由于波的衰減所造成的，與波的反射也有關系，所以反射脈沖信號的強度由衰減系數決定，而衰減系數與地下介質的相對介電常數以及反射體的電阻率有關，關系如下：

式（3）中：β——衰減系數；

σ——反射體的電阻率，Ω·m。

界面的反射系數 R12主要與界面兩側的電性有關，對于準電介質近似有：

式（4）中：ε1、ε2——界面上下介質的介電常數；

R12——從介質1入射到介質2時界面的反射系數。

1.3 瀝青路面病害的無損檢測技術

1.3.1 公路結構與計算參數確定

公路結構一般分為3層，即水泥混凝土或者瀝青混凝土面層、基層和路基。對于不同的材料和不同的公路，公路結構也有所不同。

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。為了進行雷達信號的定性解釋，首先給出計算反射脈沖的振幅和旅行時間的參數，水泥混凝土的相對介電常數為6～9，波速為0.10～0.12 m/ns，瀝青混凝土的相對介電常數為 3～5，波速為 0.13～0.17 m/ns，水的相對介電常數為81，波速為0.033 m/ns，砂石的相對介電常數為3～5，波速為 0.13～0.17 m/ns，空氣的相對介電常數為 1，波速為0.3 m/ns。

1.3.2波速和厚度的計算

知道了各種材料的相對介電常數和波速，為了計算各個面層的厚度，必須確定各層的波速，根據公式（1）可以知道，面層的波速可以為：

對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。

對于波振幅的確定，根據公式（4）可以，所求介質的相對介電常數可以由一支介質的相對介電常數和反射系數求解得到，考慮已知介質為空氣，而空氣的相對介電常數為1，則有：

式（6）中：RO1——面層與空氣的反射系數。

利用相對介電常數，根據公式（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水分的計算

根據層內電脈沖的旅行時間等于電脈沖在各個層面之中旅行時間的總和，計算如下：

式（8）中，a、w、s分別代表空氣、水和固體填料。

將式（8）進行轉化可以得到：

對于飽和水的情況，θa=0，θs+θw=1 式（9）又可以轉化為：

根據最小水分體積含量易導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取測區的最大干容重，則計算出的最小水分重量百分比接近于實際的水分重量百分比。

1.3.4計算壓實度

在求出水分重量百分比M后，根據壓實度定義可用式（12）近似計算壓實度K：

式（12）中，Gmax為測區的最大干容重。

1.3.5工作方法

通過上述計算可以實現瀝青路面病害的無損檢測技術的基本理論，下面只需要對基本理論進行實施。

無損檢測的實施方法主要分為以下步驟：測試布線→天線頻率選取→時窗選擇→確定水平采樣點距→垂向取樣點距選取。然后，根據上述理論對于測定的數據進行分析，實現瀝青路面病害的無損檢測。

2 瀝青路面的養護技術

2.1 常用的瀝青路面預防性養護方法

常用的瀝青路面預防性養護方法主要有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性養護。

微表處方法全稱為改性乳化瀝青精細表面處理，這種方法雖然在國內不常見，但是在國外尤其是發達國家經常使用。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護修理的一種技術。

稀漿封層方法是一種十分經濟有效的方法，在我國較常用，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，以達到養護路面的目的。

熱瀝青混合料罩面技術是瀝青路面的養護技術中最常用的技術，它主要需要考慮3個方面的選擇，即罩面層的厚度、混合料的類型以及瀝青的品種。

組合式處理是依據路面使用情況的不同，將上述3種技術同時使用或者使用3種技術中的部分技術以達到養護路面的目的，對于不同路段、不同環境，組合式處理的組合方法都可能存在不同。

季節性養護主要是針對不同季節降雨量、光照等因素的不同而有針對性地制定有效的瀝青路面養護技術。對于春夏秋冬四季，養護技術存在著差異。

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，包括局部或較大規模網裂松散的修補、嚴重網裂的處理、路面裂縫修補和車轍的處理。

局部或較大規模網裂松散的修補主要是針對瀝青路面網裂，而網裂對于路面的危害十分嚴重，網裂會是路面結構失穩，路面承載能力下降，如果不及時處理，很可能造成瀝青公路使用壽命的大幅度下降。對于輕微網裂，應該在網裂出現時盡快選擇干燥天氣進行封水性處理；對于較大的網裂，應該采用小型撒布機進行處理，由于石屑與路面連接較好，在噴灑后應立即撒上石屑。

嚴重網裂的處理，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再進行處理，而為了保證公路路面的正常使用，應在加強日常養護的基礎上，做到勤修勤補，見坑就補，見縫就堵，見水就排，以盡可能地延長路面的使用壽命，通過長期使用過程中的觀察，標出病害嚴重的部位。

目前車轍的處理一般采用重新鋪筑面層的方法，對于路面裂縫的修補采用瀝青灌縫等，避免裂縫繼續蔓延，防止水分滲入路面。路面裂縫的修補工作一般也是路面病害處理的日常工作，應該時時關注。

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[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策[M].北京：人民交通出版社,2004.

[3]JTJ-073.2-2001，公路瀝青路面養護技術規范[S].