瀝青路面病害無損檢測及養護技術研究

張少興

摘 要：為了研究瀝青路面病害無損檢測及養護關鍵技術，重點介紹了無損檢測技術中具有代表性的三維探地雷達檢測技術。依托實際工程，重點研究了三維地探雷達檢測方法的可靠性。研究結果表明：三維探地雷達檢測技術可以準確判定病害發生的層位;雷達掃描可以發現未反映到表面的病害和隱患;三維探地雷達技術可以有效識別道路內的脫空、沉陷、裂縫和嚴重疏松等病害。

關鍵詞：瀝青路面;病害;三維探地雷達;無損檢測;養護

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。

一、無損檢測和養護

（一）三維探地雷達檢測技術

為了滿足現代道路建設需求，道路檢測和養護中開始應用大量無損檢測新技術，主要有頻譜分析技術、超聲波技術、激光技術、探地雷達技術等。三維探地雷達無損檢測技術技術由探地雷達技術發展而來，由單一天線發展到雷達陣列天線，主要用于檢測結構層厚度、瀝青路面均勻性和道路內部潛在病害。三維探地雷達技術利用寬帶短脈沖電磁波的傳播特性形成地下物體的高精度圖像。電磁波在傳播時，若遇到介電特性不同的物質分界面，會反射給陣列天線。由于不同

介質的電導率和介電常數不同，反射電磁波的振幅、相位和頻譜等特征會發生變化，陣列天線接收并處理形成雷達波圖像，從水平面、橫斷面、縱斷面三個角度可以觀測地下目標體的結構層位置、介電特性及幾何形態，從而掌握路面結構層厚度的變化情況和路面結構內部的病害情況。

（二）病害檢測

三維地探雷達檢測技術可以識別基層脫空、沉陷、裂縫發育、含水率不均勻等病害或隱患。從縱斷面、橫斷面、水平面的三維視角檢測路面、路基病害。讀取圖像時，同相軸、反射波的振幅和方向、常見道路材料的介電常數是需要重點關注的因素，同時結合道路結構設計情況與實際使用的探地雷達性能，綜合考慮。

1、裂縫

裂縫在縱斷面與橫斷面圖像上較難發現，但在路表水平面上可以直接識別。水平面圖像可以觀測裂縫的走向與裂縫的長度，但目前探地雷達技術無法識別裂縫寬度。裂縫在深度方向的定位可以知道裂縫在哪一層位開始與結束。

2、車轍

車轍是指瀝青面層形成中間凹陷兩側隆起的永久變形，雷達橫斷面圖像中會顯示為“W”變形。我國瀝青混凝土路面多為剛度較大的半剛性基層，永久變形主要發生在面層結構中，因此雷達圖像中“W”變形主要出現在道路面層。

3、路基松散

路基壓實不充分時，結構層各部分的含水率和密度不均勻，電磁波在不均勻介質中傳播時會發生不規則反射，在雷達縱斷面圖像中表現為振幅較大、相位不連續的波形，即“兩黑夾一白”和“兩白夾一黑”大量交錯。

4、脫空和空洞

空洞墻體填充介質與其周圍介質存在較大的電性差異，接觸面界面反射振幅會明顯增大，雷達縱斷面和橫斷面圖像顯示為兩側存在較強的繞射波，形成“兩黑夾一白”或“兩白夾一黑”的高亮曲線。當填充介質為氣體時，反射電磁波的相位發生反向;當填充介質為水時，反射電磁波的相位不變，從而判斷空洞和脫空的性質。

5、路基沉陷

路基沉陷導致路面各結構層跟隨路基產生變形，在雷達縱斷面圖像上路基沉陷表現為反射波形整體出現凹陷狀態。

（三）養護措施

1、裂縫灌封

改性瀝青或熱熔密封膠可以直接灌縫寬度在6mm以下的細小裂縫。對寬度在6mm以上的較深裂縫，要進行開槽和帖縫處理，能夠有效黏結裂縫兩側瀝青混凝土，防止雨水下滲。

2、注漿法加固基層

將水泥或石灰漿通過導管注入到地下空洞和脫空中，或利用流動漿液的滲透、擠壓和劈裂效果，提高基層密實度和回彈模量，從而改善其物理力學性能，形成強度高、穩定性好、抗滲性能強的新結構層。注漿法施工時不需要挖除原路的路面結構，施工簡單迅速。

3、翻修重建

翻修重建是解決路面結構病害的最有效方法，是目前道路養護工程中的主要處治方法。當道路基層的結構強度基本喪失或完全失去承載能力時，應對整個道路的結構層進行翻修重建，將道路的面層、基層、底基層以及發生損壞的部分路基全部挖除，重新鋪筑道路的各結構層。該方法能夠徹底改善路用性能，缺點是成本高、影響道路正常通車。

二、工程實踐

（一）工程概況

某高速公路在建設過程中瀝青路面出現沉陷，面層沉陷長度達11.5m，寬度達3.8m。采用三維探地雷達檢測沉陷區域地下結構病害情況。其各層結構設計如下：上面層為4cmAC-16Ⅰ的中粒式瀝青混凝土，中面層為5cmAC-20Ⅰ型中粒式瀝青混凝土，下面層為6cmAC25Ⅰ型粗粒式瀝青混凝土。上基層為19cm水泥穩定碎石，下基層為19cm水泥碎石，底基層20cm石灰土。

（二）檢測結果

道路右幅有43m2明顯沉陷，路基區域脫空嚴重，脫空所在深度約為1.5m，但無法計算空洞高度。道路左幅有明顯開裂，有約1.3m寬的10m2沉陷，且路基區域存在明顯脫空，深度約為1.5m，但無法計算空洞高度。兩處脫空“兩黑夾一白”，反射系數為負，說明兩處空洞被水填充。

（三）結果驗證

為了驗證三維探地雷達技術識別脫空病害的準確性，本文采用現場踏勘、鉆芯取樣方法進行對比。結果表明，在地下1.5～3m位置存在空洞病害，空洞高度約1.5m，這充分證明了三維探地雷達識別病害的準確性。鉆芯取樣結果發現脫空深度達到1.5m時，三維探地雷達無法識別空洞高度。這是由于該路段檢測前有降雨，導致路面結構層含水率較高，當空洞位置較深時，高頻電磁波在傳播過程中衰減較大，識別率大幅下降。

（四）病害養護

分析該路段病害成因，發現施工時路基壓實度不夠，雨水沖刷和浸泡路基致使路基強度下降，在大車輛荷載作用下產生了路基沉陷的現象。針對上面描述的現象，確定采用注漿法加固路基。采用為0.5水灰比、R32.5復合硅酸鹽水泥的漿液。管口壓力設置為0.2～0.4MPa，瞬間壓力達到0.5MPa時終止灌漿。注漿深度為1.0～11.5m，0.6m為一段分段注漿。加固處理后，該路段未再出現明顯的路基沉陷病害特征。

三、結語

三維探地雷達檢測技術可以準確測定病害發生的層位，能夠取代傳統鉆芯取樣方法。雷達掃描可以發現深層隱藏的縱裂、橫裂等未反映到表面的病害。三維探地雷達檢測技術能有效檢測出道路內部的脫空、沉陷、裂縫和嚴重疏松等病害或隱患，但是在更深層病害、含水量、裂縫寬度測定等其他方面的應用還有待改善。

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