基于PQI的路面壓實質量評價研究

石育韙

(黑龍江省龍建路橋第四工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150070)

1 項目研究依托背景

本項目研究實施依托國道丹阿公路呼瑪至十八站段改擴建工程項目的A1瀝青路面面層施工完成。國道丹東至阿勒泰公路呼瑪至十八站段起于國道丹阿公路呼瑪縣呼瑪河大橋北側橋頭處，止于國道丹阿公路與省道十室公路交叉處，全長155.096 km，其中：新建38.383 km，利用舊路改擴建116.713 km。

全線采用二級路標準，設計速度60 km/h，路基寬度10 m，興華鄉、十八站鄉過境路段采用10 m全寬路面，其他路段路面寬度8.5 m。路面結構分為兩大類；

1.1 新線路面面層

上面層：5 cmAC-16中粒式改性瀝青混凝土

下面層：6 cmAC-20中粒式瀝青混凝土

基層：20 cm4.5%水泥穩定碎石基層(設計強度3.5 MPa)

底基層：30 cm5%水泥穩定砂礫碎石底基層(設計強度2.5 MPa)

1.2 舊路面加鋪段面層

上面層：5 cmAC-16中粒式改性瀝青混凝土

下面層：6 cmAC-20中粒式瀝青混凝土

基層：20 cm4.5%水泥穩定碎石基層及找平層(設計強度3.5 MPa)

2 基于PQI的瀝青層壓實質量評價

2.1 瀝青層PQI壓實數據采集方法

(1)路段的選取和測點布置

①路段的選擇

在采用PQI對瀝青面層壓實質量評價時，評價路段必須是在同一天完成的施工路段，檢測路段的評價長度可以是一天的施工長度，也可以是某一施工組織的路段長度，最好是跟蹤檢測，即壓實完成后就開始檢測。

②測點的布置

測點的布置方式是沿路線方向每隔20 m選擇一個橫斷面，當檢測路段為二級及二級以下公路時，當半幅檢測時，每個橫斷面布置3點，當全幅檢測時，每個斷面上一般布置5個點；當檢測路段為高速公路或一級路時，當1/4幅檢測時，每個橫斷面布置3點，當半幅檢測時，每個斷面上一般布置5個點。測點布置圖如圖1所示。

圖1 PQI壓實質量評價檢測測點布置圖

(2)PQI380數據采集方法

①數據采集時，PQI的剛性底板必須與面層表面充分接觸，保持以“面”的接觸形式，不許出現脫空、翹棱和點接觸的狀態，必要時，可采用細砂彌補基層表面空隙，使被測表面平整堅實；

②測試的表面必須干爽，不存在自由水。

③PQI380是現在唯一帶4種操作模式的無核法密度儀：連續模式、單點模式、分隔模式和取平均值模式：

單次測量：5 s內讀取儲存數據；

平均測量：取5個讀數的平均值并儲存數據和時間，可存儲數千個讀數；

連續測量：即時密度讀數；

離析測量(分層測量)：確定與離析有關的材料密度變化。

建議采用單次測量模式，既能保證準確性又能節約檢測時間。

2.2 K58+000～K59+000段壓實度檢測與評價(AC-16)

對呼十公路SBS改性瀝青AC-16上面層進行壓實度跟蹤，跟蹤路段為K58+000～K59+000段，每20 m為一個斷面，每個斷面取五個點使用無核密度儀測定其壓實度。這五個點分別距路幅一側距離為0.5 m，2.4 m，4.3 m，6.1 m，8 m，該路段共檢測255個數據。

(1)壓實質量評價

將每20 m的一個斷面測得的數據導入matlab，可得到如圖2所示的壓實度三維效果圖。從PQI壓實度三維圖可以直觀判斷路面的非均勻性及其分布。從圖3中可以直觀地看出，雖然在壓實過程中保持壓實工藝和壓實遍數相同，但在實際碾壓過程過程中，某些位置必然存在過壓或者漏壓，導致壓實度存在高低不同的分布狀態，密度較小區域或空隙率較大的區域極有可能出現早期損害。

圖2 K58+000至K59+000壓實度的三維效果圖(AC-16)

圖3 K58+000至K59+000段壓實度等值線圖(AC-16)

圖4為壓實度分布等值渲染圖，藍色區域代表壓實度低，黃色區域代表壓實度高，藍色區域主要出現在路面的邊緣以及攤鋪機的連接處，因此在施工過程中應加強對路面邊緣以及攤鋪機連接處的施工質量控制，發現密度不足及時進行補壓。同時還應合理地調整攤鋪機螺旋布料器，減少攤鋪機收料斗收料次數，盡量采用雙攤鋪機聯鋪的方式，減小攤鋪寬度。

圖4 施工控制原則下壓實度合格區域圖(綠色)

在上面層K58+000～K59+000段檢測中，共檢測了255個數據PQI數據，通過統計，壓實度均值K=96.91%，S=2.43，由于是二級路，ta=1.282，則壓實度的代表值K為：

就施工控制而言，K0=93%，就評定驗收而言，K0=92%，從上式可以看出，代表值K=96.44%，大于93%的要求；在測值中，最小的實測壓實度為Kmin=89.8%，不滿足Kmin≥K0-1%的要求。因此當K≥K0，按測定值不低于規定值減1個百分壓實度(K0-1%)所對應的面積Sh與檢測的總面積Sq的比計算合格率h。

根據《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG 2004)要求，采用K0-1%=92%對壓實度三維圖進行切割，得到圖3所示的施工過程中壓實度合格區域圖，其中綠色區域壓實度大于等于92%，為壓實合格區域Sh，其面積Sh=82 535 m2，白色部分的壓實度為小于92%的區域，為壓實不合格區域Sw，該檢測段為1 km，檢測面積Sq=8.5×1 000=85 000 m2，則壓實合格率為：

根據《公路工程質量檢驗評定標準》的要求，在交工驗收階段的工程質量檢查與驗收中壓實度需大于最大理論密度的92%，即以最大理論密度計算，壓實度超過92%即為合格，使用91%為等值面切割3維圖像，得到圖5所示的驗收階段壓實度合格區域圖，其中綠色區域壓實度大于等于91%，為合格區域，其面積Sh=84 320 m2，白色部分為不合格區域Sw，其壓實度小于91%。該檢測段為1 km，檢測面積Sq=8.5×1 000=8 5000 m2，則壓實合格率為：

圖5 驗收評定原則下壓實度合格區域圖(綠色)

(2)壓實薄弱區

壓實薄弱區的定義為壓實度Ki小于規定值減1個百分壓實度所對應的K0-1%點時所對應區域的面積為壓實薄弱區Sw。

基于施工控制原則下的壓實薄弱區的壓實度界限為K0-1%=92%，壓實薄弱區為圖4中的白色區域，其面積為2 465 m2，薄弱區所占的比例為hw=1-97.1%=2.9%。

基于驗收評定原則下的壓實薄弱區的壓實度界限為K0-1%=91%，壓實薄弱區為圖5中的白色區域，其面積為680 m2，薄弱區所占的比例為hw=1-99.2%=0.8%。

3 K58+000～K59+000段壓實均勻性評價

上面層K58+000～K59+000均勻性評價共采集205個點，根據均勻性的評價方法，計算均勻性的上下界限，該段壓實度均值K為96.91%，標準差S為2.43，本項目為二級路，取Z0.10=1.282，則均勻性的界限ka為：

以ka=[94.9，98.9]為兩邊界，切割該樁號區間壓實度分布三維圖，圖6，取得壓實度均勻性分布圖，如圖7所示，圖中黑色區域為均勻性合格區域sp，白色區域為壓實度均勻性不合格區se。

圖6 k58+000～K59+000壓實度的三維效果圖

圖7 K58+000～K59+000壓實度均勻性分布圖

通過計算壓實度均勻性合格區域為72 080 m2，該檢測段為1 km，檢測面積Sq=8.5×1 000=85 000 m2，則均勻度ts為：

根據計算結果可知，該評價段的壓實度均勻性為84.8%，根據評價等級分級標準，K58+000～K59+000瀝青上面層AC-16的壓實均勻性為“良”。

4 結 論

根據PQI采集數據的特點，提出了基于大量數據前提下瀝青面層壓實質量的評價方法，并提出了壓實薄弱區的確定原則，以便及時補壓，提高整體壓實質量。

對呼十公路瀝青路面進行PQI檢測，并對其進行了質量評價，其合格率均大于90%，處于優的狀態，總體壓實質量處于較高水平。

根據瀝青路面PQI數據檢測的特點，提出了瀝青路壓實均勻性的定義和檢測方法，并提出了壓實均勻性上下界限的確定方法。

檢測評價路段而言，100%的路段的均勻度大于80%，即100%的路段等級評價為“良”以上，路面總體壓實質量處于較好的水平。

通過回歸分析表明，瀝青面層均勻度與壓實度均值具有負線性關系，其原因有兩個，一是料組成因素，該種材料無法達到100%均勻，二是壓實工藝的影響，必須提供邊部壓實，采用提供壓實均勻性。

瀝青面層均勻度與壓實度方差具有負線性關系，說明采用方差和均勻度對均勻性的評價具有等效性，采用適合工程的均勻度指標評價壓實均勻性具有合理性。