瀝青路面取芯代表性的影響因素分析

盧永貴 肖波

（四川高速公路建設開發集團有限公司，四川 成都 610041）

一、前言

投入運營的瀝青路面，在車輛荷載沖擊、環境溫度變化、水份循環等外因、外力作用下，會產生疲勞破壞，出現路面開裂等病害。未及時封閉處治的路面裂縫，將致使雨水下滲、侵入路面結構層間空隙，在車輛動水壓力作用下，進一步形成沖刷、剝落、松散等病害，因此，需要及時維修。目前，勘察路面病害原因的主要手段包含無損檢測和破壞性檢測。

無損檢測需要根據歷史經驗建立模型，將檢測接收信號輸入模型反演推論、預測病害成因，其準確性受到路面實際情況與模型的匹配程度、項目負責人的工程經驗等因素影響。因此，計算結果可能會存在一定的誤差，需要以“探坑、銑刨、鉆芯”等破壞性手段剝離路表覆蓋物，直接觀察隱蔽部分情況進行復核驗證。

鉆芯取樣屬于破壞較小、成本較低，是最直接有效的破壞性檢測手段，也是最常見的路面病害調查方法。筆者根據多年的實踐經驗發現，在開展鉆芯取樣工作時，大多照搬交工的操作模式。新建瀝青路面的粘結性較強，鉆芯機鉆頭對芯樣的擾動破壞相對較小；新建路面未經歷渠化交通，整個縱橫斷面上材料、結構狀況相同，取樣位置對結果影響較小。養護病害調查的路況則完全不同，照搬交工模式，將造成病害成因分析失準、夸大病害程度、擴大病害規模、處治對策針對性弱、經濟性差等問題。

本文將探討瀝青路面取芯模式對芯樣的樣本屬性分析準確性的影響，以期優化、規范取芯操作流程，提高勘察精度，提升處治對策的精準性、針對性。

二、取芯機鉆頭尺寸影響

取芯機工作原理為鉆頭高速運轉，帶動套筒頭部的薄壁金剛石快速打磨、粉碎、切割主體材料，在其內部破出一道環形鴻溝，切斷分割部分主體作為研究樣本。由此可見，取芯機工作時，對路面材料做了較多額外功，對芯樣物質有剪切、擾動、破壞等影響。假設對大面積主體材料的破壞能量與做功大小可用鉆頭切割、粉碎的物料多少來定量表達，則破壞能量可用公式V1=h×d×π×2R計算，式中h為芯樣高度；d為鉆機筒套壁厚；R為芯樣半徑。根據芯樣體積公式V2=π×R2×h可推論：芯樣單位體積所受破壞能量為V1/V2=2×d/R。式中鉆機筒套壁厚d為定值，故芯樣單位體積的破壞能與芯樣半徑R成反比，由此可得，芯樣越大，受到的破壞、擾動越小。

對于服役多年的路面材料，在受到各種因素的侵蝕、削弱、破壞后，殘留的結構強度、粘結性將大幅度低于通車之初，若此時仍采用交工時直徑100mm的馬歇爾試件取芯，芯樣勢必受到較大影響，不能完全反映路面結構的現狀。由于采用小鉆頭取芯，粒料間、層間殘存的粘結強度被擾動、破壞殆盡，芯樣破碎松散，將會誤判路面結構完全喪失粘結力，沒有任何殘余強度和利用價值。

筆者在四川某通車8年的高速路面鉆芯現場發現，在路面縱橫裂縫交叉處鉆取直徑為100mm的芯樣時，其結構破碎松散，無法取出完整芯樣；但相同地方改為鉆取直徑為150mm的芯樣時，可取出完整芯樣，裂縫貫穿芯樣，被分割為幾大塊。由此可見，大直徑芯樣才能夠反映出路面結構的真實狀況。

另外，在調查養護工程病害時，需要取樣分析礦料級配和瀝青老化程度，采用小鉆頭取芯時，切割形成的環形空隙存在較大邊界效應，造成粗集料被鉆頭破碎比例較大，導致級配分析失準。其中，采用直徑為100mm的鉆頭切割粗集料含量為40%的AC-13C，切割環周長為31倍粗集料粒徑，粗集料破碎率大約為30%×40%=12%；同理，采用直徑為150mm的鉆頭切割時，粗集料破碎率大約為8%；采用直徑為200mm的鉆頭切割時，粗集料破碎率大約為6%；500×500mm切割體的粗集料破碎率則僅為3%。

綜上所述，為了取出能反映路面材料真實狀況的芯樣，建議采用直徑150mm以上的薄壁鉆頭，并以500×500mm的切割體為樣品，分析礦料級配。

三、取芯位置影響

高速公路交通渠化非常嚴重，在路面結構設計教材中，單向行駛車道輪跡橫向分布頻率曲線圖表明，在距車道標線1～1.25m處，車輛荷載頻率最大；故重車行駛的主車道輪跡帶承受的荷載力較大，破壞程度也較大。新建瀝青路面整個斷面的材料設計參數是相同的，故渠化交通會造成非均勻性破壞、差異化破損。調查路面病害時，常以最不利的主車道輪跡帶破損位置的芯樣狀況作為代表樣本。因此，采用此代表樣本作出的評估結論，在一定程度上會夸大病害。主車道的雙輪組左右輪跡寬度2×50cm，僅占全斷面（10.5m）的9.5%，即使增加1m寬輪跡影響區域也僅占19%。四川某通車8年高速路面取芯表明，輪跡帶上縱橫裂縫交叉處松散、無法取芯，緊鄰此點15cm處的芯樣則密實完好、強度較高。由此可見，上述方法存在一定局限性，應在全斷面其他位置同時取芯分析、繪制破損圖譜，準確掌握結構損傷狀況，以便提出更加經濟、合理、針對性強的處治病害方案。

本文建議在斷面上層路面破損處和破損點旁20cm處，以及此斷面上所有車道的輪跡帶和輪跡帶旁20cm處鉆芯取樣。以這些點位的芯樣狀況繪制破損圖譜，可全面掌握路面結構損傷狀況。

四、取芯機參數影響

采用性能參數較差的取芯機運行時，不僅會出現整機抖動、鉆頭擺動、芯樣擾動等問題，還將導致誤判路況。因此，必須選擇運行平穩、動力強勁、鉆頭堅硬、筒壁纖薄的取芯機，減少對芯樣的擾動、破壞影響，增加芯樣反映路面強度衰減狀況的代表性。

根據多個項目的成功實踐經驗，筆者建議采用雙立柱結構、螺旋給進汽油取芯機，配備薄壁金剛石鉆頭、高速切割，保證機器主軸最高轉速不低于1000r/min，功率不小于10kW，自重大于160kg。

五、結語

本文從取芯機鉆頭尺寸、取芯位置、取芯機參數3個方面，分析了瀝青路面取芯的影響因素，提出合理優化取芯機參數的方法，并規范具體操作流程，實際工程應用結果表明，本文提出的方法可提高勘察準確性，增強芯樣的路況代表性，提升病害處治對策的精準性和針對性，可供同行參考。