基于無損檢測技術(shù)的半剛性基層開裂狀況評價

朱天明

(遼寧省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110015)

1 項目概況

阜錦高速公路已通車使用15年，面層為15 cm瀝青混凝土，基層為19 cm水泥穩(wěn)定砂礫+20 cm二灰穩(wěn)定砂礫，墊層為13 cm級配砂礫。檢測路段長度600 m，段落內(nèi)橫向裂縫共計58條，網(wǎng)裂面積約為10 m2，縱縫總長度約為300 m，部分裂縫開裂較為嚴重，裂縫寬度較大，并存在修補后破損情況。

2 裂縫區(qū)域彎沉檢測

項目采用落錘式彎沉儀(FWD)和手持式落錘彎沉儀(PFWD)進行彎沉檢測，接地壓力分別為0.7 MPa和0.2 MPa。彎沉檢測分為兩個階段，第一階段在原路面瀝青層頂面進行檢測，第二階段將瀝青面層完全銑刨后，在基層頂面進行檢測。檢測以裂縫中心及裂縫兩端50 cm處作為彎沉測點，同時選擇路面完好處作為對照點。

2.1 原路面瀝青層頂面彎沉檢測結(jié)果

采用FWD檢測瀝青層頂面裂縫位置彎沉，結(jié)果如圖1所示。

圖1 裂縫區(qū)域FWD彎沉檢測結(jié)果

從檢測結(jié)果可以看出，個別裂縫彎沉檢測值較大，遠大于非開裂位置參考值，此類裂縫開裂也更為嚴重，裂縫寬度更寬；部分裂縫彎沉檢測值與路面完好處彎沉值相近，此類裂縫表面開裂更為輕微，說明對于開裂寬度不大的裂縫，其裂縫附近區(qū)域仍具備一定的承載能力。

采用PFWD檢測瀝青層表面裂縫位置彎沉，結(jié)果如圖2所示。

圖2 裂縫區(qū)域PFWD彎沉檢測結(jié)果

PFWD彎沉檢測結(jié)果數(shù)值雖然較FWD檢測值更低，但仍能體現(xiàn)出裂縫位置處承載能力的差異。將FWD和PFWD彎沉檢測結(jié)果進行比對發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)WD和PFWD彎沉檢測數(shù)值雖處于不同量級，但彎沉變動趨勢較為一致，兩種檢測手段檢測數(shù)值的一致性較好。為進一步分析FWD和PFWD彎沉檢測數(shù)值的相關(guān)關(guān)系，對兩種檢測手段的彎沉檢測結(jié)果進行回歸分析。引入彎沉比參數(shù)K，代表同位置處FWD彎沉檢測結(jié)果和PFWD彎沉檢測結(jié)果比值。

K=FWD0.7/PFWD0.2

(1)

式中：FWD0.7為FWD在接地壓力為0.7 MPa時的彎沉檢測值(0.001 mm)；PFWD0.2為PFWD在接地壓力為0.2 MPa時的彎沉檢測值(0.001 mm)。

分析彎沉比參數(shù)K與PFWD彎沉檢測結(jié)果的關(guān)系，如圖3所示。

圖3 FWD-PFWD檢測結(jié)果對比

由統(tǒng)計分析結(jié)果可以看出，彎沉比K與PFWD彎沉檢測結(jié)果相關(guān)系數(shù)為0.73，也進一步說明對于采用確定接地壓力的條件下，F(xiàn)WD和PFWD彎沉檢測結(jié)果具相關(guān)性較好，因此可以采用更為靈活的PFWD設(shè)備進行彎沉檢測，提高檢測評定效率。

2.2 基層頂面彎沉檢測結(jié)果

在檢測段瀝青面層完全銑刨后，觀測基層表面狀態(tài)發(fā)現(xiàn)，在面層橫向裂縫對應(yīng)位置處的基層均出現(xiàn)了不同程度的開裂，表明原路面橫向裂縫為基層裂縫反射產(chǎn)生。按照面層彎沉測點排布方式，在基層裂縫兩側(cè)進行彎沉檢測，結(jié)果如圖4所示。

圖4 FWD基層頂面彎沉檢測結(jié)果

由基層彎沉檢測結(jié)果可以看出，基層彎沉檢測數(shù)值要明顯大于在面層同位置處彎沉檢測值，并且彎沉值變異性更大。大多數(shù)裂縫位置處彎沉值明顯大于非開裂位置處。

將基層頂面彎沉檢測值與基層裂縫開裂狀態(tài)進行對比發(fā)現(xiàn)，對于基層彎沉檢測值較大裂縫，基層表面裂縫更為清晰，裂縫寬度更大，F(xiàn)WD彎沉值基本在300(0.001 mm)以上；對于彎沉檢測值較小的裂縫，基層開裂較為輕微，裂縫寬度更小，F(xiàn)WD彎沉值一般在200(0.001 mm)以下。

進一步分析瀝青層頂面彎沉和基層頂面彎沉關(guān)系，以每條裂縫FWD彎沉檢測最大值為代表值，統(tǒng)計兩者在不同彎沉區(qū)間的裂縫數(shù)量，結(jié)果如表1所示。由彎沉統(tǒng)計結(jié)果可以看出，當瀝青層表面彎沉大于200(0.001 mm)時，基層頂面彎沉集中在300(0.001 mm)以上，占比為72%，基層裂縫區(qū)域彎沉平均值為1 012(0.001 mm)，此時基層處于較嚴重開裂狀態(tài)，半剛性基層承載能力相比完好路段已出現(xiàn)較大程度衰減，結(jié)構(gòu)層強度儲備不足。若采用PFWD彎沉檢測值作為判定標準，基于回歸得到的FWD和PFWD面層彎沉值相關(guān)關(guān)系，此時PFWD面層彎沉檢測值在49(0.001 mm)以上。對此類裂縫區(qū)域建議采取必要的養(yǎng)護維修手段，提高和恢復(fù)半剛性基層的承載能力。

表1 不同彎沉檢測區(qū)間裂縫數(shù)量統(tǒng)計結(jié)果 0.001 mm

3 三維探地雷達檢測

道路材料是由固相、氣相、液相三相組成的混合物，道路材料的介電常數(shù)其實是固體、氣體和液體三相的復(fù)合介電常數(shù)。由于固體、氣體、液體的介電常數(shù)各不相同，尤其是水與空氣和集料之間的介電特性差異甚大，所以介電常數(shù)的可以反映出結(jié)構(gòu)層含水量和孔隙率的差異。

采用三維探地雷達對原路面進行檢測，以雷達檢測電磁波數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計算結(jié)構(gòu)層材料的介電常數(shù)值。裂縫區(qū)域介電常數(shù)以基層裂縫兩側(cè)50 cm處介電常數(shù)平均值作為代表值，與檢測段介電常數(shù)平均值對比情況如圖5所示。

由圖5可以看出，裂縫區(qū)域介電常數(shù)值普遍低于檢測路段平均值，說明裂縫附近位置處基層相比其他位置空隙更多，即裂縫處基層更為松散。結(jié)合現(xiàn)場檢測結(jié)果，對于開裂較為嚴重的基層位置，半剛性基層介電常數(shù)基本在5以下，基層偏于松散狀態(tài)。

圖5 介電常數(shù)計算結(jié)果

4 結(jié) 論

(1)項目采用兩種彎沉檢測設(shè)備對面層和基層裂縫區(qū)域分別進行了彎沉檢測，結(jié)果表明，部分裂縫的彎沉值明顯大于結(jié)構(gòu)層完好位置，部分裂縫彎沉檢測結(jié)果與路面完好位置相當。當瀝青層表面FWD彎沉大于200(0.001 mm)或PFWD彎沉值大于49(0.001 mm)時，基層處于較嚴重開裂狀態(tài)，半剛性基層承載能力相比完好路段已出現(xiàn)較大程度衰減，對此類裂縫區(qū)域建議采取必要處置手段，提高和恢復(fù)半剛性基層的承載能力。

(2)對于面層彎沉檢測結(jié)果，F(xiàn)WD和PFWD檢測值相關(guān)性較好，可以采用更為便攜的手持式落錘彎沉儀對裂縫進行詳細檢測，提高檢測效率。

(3)基于探地雷達檢測得到的電磁波數(shù)據(jù)，計算結(jié)構(gòu)層介電常數(shù)，當介電常數(shù)小于5時，基層開裂較為嚴重，處于偏松散狀態(tài)，應(yīng)進行維修處置。

(4)采用彎沉和探地雷達聯(lián)合檢測手段，可以對路面結(jié)構(gòu)承載能力和損傷情況進行系統(tǒng)評價，為舊路養(yǎng)護維修設(shè)計提供參考。