基于彎沉法檢測白加黑路面板底脫空的評價標準研究

劉海軍

(1.廣東交科檢測有限公司 廣州 510420； 2.廣東華路交通科技有限公司 廣州 510550)

自20世紀80年代以來，我國修筑了大量水泥混凝土路面，隨著使用年限的增加、車輛荷載的長期作用及自然環境因素等，水泥混凝土路面相繼出現了錯臺、脫空等病害，直致形成斷板或破碎板，嚴重影響了路面使用性能。同時，水泥混凝土路面損壞后的維修養護周期長，影響交通，嚴重地降低了社會服務水平。在舊水泥混凝土板上加鋪瀝青混凝土層具有施工期短、行車舒適、噪聲低、養護維修簡便，對行車的干擾小等優點。因此，在高速公路舊水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土層已經成為一種切實可行、簡單有效的升級改造措施。

目前廣東省的高速公路水泥混凝土路面大部分已完成了瀝青混凝土層的加鋪，最大限度地利用原有路面，有效提高路面使用性能，延長路面使用壽命[1-2]，減少日常養護費用，很好地提高了社會服務水平。然而，隨著白加黑路面使用年限的增長，瀝青面層在原水泥板橫向接縫處位置逐漸產生裂縫，即俗稱的反射裂縫。維修反射裂縫的主要方法有：封縫、灌縫、注漿，銑刨面層重鋪或加鋪面層等[3-7]。采用哪種維修方式對反射裂縫進行處治需進行綜合考慮，特別是由板底脫空造成的反射裂縫，如不進行有效的處理，即使重鋪瀝青面層后，病害仍會快速地再次產生。

目前水泥路面的脫空檢測中常用方法主要有彎沉法和雷達法[8-9]。采用彎沉法所用的評價方法有單點彎沉法、截距法、彎沉差法、比值法、彎沉盆法等；采用雷達法需要有經驗豐富的人員對反射波形進行判讀分析。水泥路面加鋪瀝青后仍可采用雷達法檢測板底脫空，但采用彎沉法檢測時，無可直接引用的規范和標準。本文依托廣東沈海高速改擴建工程，采用FWD彎沉法對白加黑路面原水泥板下脫空進行檢測評價研究。

1 工程概況

廣東沈海高速公路K46+600-K79+864，于1996年12月建成通車，原設計路面為水泥混凝土結構，雙向四車道。2008年底完成了路面大修，對原水泥路面進行了白加黑改造，加鋪了18 cm厚的瀝青混凝土。大修后主線路面結構形式見表1。

表1 項目主線路面結構型式

隨著社會經濟的發展，雙向四車道的道路通行能力和服務水平已難以滿足沿線公眾的出行需求。同時，路面加鋪后經十多年的特重交通運營，出現了較多的橫向裂縫、局部縱向裂縫、坑槽、沉陷等病害，尤其是橫向反射裂縫，近年來發展較快。為緩解粵西區域交通大動脈擁堵，改善行車條件，增強珠三角與粵西以及大西南的交通聯系，該路段將擴建成雙向八車道，原白加黑路面上將再加鋪一層4 cm改性瀝青SMA-13，路面加鋪前需對反射裂縫進行評價和處治。

2 脫空檢測方法及判定方案

1) 依據現場測試條件，選取調查路段，確定檢測裂縫的位置。

2) 采用落錘式彎沉儀(FWD)以多級加載(50 kN→70 kN→90 kN)的方式對存在反射裂縫的原水泥板右下角位置進行注漿前和注漿后(高分子聚合物注漿)的彎沉檢測，分別獲取板角裂縫邊彎沉和裂縫兩側彎沉差值。

3) 依據現行規范及相關工程檢測經驗，采用3種判定板底脫空的方案對每塊水泥板進行評價。方案1：單點彎沉值>20(0.01 mm)；方案2：縫兩側彎沉差≥6(0.01 mm)；方案3：單點彎沉值>20(0.01 mm)或縫兩側彎沉差≥6(0.01 mm)。

4) 選擇有代表性裂縫位置進行鉆芯取樣調查，驗證注漿效果和確認評價方法。

5) 根據驗證情況提出新的判定方案。

3 檢測結果及分析

3.1 注漿前檢測結果評價

通過采用FWD(Dynatest 8000)設置3級加載(50 kN→70 kN→90 kN)對反射裂縫處(原水泥板右下角位置)進行注漿前的彎沉檢測，注漿前裂縫處FWD測試結果和注漿前不同荷載及判定方案的脫空率情況見表2和圖1。

表2 注漿前裂縫處FWD測試結果

圖1 注漿前不同荷載及判定方案的脫空率情況

由表2可見，設置50 kN荷載的彎沉值在8.9～25(0.01 mm)之間，小于15(0.01 mm)的測值占55.6%，采用方案1～3判定的脫空率分別為：44.4%,11.1%,44.4%；設置70 kN荷載的彎沉測值在13.8～35.4(0.01 mm)之間，小于15(0.01 mm)的測值占18.2%，采用方案1～3判定的脫空率分別為：55.6%,77.8%,77.8%；設置90 kN荷載的彎沉測值在18.3～45.1(0.01 mm)之間，小于15(0.01 mm)的測值占0%，采用方案1～3判定的脫空率分別為：88.9%,77.8%,100%。可見，彎沉值隨著荷載的增加而增大，脫空的比例也在增加。

同時從圖1可知，以方案1為判定脫空時，設置90 kN荷載檢測的脫空比例最高；以方案2為判定脫空時，設置70,90 kN荷載檢測的脫空比例基本相當；以方案3為判定脫空時，設置90 kN荷載檢測的脫空比例最高。說明荷載變化會對判定結果造成影響，白加黑路面不宜采用低荷載等級來檢測。

3.2 注漿后檢測結果評價

經高分子聚合物注漿后，采用FWD以同樣的方式在反射裂縫處進行彎沉檢測，注漿后裂縫處FWD測試結果和注漿后不同荷載及判定方案的脫空率情況見表3和圖2。

表3 注漿后裂縫處FWD測試結果

圖2 注漿后不同荷載及判定方案的脫空率情況

由表3、圖2可知，設置50 kN荷載的彎沉值在7.9～18.3(0.01 mm)之間，小于15(0.01 mm)的彎沉值占55.6%，采用方案1～3判定的脫空率均為0%；設置70 kN荷載的彎沉值在14.1～24.9(0.01 mm)之間，采用方案1～3判定的脫空率分別為：44.4%,11.1%,55.6%；設置90 kN荷載的彎沉測值在18.9～34.9(0.01 mm)之間，采用方案1～3判定的脫空率分別為77.8%,77.8%,100%。

從圖2可知，以方案1～3判定脫空時，設置50 kN荷載檢測的脫空比例均為0%，設置90 kN荷載檢測的脫空比例均為最高。

綜合分析以上數據，對比工前50 kN荷載的檢測結果，工后彎沉數值大部分有所下降，故認為注漿后對脫后治理產生了效果；經高聚物注漿后，采用70 kN荷載以方案2判定的脫空比例下降明顯，表明處治效果與該判定規則關聯度較高；經高聚物注漿后，采用90 kN荷載的脫空比例下降不明顯，表明處治效果與該判定規則關聯度不高。這說明針對白加黑路面采用規范要求的脫空判定標準時，不是荷載越大越好，也不是荷載越小越好，應進行試驗統計分析確定。

對比注漿前檢測結果，注漿后彎沉值下降比例情況見圖3。由圖3可知，工后測值大部分有不同比例地下降，其中設置70 kN荷載的下降比例較大，其次是50 kN荷載作用工況。

圖3 注漿后彎沉值下降比例情況

3.3 取芯驗證

為確定原水泥板底是否有脫空，分析檢測方法和判定方案的合理性，現場對K52+683、K52+718裂縫位置進行取芯調查，反射裂縫處取芯調查驗證結果和取芯照片見表4和圖4、圖5。

表4 反射裂縫處取芯調查驗證結果

圖4 K52+683芯樣照片

圖5 K52+718芯樣照片

1) 由圖4、圖5可見，K52+683處的基層和底基層底部有明顯的注漿材料，表明水穩層間存在脫空。對應彎沉測試結果，表明采用50 kN荷載測試評定脫空是不合適的；采用70 kN荷載時，以方案2評定較能體現注漿的實際效果；采用90 kN荷載時，以方案1評定較能體現注漿的實際效果。

2) K52+718橫縫處板底有厚約7 mm的注漿材料，表明水泥板底存在明顯脫空。對應彎沉測試結果，表明采用50 kN荷載測試來評定脫空是不合適的；采用70 kN荷載時，以方案2來評定脫空較能體現注漿的實際效果；采用90 kN荷載時，工后評定結果不能反映注漿實際效果。該位置測值變大，初步分析原因可能是注漿對原來相對穩定的結構造成了擾動，后續應進行補注漿或其他方式處治。這也進一步表明了白加黑路面板底脫空評價及處治的復雜性。

4 改進判定方法的結果評價

通過以上分析表明，對白加黑路面結構進行原水泥板底脫空檢測評價時，采用50 kN荷載測試的結果偏小，容易產生漏判；采用90 kN荷載測試的結果偏大，不能反映實際注漿效果；采用70 kN荷載測試的結果與取芯驗證結果有較好的對應關系。

由于現行規范只提出了對水泥板脫空的檢測評價方法，無對白加黑路面原水泥板脫空的檢測評價方法，且無相關工程經驗可以借鑒，根據工程實際及儀器使用性能，本項目對測試荷載和脫空判定方案進行改進，將路面彎沉測試荷載調整為70 kN，脫空判定標準調整為單點彎沉值>18(0.01 mm)，縫兩側彎沉差仍為≥6(0.01 mm)。

脫空比例統計對比情況見圖6。

圖6 脫空比例統計對比情況

由圖6可知，采用改進后的判定方法對檢測結果進行統計，判定脫空的比例從工前的44.4%提高到77.8%，工后的0%提高到66.7%，能更加切實地反映工程實際。根據改進后的判定標準，本項目在第一期項目中共檢測1 480處，判定板底存在有脫空的有614處，占41.5%。如采用原判定標準，判定板底存在有脫空的僅占11.2%。

5 結論

1) 檢測白加黑路面原混凝土板底脫空時，FWD設置荷載不是越大越好，應通過試驗選取在一定的范圍內。

2) 經改進脫空檢測方法和判定標準，評價結果更加切實的反映工程實際。該項目第一期通車已超2年，未出現反射裂縫。

3) 目前白加黑路面出現反射裂縫的檢測及評價標準缺少規范支撐，本檢測及評價方法可為類似工程提供參考。