高速公路瀝青路面檢測方案分析

張 強

(廣州誠安路橋檢測有限公司，廣東 廣州 510420)

0 引 言

作為高速公路項目后續管理的主要工作，高速公路瀝青路面性能檢測能夠為路面管理人員提供重要的基本信息，繼而為瀝青路面路用性能的發展預測提供參照，便于確定有效的養護時間及養護方案。高速公路瀝青路面病害檢測工作內容較多，主要包括瀝青路面使用性能指標的確定、關聯檢測設備儀器的使用、不同性能指標的抽樣規模和方式、性能指標的檢測時間段等。高速公路瀝青路面使用性能檢測方案的設計是確保公路安全穩定運行的重中之重。

1 高速公路路用性能檢測指標

高速公路瀝青路面性能檢測指標主要包括以下內容：彎沉指標、平整度指標、抗滑能力指標、路面破損指標、車轍指標。瀝青路面破損檢測、平整度檢測是檢測工作中的主要內容。

1.1 彎沉

瀝青路面彎沉檢測能夠體現出路面的整體綜合承載能力，彎沉值越小，則代表路面的承載強度越大。當前采取的彎沉檢測設備主要為落錘式彎沉儀，現場采取無損路面結構承載檢測方法，彎沉儀對路面的加載模式近似于車輛行車荷載，路面反饋信息獲取較為準確、快速。高速公路多為半剛性基層瀝青路面結構，路面彎沉主要采取路面結構強度系數(SSI)作為評價指標[1]。

1.2 平整度

平整度能夠反映出瀝青路面的施工技術質量和服務水平，平整度是路面連續測量、按照標準間斷測量下的路面凹凸情況，路面平整度直接關聯著行車穩定性安全性。現場一般采取平整度檢測車進行車道連續的平整度測量，平整度評價指標為路面行駛質量指數(RQI)，該指標主要由國際平整度指數(IRI)計算獲取[1-2]。

1.3 抗滑能力

瀝青路面抗滑能力是行車輪胎產生側向滑動時的路面抗滑力，一般通過現場測量路面摩擦系數進行確定，采取的設備儀器為橫向力系數檢測儀，具備效率高、速度快的優勢。橫向力系數(SFC)綜合反映了路面橫縱向的摩擦系數。

1.4 路面破損

路面破損是行車安全事故產生的主要誘因，也是檢測工作及養護管理的處治重點。瀝青路面破損類型、原因較多，現場破損檢測的誤差也較大，高速公路路面破損檢測需要借助于自動化設備，路面破損以路面狀況指數(PCI)為評價指標，PCI由路面破損率(DR)計算獲取[1-3]。

1.5 車轍

車轍是行車在路面上產生的痕跡，現場車轍檢測主要采取自動化設備(多以橫向布置的紅外線、位移傳感器)對路面車轍深度進行測定，以車轍指數(RDI)進行評價。

2 工程概況

廣州市外環某高速公路于2015年投入運營，設計里程K0+000～K39+000，全長25 km，路面設計寬度30 m，設計車速80 km/h，路基平均高度8～12 m，雙向六車道。其中，一般路段路面結構為4 cm瀝青瑪蹄脂碎石混合料表面層(SMA-16L)+6 cm粗粒式瀝青混凝土(AC-25I、中面層)+20 cm廠拌水泥穩定碎石基層+25 cm廠拌二灰穩定碎石底基層。該高速公路是銜接廣州市和周圍現實的重要渠道。隨著交通流量的不斷加劇，該高速公路全線路段出現較多路面病害，檢測單位于2022年對該公路局部設計標準較為嚴格、地質環境復雜的路段開展瀝青路面檢測工作，現場可知，一般路段(里程K6+000～K39+000)上下行車道存在明顯的路面破損、車轍，嚴重弱化了瀝青路面使用性能。為此，考慮到病害路段過長，項目組擬設計合理的檢測方案，以便縮小檢測成本、時間，為后續的維修養護提供準確數據支撐[2-4]。

3 路面檢測抽樣方式分析

瀝青路面檢測工作多采取抽樣檢測，不同的抽樣模式造成的數據差異性較大，不能全方位表現出路面的病害程度及類型。而不少業主單位多要求檢測的高精確性，這會造成檢測工作的時間、成本不斷提升，為此，合理檢測方式及規模需要得以明確。主要對整群抽樣、簡單隨機抽樣兩種方式進行比較分析。

3.1 整群抽樣

整群抽樣主要是將總體內不同單位進行互不重復的集合群劃分，并且以群為單位進行樣本抽選。整群抽樣需要不同群之間差異性較小，群內元素具備較大差異，且群要具備代表性。整群抽樣能夠節約大量成本，實施較為容易，但是不同群之間的差異性則難以控制，造成誤差偏大。整群抽樣流程如下：明確分群依據，將總體依照依據進行互不重疊部分的劃分，獲取單位群；單位群的數量需要依照樣本容量進行確定，采取系統抽樣方式進行群數的獲取。針對項目，檢測人員需要將該高速公路K6+000～K39+000進行每公里路段劃分，共分為33個路段進行彎沉檢測(SSI)，當抽樣率分別為2%、5%、10%、20%時，則需要分別選取路段數1、2、3、7個，現場抽樣檢測相關結果如表1所示。表1結果表明，抽取樣本數隨著抽樣率的增加，且檢測樣本均值會逐步趨向于彎沉平均值，而變異系數、標準差則沒有表現出規律性變化[3-5]。

表1 不同抽樣率現場檢測結果

3.2 簡單隨機抽樣

檢測單位依據既有資料，采取SPS軟件進行簡單隨機抽樣，其中抽樣率分布在2%-30%之間，每個抽樣率則需要進行5次獨立抽樣，相關標準差、變異系數統計數據如表2所示。計算過程中，隨著抽樣率不斷增加，樣本均值也逐漸趨向于全路段的彎沉平均值；抽樣率增加會造成變異系數、標準差的變化范圍逐漸縮窄。樣本抽取率增多，抽樣檢測結果越發接近于全路段檢測結果，不斷縮窄的變異性和變準差代表了數據的集中性。軟件模擬簡單隨機抽樣過程往往難以代表實際檢測，實際開展檢測工作極容易受到外界多種因素的影響[3]。

表2 標準差、變異系數在不同抽樣率下的波動范圍

3.3 評價

本項目抽樣檢測工作主要針對上述兩個抽樣方式進行選取。其中，整群抽樣作為抽樣實施方案，整群抽樣需要群內不同單元需要具備明顯差異性，且群間則要保持較大的一致性，這和本項目實際情況不相符合。為此，檢測單位擬在該路段選取抽樣率30%的簡單隨機抽樣方式。

4 不同路用指標的抽樣規模

檢測方案除了確定抽樣方式外，還需要確定不同性能檢測指標的檢測范圍，考慮到病害路段存在較多的坑槽、網裂、縱橫縫等破損及明顯車轍，主要依據既有規范的瀝青路面路用性能檢測規模標準進行進一步的檢測成本控制，在路面病害里程K6+000～K39+000上行、下行分別選取100、200、400、800 m抽樣規模最小值作為不同比較，獲取路面破損指標PCI、車轍指標RDI的最佳檢測規模，表3為瀝青路面檢測指標抽樣規模標準設定值。檢測指標的抽樣規?？刂颇軌驗楹罄m路段檢測提供主要參考[2-4]。

表3 瀝青路面檢測指標抽樣規模標準

4.1 PCI抽樣規模

表4為該高速公路病害路段K6+000～K39+000的破損率PCI檢測數據，結果表明，上、下行路面狀況變異水平數據整體滿足正態分布，但是不同規模下的抽樣結果相較于標準抽樣結果具備較大的變異性，依據表中不同抽樣規模下的樣本均值，標準值越大則導表路段檢測指標分布越不均勻；減小抽樣規模后的樣本均值相較于標準參考值差異性則增大。考慮到項目建設處其具備良好的路面使用性能，極少出現路面破損病害，減小抽樣規模則會造成樣本變異系數和方差擴大；抽樣規模的減小也會造成樣本均值越發難以反映實際均值，變異性則會增大[3-4]。

表4 不同抽樣規模變異水平

圖1為該病害路段不同抽樣規模下的PCI整體分布情況。其中，編號1為公路規范規定的抽樣標準結果分布，為抽樣規模雖小后的PCI變異情況作參考。圖1結果表明，不同抽樣規模編號2、3、4的PCI變化趨勢基本符合公路規范，且不同曲線的PCI變化幅度小于2，四種檢測規模可以作為PCI檢測抽樣選擇，但是考慮到項目檢測成本，技術人員可以適當縮小檢測規模，本文將路面破損指標PCI的抽樣規?？刂圃?00 m。

圖1 不同規模下PCI分布

4.2 RDI抽樣規模確定

檢測單位同時也需要對病害路段開展車轍變化情況的分析，考慮到車轍往往隨著路面破損同時出現，項目依據實際車轍病害程度，主要分析抽樣規模1、2、3情況下的車轍分布情況，并且進行6個車轍范圍劃分：0～2 mm、2～4 mm、4～6 mm、6～8 mm、8～10 mm、10 mm以上。病害路段車轍分布具體結果如表5所示。結果表明，不同抽樣規模下的同一類型車轍分布檢測概率存在明顯差異性，如依照公路規范開展車轍分布檢測時，100抽樣規模下0～2 mm深度分布概率則是6.4%，而抽樣規模分別為200 m、400 m時的分布概率則為5.36%、2.4%，但是隨著車轍深度的不斷提升，不同抽樣規模下車轍分布概率則差異性較小；在車轍深度較小時，往往代表了瀝青路面受車轍破壞程度較淺，此時增大檢測規模則會遺漏不少輕微車轍病害；在抽樣檢測規模增大后，對于需要后續養護處治的車轍病害分布概率的差異則較小?；趯嶋H情況，檢測單位擬將RDI檢測規模設為200 m[4-5]。

表5 不同車轍深度在抽樣規模下的分布概率

5 小 結

對廣州某高速公路瀝青路面路面破損、車轍病害進行了檢測方案的設計，主要從現場抽樣方式、抽樣規模上進行有效對比，綜合選取滿足檢測樣本工作量、成本及準確率需求的抽樣方案。獲取以下結論：采取30%抽樣率的簡單隨機抽樣方法進行公路病害檢測過程中，路面破損檢測規?？稍O定為400 m，車轍檢測規?？稍O定在200 m。該抽樣方案相對于公路規范具有較大的一致性，即便存在變異性，也不影響整體抽樣的質量效果。