高速公路瀝青路面試驗檢測技術研究

張強

（廣州誠安路橋檢測有限公司，廣東廣州510420）

0 引言

瀝青路面屬于柔性路面，而我國高速公路基層普遍為半剛性，從而易在路面反射出裂縫或隱蔽的結構性病害，加之在外部荷載、環境與氣候等多重因素的綜合作用下，此類路面病害在全國多地高速公路上出現，嚴重影響路面使用壽命，且高速公路中廣泛使用黏度偏大的改性瀝青，但由于工期緊張經常出現拌和不充分問題，導致瀝青路面水穩定性差，外部載荷作用下將出現水損害問題，使路面剝離。因此，掌握瀝青路面試驗檢測技術、規范實施技術、精準識別病害是保證路面質量、降低高速公路運營安全風險的重要措施，具有深入探究的必要性。

1 高速公路瀝青路面試驗檢測技術分析

1.1 彎沉檢測

1.1.1 落錘式彎沉儀法

落錘式彎沉儀檢測期間利用計算機控制系統對重錘提升高度展開控制，到達指定高度后將其釋放，攜帶正半弦荷載做出錘擊動作，至瀝青路面上使路面瞬間出現變形。單次檢測過程中設置不同測點，記錄每個點的變形數據，則可以計算出路面在動態荷載下的彎沉值參數。該方法可以利用計算機完成數據采集、處理工作，測量結果更加準確，且在計算機上可以精準、快速、便捷地完成荷載大小調整，準確模擬公路的實際荷載情況。此外，落錘式彎沉儀相比其他型號儀器體積小、方便移動、操作簡便，在里程相對較長的檢測中同樣適用，采集錘擊數據后可以使用配套軟件進行數據分析，統一修正實測彎沉數據，使誤差得到有效處理，在目前瀝青路面彎沉檢測中應用范圍廣、頻率高[1]。

1.1.2 貝克曼梁彎沉檢測

貝克曼梁彎沉檢測技術是我國最早從國外引進的檢測技術之一，截至目前一直沿用。其屬于靜態測試方法，我國擁有相對成熟的方法體系，檢測過程中需要使用測試車、彎沉儀（貝克曼梁、百分表、表架組成）、接觸式路面溫度儀等工具。我國標準規定中要求高速公路需采用后軸為100kN的BZZ-100彎沉車，以軸重要求為標準進行重量調整，將彎沉車停放在測試位置后按規定放好貝克曼梁，要求彎沉儀測頭位置應處于后軸輪隙中間、軸線前3～5cm位置，不得出現梁臂接觸輪胎情況，調整支架穩定度與百分表后啟動彎沉車，保持5km/h的速度行駛，在行駛距離超過影響半徑后讀取數值。測試后需要對當量直徑、配重進行修正；若檢測時路面溫度超過20±2℃且路面層攤鋪厚度＞5cm，則需要進行溫度修正[2]。該方法操作過程較為復雜，尤其是參數修正時涉及大量計算，結果易受人為因素影響，因此不適用里程長高速公路瀝青路面檢測中。但由于目前諸多瀝青路面彎沉檢測標準均在貝克曼梁彎沉檢測技術基礎上建立，其通用度仍較高。

1.2 平整度檢測

1.2.1 3m直尺平整度檢測

平整度檢測過程中采用3m直尺檢測法時，可以在施工期間對接縫位置平整度展開檢測。瀝青路面施工過程中接縫搭接位置壓實質量難以控制，施工期間、維修養護環節均是檢測的重點，檢測結果判斷壓實度不符合要求時則需要重新進行碾壓處理。每個測點需要連續測量10尺，對最大間隙平均值進行計算。也可以在驗收環節、維修養護環節測試路面平整度，平整度不達標表示高速公路舒適性差，應在每200m范圍內選擇兩處展開測量，每個位置連續測量5尺。測量過程中必須將測量位置的雜物全部清除，避免影響測量精度。

1.2.2 激光平整度測定儀檢測

在瀝青路面平整度檢測中，激光平整度測定儀是使用頻率相對較高的儀器，其搭配靈敏的激光傳感器以及先進的數據采集系統，開始測量后測定車底部發出激光束測試路面表面角度，且傳感器也位于車底，接收信息后傳輸到數據采集系統當中，分析整理后得出結果。整個測試是在測定車行駛狀態下完成的，并且需要分段檢測，按照檢測方案要求間隔一定距離后啟動測定車，并根據參數標準調速，獲取路面平整度相關數據[3]。以上兩種方法相比，激光平整度測定儀利用計算機系統采集數據，降低環境以及人為因素產生的干擾，其測量結果精度更高，并且速度更快，更加適用于大規模高速公路檢測中。

1.3 抗滑性檢測

抗滑性能也是高速公路瀝青路面試驗檢測中的重要指標之一。通常情況下采用手工鋪砂法進行檢測，該方法便于數據分析。具體來講，檢測過程中檢測人員以手工方式向路面鋪砂，且在輪跡帶上選擇測點，測點與邊緣應至少相距1m；將測點周圍路面清潔干凈（面積≥30cm×30cm），將潔凈的0.15～0.30mm砂均勻鋪在路面上，采用推平板按照從里向外方向重復攤鋪，并施加合適的力使砂向外攤開，填入瀝青路面凹凸不平的孔隙當中，最終砂攤鋪成圓形，表面上不得出現余砂，利用鋼板尺對所形成圓的兩個垂直方向的直徑展開測量，計算出平均值；相同位置平行方向上測定次數至少為3次，測點之間間隔為3～5m，利用測量數值可以計算出路面構造深度，計算公式為：

式（1）中：TD表示路面表面構造深度（mm）；V表示砂的體積（25m3）；D表示攤平砂的平均直徑（mm）。

目前也有電動鋪砂器，在測試范圍較大時應用鋪砂器可以提高操作效率，檢測過程中需要利用鋪砂器將砂攤鋪成寬度為5cm的帶狀，合理確定攤鋪長度后通過計算鋪砂器玻璃板上攤鋪砂厚度、路面構造深度完成抗滑性能評估。

1.4 無損檢測

1.4.1 攝影測量法

攝影測量法是路面試驗檢測中的一種新技術，通過高清晰度、高質量的攝影完成路面病害檢測。檢測過程中將高速攝像機安裝在汽車上，擺正位置后固定攝像機的角度，確保攝像過程中能夠準確將路面情況拍攝下來。通過攝像畫面分析路面病害情況及具體位置，并快速地對攝像帶內錄入的結果與數據進行分析與處理[4]。與其他檢測技術相比，其對路面結構無損傷，成本也較低，方便實際中操作。

1.4.2 探地雷達檢測

檢測過程中將探地雷達安裝在測試車上，行駛在檢測路面上后，探地雷達發射出電磁脈沖，在地下傳播中發現地下目標體介質出現差異后，電磁波會反射，經過對發射雷達波的處理，詳細分析其波形、雙程走時、強度、介電常數，對檢測目標體的幾何形態、空間位置等進行準確推斷，從而可以更精準地探測路面下隱蔽目標物情況，在發現空洞、脫空等病害上效率更高。利用三維探地雷達可以直觀反饋病害情況，具備其他檢測技術手段不具備的優勢。現階段使用的探地雷達探測深度可以達到1.5m，充分滿足瀝青路面檢測需求，其具體探測情況如圖1所示。

圖1 探地雷達探測示意圖

2 高速公路瀝青路面試驗檢測技術應用案例

2.1 工程概況

某高速公路是當地公路體系的重要組成部分，處在平原微丘地區，為雙向八車道，全長為52.921km，設計車速為110km/h，2003年建成后正式通車。其路面結構為：底基層采用粒徑為16～20cm的4%水泥穩定粒料修筑，基層采用粒徑為35cm的6%水泥穩定級配碎石修筑，面層由4cm厚的AK-16A瀝青混凝土以及6cm厚的AC-25I粗粒式瀝青混凝土修筑。

由于承載繁重的交通運輸任務，通車以來瀝青路面出現諸多類型病害且程度不一，肉眼可見的有裂縫、車轍等，病害發展較快，因此需要立即采取養護與預防措施，控制病害進一步發展，降低路面使用性能的衰減速度。但該高速公路為當地高速公路網中的主要道路，封閉交通進行全方位開挖式檢測存在困難。經過現場勘查與研究后決定通過三維探地雷達聯合落錘式彎沉儀完成瀝青路面檢測工作，檢測逐車道進行，在最大程度地降低對高速通車的干擾下提高檢測的全面性。

2.2 檢測方案

2.2.1 三維探地雷達檢測

此次檢測采用挪威3D-Radar公司推出的三維探地雷達，主機為GeoScope IV，天線陣為VX1821（長度為1.8m，擁有21對間距為7.5cm天線通道），采用天線均為空氣耦合式。基于含水區雷達反射更為強烈的原理，在檢測前于檢測路面灑水，待水滲入路面內且路面無明顯積水后展開檢測，采集反射雷達波；檢測中頻率設置為50～3050MHz，步進頻率設置為20MHz，每個頻率發射的時間為7.008μs，縱向采樣間距設定為2cm。在病害處，由于施工中對路面透水性設計不當或面層、基層之間黏合效果不好，導致層間充空氣或出現積水，結構層則發生脫離，因此該位置的雷達電磁波發生變化。充氣所致脫空、空洞病害區域頂部發射電磁波與激發電磁波有相同電位，但含水所致脫空、空洞病害區域頂部發射電磁波與激發電磁波的相位則完全相反，且從檢測中反饋的信號來看，含水脫空、空洞病害區域剖面圖上存在極強的多次波，干擾脫空、空洞區域下方信號[5]。

2.2.2 落錘式彎沉儀檢測

此次檢測中采用車載式落錘彎沉儀。在檢測路段內連續按點檢測，正式檢測前精準完成技術標定以及校核工作，確認無誤后組織檢測，需要現場完成彎沉儀可靠性確認，以傳統貝克曼梁彎沉檢測技術為基準，通過分析貝克曼梁彎沉儀測得回彈彎沉值與落錘彎沉儀測得動態彎沉值之間的關系進行判斷，此次檢測中兩項參數呈現出良好的線性關系，經過計算相關系數＞0.95，可以看出落錘彎沉儀具有良好的穩定性、可靠性，符合此次檢測要求。

在病害處，檢測人員落錘時逐步加力，彎沉測量值也處于增加狀態，利用平面坐標對彎沉值以及落錘力之間的關系進行分析，可以利用4個點完成曲線的擬合。正常情況下應為一條斜線，主要因瀝青路面在受到沖擊力后會出現彈性變形，且正常情況下斜線延長線會通過坐標原點，但出現脫空、空洞病害后斜線延長線無法正常通過坐標原點，基于此則可以判斷檢測位置存在脫空；在路面板角位置彎沉值＞0.20mm時可以直接判定為脫空。雖然落錘式彎沉儀不能對脫空的尺寸進行判定，但基于檢測結果，參照《公路技術狀況評定標準》（JTG 5210—2018）可以對脫空、空洞程度做出判斷，有輕微與嚴重兩種情況。

2.3 檢測結果

檢測八條車道后共發現7處病害，其中1處為空洞、6處為脫空，主要集中在左幅車道上（共計6處），并在1處發現大規模土體病害，集中出現在左幅二、三車道上。經過分析發現左幅車道病害相對集中位置為高速公路出口，且為連接兩個省份的重要道路，日常車流量過大，加之受氣候因素影響該區域降水豐沛，外部荷載以及自然降雨的綜合作用下使瀝青路面出現脫空與空洞，最大空洞尺寸達到13m×2m，病害繼續發展將對該路段行車安全構成極大威脅。兩項技術的詳細檢測結果如表1、表2所示。根據檢測結果應組織維修養護隊伍及時開挖確認病害情況，注漿修補，恢復行車安全。

表1 三維探地雷達檢測結果

表2 落錘式彎沉儀檢測結果

由表1、表2可以看出，兩種檢測方法對該高速公路瀝青路面病害判定完全一致，但采用三維探地雷達檢測可以測得病害的具體尺寸，落錘式彎沉儀檢測中僅能判斷是否存在病害。通過該案例可以確定在路面地下物體檢測過程中三維探地雷達檢測技術更加適用。

3 結語

綜上所述，通過對高速公路瀝青路面試驗檢測技術的研究與分析發現不同類型檢測技術的使用價值不同、適用情況不同，且檢測中操作復雜程度、檢測結果精準性不同，在實際檢測過程中需要根據檢測對象、檢測情況、檢測要求合理選擇檢測技術手段，并保證檢測過程中操作規范，以便提高檢測效率與結果準確率，準確判定瀝青路面病害的情況，為后續工作的開展提供可靠依據。