沥青路面病害无损检测及养护技术研究

张少兴

摘 要：为了研究沥青路面病害无损检测及养护关键技术，重点介绍了无损检测技术中具有代表性的三维探地雷达检测技术。依托实际工程，重点研究了三维地探雷达检测方法的可靠性。研究结果表明：三维探地雷达检测技术可以准确判定病害发生的层位;雷达扫描可以发现未反映到表面的病害和隐患;三维探地雷达技术可以有效识别道路内的脱空、沉陷、裂缝和严重疏松等病害。

关键词：沥青路面;病害;三维探地雷达;无损检测;养护

与水泥混凝土路面相比，沥青路面更为平整、舒适，并且维修时间短、路面无接缝，所以，高速公路等高等级公路的路面多采用沥青材料。沥青路面施工不但要建立完善的沥青路面施工标准，还要深入研究沥青路面的养护技术，在这方面我国十分重视，2001年我国出台了《公路沥青路面养护技术规范》（JTJ-073.2-2001）。但是，在沥青路面的使用过程中，路面病害严重影响着沥青路面的平整度，影响着沥青公路的正常使用，所以对于沥青路面的病害必须引起足够的重视。

一、无损检测和养护

（一）三维探地雷达检测技术

为了满足现代道路建设需求，道路检测和养护中开始应用大量无损检测新技术，主要有频谱分析技术、超声波技术、激光技术、探地雷达技术等。三维探地雷达无损检测技术技术由探地雷达技术发展而来，由单一天线发展到雷达阵列天线，主要用于检测结构层厚度、沥青路面均匀性和道路内部潜在病害。三维探地雷达技术利用宽带短脉冲电磁波的传播特性形成地下物体的高精度图像。电磁波在传播时，若遇到介电特性不同的物质分界面，会反射给阵列天线。由于不同

介质的电导率和介电常数不同，反射电磁波的振幅、相位和频谱等特征会发生变化，阵列天线接收并处理形成雷达波图像，从水平面、横断面、纵断面三个角度可以观测地下目标体的结构层位置、介电特性及几何形态，从而掌握路面结构层厚度的变化情况和路面结构内部的病害情况。

（二）病害检测

三维地探雷达检测技术可以识别基层脱空、沉陷、裂缝发育、含水率不均匀等病害或隐患。从纵断面、横断面、水平面的三维视角检测路面、路基病害。读取图像时，同相轴、反射波的振幅和方向、常见道路材料的介电常数是需要重点关注的因素，同时结合道路结构设计情况与实际使用的探地雷达性能，综合考虑。

1、裂缝

裂缝在纵断面与横断面图像上较难发现，但在路表水平面上可以直接识别。水平面图像可以观测裂缝的走向与裂缝的长度，但目前探地雷达技术无法识别裂缝宽度。裂缝在深度方向的定位可以知道裂缝在哪一层位开始与结束。

2、车辙

车辙是指沥青面层形成中间凹陷两侧隆起的永久变形，雷达横断面图像中会显示为“W”变形。我国沥青混凝土路面多为刚度较大的半刚性基层，永久变形主要发生在面层结构中，因此雷达图像中“W”变形主要出现在道路面层。

3、路基松散

路基压实不充分时，结构层各部分的含水率和密度不均匀，电磁波在不均匀介质中传播时会发生不规则反射，在雷达纵断面图像中表现为振幅较大、相位不连续的波形，即“两黑夹一白”和“两白夹一黑”大量交错。

4、脱空和空洞

空洞墙体填充介质与其周围介质存在较大的电性差异，接触面界面反射振幅会明显增大，雷达纵断面和横断面图像显示为两侧存在较强的绕射波，形成“两黑夹一白”或“两白夹一黑”的高亮曲线。当填充介质为气体时，反射电磁波的相位发生反向;当填充介质为水时，反射电磁波的相位不变，从而判断空洞和脱空的性质。

5、路基沉陷

路基沉陷导致路面各结构层跟随路基产生变形，在雷达纵断面图像上路基沉陷表现为反射波形整体出现凹陷状态。

（三）养护措施

1、裂缝灌封

改性沥青或热熔密封胶可以直接灌缝宽度在6mm以下的细小裂缝。对宽度在6mm以上的较深裂缝，要进行开槽和帖缝处理，能够有效黏结裂缝两侧沥青混凝土，防止雨水下渗。

2、注浆法加固基层

将水泥或石灰浆通过导管注入到地下空洞和脱空中，或利用流动浆液的渗透、挤压和劈裂效果，提高基层密实度和回弹模量，从而改善其物理力学性能，形成强度高、稳定性好、抗渗性能强的新结构层。注浆法施工时不需要挖除原路的路面结构，施工简单迅速。

3、翻修重建

翻修重建是解决路面结构病害的最有效方法，是目前道路养护工程中的主要处治方法。当道路基层的结构强度基本丧失或完全失去承载能力时，应对整个道路的结构层进行翻修重建，将道路的面层、基层、底基层以及发生损坏的部分路基全部挖除，重新铺筑道路的各结构层。该方法能够彻底改善路用性能，缺点是成本高、影响道路正常通车。

二、工程实践

（一）工程概况

某高速公路在建设过程中沥青路面出现沉陷，面层沉陷长度达11.5m，宽度达3.8m。采用三维探地雷达檢测沉陷区域地下结构病害情况。其各层结构设计如下：上面层为4cmAC-16Ⅰ的中粒式沥青混凝土，中面层为5cmAC-20Ⅰ型中粒式沥青混凝土，下面层为6cmAC25Ⅰ型粗粒式沥青混凝土。上基层为19cm水泥稳定碎石，下基层为19cm水泥碎石，底基层20cm石灰土。

（二）检测结果

道路右幅有43m2明显沉陷，路基区域脱空严重，脱空所在深度约为1.5m，但无法计算空洞高度。道路左幅有明显开裂，有约1.3m宽的10m2沉陷，且路基区域存在明显脱空，深度约为1.5m，但无法计算空洞高度。两处脱空“两黑夹一白”，反射系数为负，说明两处空洞被水填充。

（三）结果验证

为了验证三维探地雷达技术识别脱空病害的准确性，本文采用现场踏勘、钻芯取样方法进行对比。结果表明，在地下1.5～3m位置存在空洞病害，空洞高度约1.5m，这充分证明了三维探地雷达识别病害的准确性。钻芯取样结果发现脱空深度达到1.5m时，三维探地雷达无法识别空洞高度。这是由于该路段检测前有降雨，导致路面结构层含水率较高，当空洞位置较深时，高频电磁波在传播过程中衰减较大，识别率大幅下降。

（四）病害养护

分析该路段病害成因，发现施工时路基压实度不够，雨水冲刷和浸泡路基致使路基强度下降，在大车辆荷载作用下产生了路基沉陷的现象。针对上面描述的现象，确定采用注浆法加固路基。采用为0.5水灰比、R32.5复合硅酸盐水泥的浆液。管口压力设置为0.2～0.4MPa，瞬间压力达到0.5MPa时终止灌浆。注浆深度为1.0～11.5m，0.6m为一段分段注浆。加固处理后，该路段未再出现明显的路基沉陷病害特征。

三、结语

三维探地雷达检测技术可以准确测定病害发生的层位，能够取代传统钻芯取样方法。雷达扫描可以发现深层隐藏的纵裂、横裂等未反映到表面的病害。三维探地雷达检测技术能有效检测出道路内部的脱空、沉陷、裂缝和严重疏松等病害或隐患，但是在更深层病害、含水量、裂缝宽度测定等其他方面的应用还有待改善。

参考文献：

[1]刘涛.基于无损检测方法的沥青路面介电特性与施工质量评价研究[D].广州：华南理工大学，2016.

[2]王海宁.三维探地雷达在道路地下病害体探测中的应用[J].中国煤炭地质，2018，30（08）：70-74.

[3]王留涛.道路病害的无损检测技术研究[J].住宅与房地产，2018（15）：272.

[4]银卓.探地雷达在道路检测技术中的应用性研究[D].长沙：长沙理工大学，2015.

[5]王永胜，孔永健.AASHTO沥青路面结构设计方法在我国的适用性研究[J].北方交通大学学报，2004（8）：94-96.

[6]沈金安，李福普，陈景.高速公路沥青路面早期损坏分析与防止对策[M].北京：人民交通出版社，2004.