快速无损检测技术在高速公路建设中的应用

王东辉，齐卫明，刁成伟

(1.中国铁建大桥工程局集团第一工程有限公司,辽宁 大连 116000； 2.中铁建海南投资有限公司，海南 陵水 572400)

近年来，随着国民经济的快速发展，交通运输业也得到了快速发展，特别是公路运输方式对国民经济的蓬勃发展起到了重要作用[1]。同时，随着服役时间增加，高速公路检测、养护等问题显现，特别是在已建成通车的高速公路路段，出现了明显的破损裂缝、路面不平整等现象，直接影响了高速公路的使用寿命和车辆的安全[2]。而造成路面使用效果下降的关键因素之一就是路面均匀性差[3-6]，这与沥青路面在建设期间没有控制好路面施工质量，或难以控制全部路面施工质量有直接关系。集料离析会改变沥青混合料的性能，加速其劣化，造成沥青路面耐久性变差[7-8]。路面均匀度还会影响车辆的安全性、使用寿命和乘客的舒适性，抗滑不好可能在路面后期服役过程中，引发一系列安全问题[9]。平整度较差的路面会对车辆行驶产生阻力，使车辆产生振动颠簸，妨碍车辆的行驶安全，并造成局部积水，加速路面破坏速度。为了使车辆安全行驶，乘客感到舒适，道路使用寿命的增长，路面平整度的检测就显得尤为重要[10]。

沥青混合料的特性和施工质量直接影响沥青路面的使用性能和使用寿命。现场压实均匀性是影响沥青路面性能的最关键因素之一，并且是保证路面长期服役性能的关键影响因素之一[11]。即使材料设计完美，路面表面平整，沥青路面芯样各项指标均合格，但密度分布不均匀，也无法获得较好的路面使用性能[12]。因此，确保摊铺层的压实均匀性是必要的。

目前针对沥青路面的检测和评估多采用取芯等破坏性的方法，且受限于施工单位工地试验室试验人员水平限制，补芯效果较差，导致新建路面发生一系列早期病害。随着科技进步，更多路面性能新型快速检测设备被开发出来，用于路面均匀性等指标的检测，这对于控制路面施工质量，具有较好促进作用。

1 试验路段概况

海南省某高速在主线AC-20C沥青中面层施工期间，使用沥青路面快速检测设备对施工过程进行检测和分析，根据检测结果及时对施工参数进行调整和改进。本项目检测路段中面层设计厚度6.0 cm，施工宽度约10.5 m。

1.1 原材料

采用海南省华兴石场生产的玄武岩粗集料和细集料；矿粉为海南蓝岛环保产业有限公司生产的碳酸钙粉；水泥为平泉冀东水泥有限公司P.SA32.5水泥；沥青采用海南天佑沥青有限公司供应的泰普克牌SBS(I-D)改性沥青；设计油石比(质量比)为4.6%。

1.2 配合比资料

由于该项目所采用的玄武岩粗集料碎石有一定的多孔玄武岩含量，在进行配合比设计时，使用传统的马歇尔设计方法，难以模拟路面真实碾压效果，因此，本项目采用美国Superpave设计方法。中面层AC-20C沥青混合料配合比，如表1,图1所示。

表1 级配组成

2 快速无损检测方法

1)路面平整度测试。Walking Profiler G3高精度手推式断面仪(见图2)，其原理采用的是1/4汽车模型来模拟车辆在80 km/h的时速时，积累相对位移与行驶距离的比值。测试长度500 m，测试方案如图3所示。

2)路面施工均匀性检测。激光断面仪(如图4所示)通过向路面投射激光，获取路表纹理轮廓信息(见图5)，通过计算求得路面的平均剖面深度MPD。测试长度及方案，参照激光平整度仪。

3)全断面渗水状况及均匀性检测。全断面渗水状况测试纵向按5 m间距，横向按1 m间隔划分路面测试单元，根据路面温度分布情况，结合特征点渗水测试值，得到全断面渗水分布状况。根据设计文件，中面层渗水系数划分范围见表2。

表2 中面层渗水系数范围划分

4)路面压实均匀性检测。相对于沥青表面状况的均匀性，沥青路面结构体均匀性更难以检测且关系到路面的结构耐久性。采用无核密度仪对中面层测试段按照横向间隔1 m，纵向间隔1 m测试10个断面，测试长度为10 m。

3 检测结果及分析

3.1 平整度测试结果

各纵断面IRI大小统计结果见表3,表4。

从表3可以看出，所测路段纵向IRI均值为1.30 m/km,符合设计要求。从表4可以看出，IRI分布在0～2之间的比例为84.1%。路面平整度整体分布规律为：摊铺路幅中间位置平整度明显优于路幅边部位置。

表3 各点IRI数据统计结果 m/km

表4 各点IRI数据统计分布结果

根据经验值σ=0.6IRI将IRI转化σ，得到表5各点的数据统计结果，并生成测试区间标准差σ分布。

表5 各点数据统计分布结果

分析看出：按照σ≤1.5 mm的标准，路面整体合格率为94.0%，平整度较好。

3.2 纹理深度测试结果

将检测数据绘制成等高线热点图6。

路面激光纹理构造深度每1 m记录一个测试结果，将采集的数据进行统计学整理，得到表6。

表6 激光断面平均构造深度测试数据(1号)

根据表6，图6，路面总体构造深度平均值为1.10 mm；摊铺路幅中间位置纹理深度明显小于路幅边部位置，说明在进行摊铺碾压时，中间位置所受到的压实功较边部更多。

利用数理统计方法对试验路检测数据进行分析，根据文献[13]的统计方法进行分析，则判定标准及分布情况如表7，表8所示。

表7 表面颗粒离析判别标准(期望值1.0 mm)

表8 表面颗粒均匀性判别标准及各等级所占比例(1号)

如图7所示，细离析占比2.01%，非离析占比78.26%，轻微粗离析占比19.73%，中、重度粗离析占比0%。从检测可以看出，施工还有待进一步加强较少轻度粗离析的占比。

3.3 全断面渗水状况测试结果

路面红外测试中(见图8)，选择标记点的渗水系数资料与标记点的温度检测值之间建立相关关系，该相关关系可以将全断面的温度资料换算成渗水资料，即可分析全断面的渗水状况。路表温度与渗水系数关系见图9。

根据图9，路表温度与渗水系数之间符合指数函数关系，且得到R2=0.963 4，说明两者之间具有较好的相关性。将全断面渗水系数使用origin软件制成云图10。

根据图10，中面层试验段渗水系数均小于150 mL/min，图10中不同渗水系数点分布较为均匀，整体满足设计要求，说明测试路段施工均匀性较好。

3.4 压实均匀性测试结果

通过无核密度仪测得各点密度及空隙率，再通过取芯标定的方法得到测试路段的整体空隙率情况。根据空隙率将离析划分为细离析、非离析、中度粗离析和重度粗离析四个等级，如表9所示，通过灰度图直观显示离析情况，以此平均测试路段各个断面的压实效果。

表9 密度均匀性判别标准

采用无核密度仪对中面层按照横向间隔1 m，纵向间隔1 m测试10个断面，测点总数为210个(见表10，表11，图11，图12)。

表10 无核密度仪空隙率检测结果(桩号：ZK27+220～ZK27+240)

表11 无核密度仪离析程度分析结果

由表10,表11，图11,图12可知，中面层整体空隙率控制偏小，总体空隙率为3.29%。总体空隙率稍微偏低，且非离析占比仅为78%，施工均匀性有待于进一步提高。

4 结论

从快速无损检测结果评价得到如下结论：

1)本文使用的检测方法可以比较快速且形象的检测沥青路面施工后的性能指标，并且对路面不会造成损害，相较于传统检测评价方法，具有较大优势。

2)沥青路面进行全幅摊铺施工时，路幅中间位置受到的压实功一般会大于路幅边部，因此，从全路面结构均匀性和路面耐久性考虑，在施工中应特别注意路幅边部碾压，提高路面施工均匀性。

3)从提升路面施工质量考虑，建议在进行沥青路面摊铺施工时，尽量减少摊铺机停机收斗次数，摊铺速度与螺旋布料器速度相匹配，并做好碾压测温工作。