公路工程沥青路面施工现场试验检测技术

1 引言

高速公路基层以半刚性为主，沥青路面属于柔性路面，基层的质量缺陷向上延伸， 导致路面出现反射裂缝或其他形式的病害，同时受荷载、环境多因素的作用，沥青路面病害加重，车辆行驶时的平稳性下降，沥青路面的耐久性不足。 鉴于此，需探讨适应于沥青路面的质量检验技术， 准确判断沥青路面的病害，以便病害处治工作的有效进行。

2 公路沥青路面试验检测技术的常见形式

2.1 弯沉检测

2.1.1 落锤式弯沉仪法

重锤是落锤式弯沉仪检测中的重要装置， 准备合适质量的重锤，利用计算机控制系统调控重锤的位置，被提升至特定高度后释放，对沥青路面产生锤击动作，路面在受到重锤的锤击作用后出现瞬时变形。 于待测沥青路面布设多个测点，分别测定各点的变形数据， 基于测定数据确定动态荷载状态下路面的弯沉值。 计算机的信息收集能力和处理能力强，可根据试验检测数据生成可靠的结果。 落锤式弯沉仪具有装置精简、操作便捷的特点，即便存在较长里程的检测需求，也依然可有效完成试验检测。 配套软件用于修正数据，减小试验检测数据误差，获得真实可靠的试验检测结果。 现阶段，落锤式弯沉仪在公路沥青路面的弯沉检测中取得广泛应用[1]。

2.1.2 贝克曼梁弯沉检测

随着理论的深化和实践经验的积累， 贝克曼梁弯沉检测法日益成熟，在我国公路检测中的应用水平逐步提高，其属于静态测试方法，涉及弯沉仪、测试车、接触式路面温度仪等装置，其中弯沉仪由表架、贝克曼梁、百分表组成。 在我国高速公路试验检测中， 采用的是后轴达到100 kN 的BZZ-100 弯沉车，重量根据轴重要求做灵活的调整，弯沉车到位后，布设贝克曼梁，调整车头的姿态，使其恰好处于轴线前3～5 cm、后轴轮隙中间；支架维持稳定后，以5 km/gh 的速度匀速行驶。试验检测数据的读取在行驶距离大于影响半径后开始， 测试全程产生的当量直径和配重数据需得到修正。 贝克曼梁弯沉检测的操作相对复杂，涉及较多参数修正工作，如路面层摊铺厚度超过5 cm 同时温度超过20 ℃±2 ℃时， 还需安排温度修正，因此在较长里程公路沥青路面的检测中缺乏可行性。 仍值得肯定的是，贝克曼梁弯沉检测技术的理论扎实，且诸多沥青路面弯沉检测标准基于此项技术而产生，因此通用性较高，仍是沥青路面检测中的主流方法[2]。

3 激光平整度测定仪检测

高频率的检测仪器、 激光传感器、 数据采集系统联合运行，进行激光平整度测定仪检测活动。 车底部设置传感器，同时车底测试仪器发送激光束进行路面角度的测试， 传感器接收到信息后传输至系统，由软件针对数据加以处理。 测试活动在测定车辆行驶过程中进行，宜采取分段检测的方法，获得各段的平整度相关数据。 激光平整度测定仪检测的稳定性较好，人为因素和环境因素对其的干扰相对较小， 能够以较快的速度获得准确的测量结果， 在较大里程的高速公路沥青路面检测中具有可行性。

4 无损检测

4.1 摄影测量法

以高清晰度摄影的方式检测路面病害， 获得准确的检测结构。 在汽车上安装高速摄像机，调整位置后予以固定，随着测试车辆的行驶，利用摄像机完整记录路面影像资料。 测量产生的图像信息将及时得到处理， 准确反映病害的发生位置及具体程度。 相比其他的高速公路沥青路面检测方法，摄影测量法对路面结构无损伤，操作便捷，成本低。

4.2 探地雷达检测

在测试车上安装探地雷达， 由此装置发出电磁脉冲并向待测部位传播，遇目标体介质时电磁脉冲发生反射，针对收集到的发射雷达波进行处理，从波形、介电常数、强度、双程走时多方面进行分析，判断被测目标的分布位置及几何形态，掌握沥青路面隐蔽目标的实际状况。 通过探地雷达检测技术的应用，能够高效检测脱空、空洞等沥青路面病害。 三维探地雷达检测结果具有直观性，根据现有技术水平，探地雷达的探测深度达到1.5m，适用于绝大部分的沥青路面检测。

5 公路沥青路面试验检测技术的应用

5.1 工程概况

津蓟高速公路2022 年养护工程（K0+000～K116+300，116.3 km）总长116.3 km，为双向四车道。 路面底基层采用17 cm 石 灰粉∶煤灰∶碎石（6∶14∶80），下基 层采用17 cm 石灰粉∶煤灰∶碎石（6∶14∶80），上基层采用18 cm 的5%水泥稳定级配碎石，表面层采用Sup-13 改性沥青混凝土（4 cm），中面层采用Sup-20 中粒式改性沥青混凝土 （6 cm） 和底面层Sup-25 沥青混凝土（7 cm）。该工程是《天津市省级公路网规划（2012—2030 年）》“5 纵9 横”布局的第二纵北段，南起天津市东丽区金钟河大街平交， 北至天津市蓟州区大岭后隧道（津京界），途经本市六区，是连接津榆线、九园线、津围公路、沧桑线、京哈公路、宝平公路等天津北部市级公路干线以及津宁、京津、滨保、京哈、京秦等高速公路的重要通道，也是天津市重要的政治路线和旅游路线，对保障天津北部地区货运功能、带动蓟州旅游业的发展、促进沿线地区经济繁荣起着重要作用。

随着高速公路运营时间的增长，在行车荷载、自然条件等因素长期作用下，道路持续发生老化、破损，服务水平下降，一些病害已严重影响了道路的使用性能和使用寿命， 本高速公路承载繁重的交通运输任务，沿线车流量大、车辆重载化，随运营时间的延长，沥青路面显现出裂缝、车辙等病害，且有持续发展的迹象， 不利于交通安全， 因此有效控制病害至关重要。 高速公路的车流量大，封闭交通做全面开挖检测的可行性不足，考虑到该限制条件，拟采用三维探地雷达检测技术和落锤式弯沉仪检测法，以期在保证检测结果全面、准确的同时减小对现状交通的干扰。

5.2 检测方案

5.2.1 三维探地雷达检测方案

三维探地雷达主机采用GeoScopeIV， 配套空气耦合式VX1821 天线阵。 检测前向待测路面洒水，利用含水区雷达反射更加强烈的原理有效检测。 洒水量以水渗入路面且路表未见明显积水为宜， 各类检测仪器均通过检验后即可正式检测。 纵向采样间距设为2 cm，频率50～3 050 MHz，每个频率发射的时间为7.008 μs。 受路面透水设计不合理、面层与基层黏结不稳定的影响，层间存在空隙，此部位聚积较多的积水，伴随结构层脱离的问题，属于被测路段的主要病害，因此，此部位的雷达电磁波发生变化， 空隙所致病害部位顶部发射电磁波与激发电磁波的电位保持一致， 但含水所致病害部位顶部的波相位呈相反的关系，并且此部位剖面图中存在强烈的多次波[3]。

5.2.2 落锤式弯沉仪检测方案

在待测路段连续按点检测， 为保证检测活动的有效开展以及获得准确的检测结果，正式检测前进行技术标定及校核，确保弯沉仪可有效使用。 落锤式弯沉仪检测以传统贝克曼梁弯沉检测技术为基础， 对比分析落锤式弯沉仪测定的动态弯沉值和贝克曼梁弯沉仪测定的回弹弯沉值， 评价检测方法的可行性。在本次检测中，两项参数的相关系数＞0.95，具有良好的线性关系，表明落锤式弯沉仪在沥青路面病害检测中切实可行，获得的结果准确、全面，满足高速公路沥青路面检测要求。

在沥青路面病害检测中，适当加大落锤的力度，在较强外力作用下，实测的弯沉值随之增加。 弯沉值和落锤力的关系利用平面坐标进行反映，即生成拟合曲线。 在沥青路面正常使用的状态下，图形应呈一条斜线，原因在于冲击力的作用使得沥青路面产生弹性变形， 延伸斜线可以发现其延长线通过坐标原点；若被测沥青路面存在空洞、脱空等形式的病害，斜线的延长线偏离正常路径，无法通过坐标原点，因此可根据斜线的延长线是否通过坐标原点进行病害的判断。 路面板角处弯沉值超过0.20 mm 时，也表明被测沥青路面有脱空病害。落锤式弯沉仪可用于检测被测沥青路面是否脱空， 无法对其尺寸做出判断，但可参照JTG 5210—2018《公路技术状况评定标准》的相关评价方法， 结合检测结果针对存在的病害进行程度轻重的判断，即轻微或严重[4]。

5.3 检测结果分析及检测方法的可行性评价

经过对4 条车道的检测后发现1 处空洞和6 处脱空，病害的发生位置具有集中性， 其中6 处分布在左幅车道，1 处大规模土体病害分布在左幅一、 二车道。 结合路段分布情况来看，左幅车道病害对应的位置恰好是高速公路出口区域，此部位的车流量较大，车辆荷载作用较强，同时存在气候因素及其他环境因素的影响，在多因素的共同作用下，此区域有明显的脱空与空洞，并且病害具有持续扩展的发展趋势。 三维探地雷达、落锤式弯沉仪的检测结果，如表1、表2 所示。 养护队伍针对存在的脱空、空洞病害采取注浆修补措施，浆液被注入病害部位后发生固结，结构空缺区域恢复完整，高速公路通行条件得到改善，病害处理效果良好。

表1 三维探地雷达检测结果

表2 落锤式弯沉仪检测结果

对比分析两种方法的检测结果， 发现各自在判断高速公路沥青路面病害时具有较高的一致性， 有所区别的是落锤式弯沉仪检测仅能对被测沥青路面是否存在病害做出判断，无法进行尺寸的界定， 而三维探地雷达检测可在判断病害的同时确定病害的具体尺寸。 因此，在高速公路沥青路面的病害检测中， 三维探地雷达检测技术的适用性相对于落锤式弯沉仪检测方法更为突出。

6 结语