高速公路沥青路面结构强度弯沉检测技术研究.pdf

交通世界TRANSPOWORLD0 引言沥青路面施工是高速公路建设施工的重要内容，其结构性能的优劣对公路的使用寿命具有直接影响。在高速公路沥青路面运营阶段，受到车辆荷载或天气等因素影响，路面结构会逐渐出现形变或损伤等问题，影响车辆的行驶安全。因此，应做好沥青路面结构弯沉的检测工作。我国现行的沥青路面结构强度弯沉检测主要采用钻芯法1，由于这种检测方法存在破坏原有的路面结构、检测效率较差且精准度不高等问题，本文研究一种新型的沥青路面结构强度弯沉检测技术。1 工程概况贵州某高速公路于2005年建成通车至今，由于修建时间较早，高速公路沿线多处沥青路面都出现了较为严重的沉降或损伤，有些地段还出现了较大面积的裂缝、坑槽及拥包等病害，对高速公路安全通行产生了威胁，亟需对其进行全路段的维修养护。该高速公路全长约103 km。在对高速公路沥青路面进行养护作业前，需要通过路面弯沉检测评估路面的健康状况。2 沥青路面弯沉无损检测方案厚度和弯沉是检测沥青路面结构承载力的两个重要指标，也是评价沥青路面施工质量的重要标准，直接关系到道路的施工质量。路面弯沉是指在规定的标准轴载作用下，路面表面轮隙位置产生的总垂直变形或垂直回弹变形值，反映了路面结构层及土基的整体强度和刚度。目前，路面弯沉检测是我国公路路面进行强度检测的一个重要指标，也是检测沥青路面抗压性能和平整度的主要数据参数2。2.1 检测设备本次研究使用的主要检测仪器为JG-2000型激光式高速弯沉仪，主要由装载车、激光测量装置及数据采集系统构成，通过驾驶装载车在待检测沥青路面上高速行驶过程中，采取激光测量装置对路面弯沉进行检测，利用数据采集系统将测量的路面弯沉值进行完整记录并分析研判3。装载车的底盘为我国重汽专用3 360轴距轻卡底盘，车体配重使装载车轴载达到120 kN，以此模拟公路沥青路面日常承受车辆荷载情况，如图1所示。图1 装载车对沥青路面结构作用力示意图为满足高速弯沉仪的检测需要，通过将装载车改装为半封闭式的工作间并在车厢尾部安装一个小型简易发电室，实现为激光测量装置及数据采集系统提供电力支持的目的。激光测量装置是整个激光式高速弯沉仪的关键组成部分，该装置是实现弯沉无损检测的基础，主要由导向、测量、提升以及制动等机构组成。其中，导向机构负责控制测量机构的转向，使弯沉仪测量机构可以与装载车行驶方向同步；测量机构上设置激光传感器，其是弯沉值采集工作的核心。数据采集系统不仅可以采集并存储沥青路面弯沉值，而且控制着整个激光式高速弯沉仪的运行过程4。在使用激光式高速弯沉仪检测沥青路面弯沉时，装载车会以一定的速度行驶在路面上。收稿日期：2022-12-11作者简介：罗品（1987），男，贵州贵阳人，工程师，研究方向为公路工程试验检测。高速公路沥青路面结构强度弯沉检测技术研究罗品（贵州顺康检测股份有限公司，贵州 贵阳 550000）摘要：为解决传统检测技术会破坏路面结构且存在漏检现象的问题，结合贵州某公路工程实例，采用JG-2000型激光式高速弯沉仪采集沥青路面结构强度值。检测结果表明：采集的沥青路面结构强度值符合正态分布规律，根据弯沉代表值与检测值评价选取的路段沥青路面结构强度显示处于中次状况，验证了该检测技术精度较高，可为同类工程提供参考。关键词：高速公路；沥青路面；结构强度；弯沉仪；无损检测技术中图分类号：U416文献标识码：B73总658期2023年第28期（10月 上）如果路面某处存在弯沉，测量装置会在该位置处发生位移并利用激光传感器测量得到位移的准确数据，实现对沥青路面结构的弯沉无损检测。2.2 检测流程检测路面弯沉值时，应确定以每公里每一双车道为评定路段，每路段检查要设置80100个点，对多车道公路必须按车道数与双车道之比相应增加测点数。弯沉仪由贝克曼梁、百分表及表架组成，弯沉仪长度有两种，一种为3.6 m，其前后臂分别为2.4 m 和1.2 m；另一种加长的弯沉仪长 5.4 m，前后臂分别为 3.6 m 和1.8 m。当在半刚性基层沥青路面上测定时，主要采用长度为5.4 m 的贝克曼梁弯沉仪和 BZZ-100的标准车。随着路面刚度的提高，弯沉仪影响半径会越来越大，弯沉强度检测的表层区域受天气影响变化较大，需要确定温度为测定弯沉的标准状态，当沥青面层厚度小于或等于5 cm 时不需要进行温度修正，其他情况下测定弯沉值都要进行温度修正。通过在牵引车上安装计算机控制系统，对路面距离的测量和对路面进行回弹测定等方法实现对路面承载能力的综合判断。检测过程中，在高速公路上选择一段弯沉值水平不同的路段，并在该路段沿线每隔15 m使用自喷漆进行检测点标记，将距离起始检测点100 m的位置作为高速弯沉仪的加速起点。根据公路路基路面现场测试规程（JTG E602008）中所提方法对沥青路面弯沉无损检测工作，设置好激光式高速弯沉仪各项参数，驾驶承载车在检测路段的前100 m位置处进行加速，待行驶至检测起始点后，要控制承载车以65 km/h的速度进行匀速行驶，最大限度地控制激光器的光点与标记的检测点之间始终处于同一直线上。当承载车行驶过检测终点后停止弯沉值采集并统计处理各检测点的采集数据，即可获得沥青路面弯沉值，根据弯沉值计算出路面结构强度指标，弯沉值计算公式为：Q=w0w1（1）式（1）中：Q为沥青路面结构强度指标；w0为沥青路面结构的设计弯沉值；w1为沥青路面结构的实测弯沉值。通过式（1）所求强度指数即可评价出沥青路面结构强度的优劣状况，如式（2）所示：P=11+m0em1Q（2）式（2）中：P为沥青路面结构强度指数；m0、m1为模型参数。如果P 0.95，表示该高速公路沥青路面结构强度处于优等状况；如果0.95 P 0.8，表示该高速公路沥青路面结构强度处于良好状况；如果0.8 P 0.7，表示该高速公路沥青路面结构强度处于中等状况；如果P 0.7，表示该高速公路沥青路面结构强度处于次等状况。3 检测结果弯沉值是指在垂直荷载作用下促使路基层和路面层产生垂直变形，通过检测弯沉值数据可以反映出道路各结构层的施工质量，主要反映出其刚度的技术指标。对于同一种道路结构层，如果材料、配合比及施工条件等因素基本相同，并在检测过程中加载汽车荷载也相同的情况下，所检测弯沉值小就表示其结构层产生的变形越小，反映出其刚度就大；反之，如果弯沉值越大，其产生的变形就会越大，反映其刚度就会越小。3.1 路面弯沉值在完成对该高速公路沥青路面弯沉无损检测之后，实地采集各路段的路面弯沉值如表1所示。表1 部分沥青路面弯沉值桩号（1=K0+242K1+242）15913172125293236404448路面左幅弯沉值/0.01 mm56.957.348.49.214.831.628.4100.094.275.386.164.068.3路面右幅弯沉值/0.01 mm58.059.150.710.113.233.427.998.795.474.887.565.667.7由表1可知，在该高速公路沿线左右幅的同一路段中，沥青路面弯沉值较为接近，但路面同一幅侧的结构弯沉值之间差异较大，左幅最大值已经达到了 100（0.01 mm），而最小值仅为9.2（0.01 mm），两者相差较大，可见同一沥青路面的不同路段整体结构力学状况并不一致，从而导致了各路段的路面弯沉值差距较大。因为该高速公路已经运营超过20年，原来的沥青路面工程施工质量控制与验收标准要求不同，造成了路面结构性能的均匀性较差，加之该公路行驶的超载车辆较多，路面承受荷载较大，都导致路面结构性能出现了大幅度地衰减，所以各路段弯沉值差异较大。弯沉值的计算公式为：W0=-W1+C（3）式（3）中：W0为沥青路面结构的弯沉值；-W1为实地采集弯沉值的平均数；为正态分布的保证系数值；C为实地采集弯沉值的标准差。由此式可知，正常情况下高速公路沥青路面结构弯沉值应符合正态分布，所以可以根据实地采集弯沉值的分布情况来判断本文所提74交通世界TRANSPOWORLD检测技术的精度，图2为本次研究得到的全部沥青路面结构弯沉值分布情况。图2 沥青路面结构弯沉值分布图由图2可知，采集的沥青路面结构弯沉值符合正态分布规律，说明基于弯沉仪检测技术的检测结果精度更高。3.2 路面各结构层强度在获得沥青路面结构的弯沉值并结合弯沉盆进行模量反演，即可评估出该沥青路面各结构层的强度。利用弯沉值进行模量反演过程中，一般需要沥青路面各结构层的厚度、泊松比等参数，如表2所示。表2 沥青路面各结构层模量反演参数路面结构层沥青磨耗层混凝土垫层水泥稳定碎石基层水泥稳定底基层厚度/cm1218202428351521模量值/MPa2 0008 0001 0006 0003 0005 0002 0005 000泊松比0.240.240.250.28由表 2 可知，本次研究主要采用四层模量反演体系，基于表中参数进行反演得到沥青路面各结构层的模量值，沥青路面各结构层的强度如图3所示。图3 沥青路面各结构层模量值由图3可知，沥青路面各结构层的模量值大小分布情况并不相同，也就是不同路段的结构层强度大小不相同，而且在同一路段内的各结构层强度分布也不尽相同。根据沥青路面各结构层的整体模量均值可知，沥青路面各结构层强度大小顺序为：水泥稳定碎石基层混凝土垫层沥青磨耗层水泥稳定底基层，按照文中上述内容进一步评价该路段沥青路面结构的强度状况，结果如表3所示。表3 沥青路面结构强度评价结果桩号（1=K0+242K1+242）15913172125293236404448强度指标Q0.850.810.880.750.780.630.610.790.730.750.640.860.70强度指数P0.760.740.780.690.710.580.540.720.670.690.590.770.62评价结果中中中次中次次中次次次中次由表3可知，研究选取的高速公路路段内，其沥青路面的结构强度都是处于中、次状况水平，符合检测预期结果。4 结束语为评估高速公路沥青路面结构健康状况，本文基于弯沉仪设计了一种新型的路面结构强度弯沉检测技术。检测结果验证了此项检测技术性能优越，可以更加准确地检测高速公路沥青路面结构强度的弯沉值，并准确掌握高速公路路面结构层的强度指数，可为同类高速公路的路面结构检测提供一定的参考。参考文献：1 徐艳玲，唐伯明，朱洪洲，等.高速弯沉仪检测技术研究进展J.公路交通科技，2021，38（4）：16-27.2 吴韩，曾志刚，柳刚.基于落锤式弯沉仪的路面冷再生设计与施工J.筑路机械与施工机械化，2020，37（10）：4-8.3 张勇敢，刘斯宏，鲁洋，等.袋装膨胀土强度变形特性及其碾压质量控制与检测J.河海大学学报（自然科学版），2022，50（5）：118-123.4 李霖，江睿南.基于等距测定的弯沉对沥青路面裂缝影响范围的研究J.公路交通科技，2021，38（7）：17-21.75