基于探坑法的路面结构病害测试方法研究*

王子彬 罗嘉敏 牛晓霞

(1.公路交通安全与应急保障技术及装备交通运输行业研发中心 广州 510420；2.广东华路交通科技有限公司 广州 510420)

探坑法源于考古发掘法，即挖一个较小的探坑以探明遗址布局和不同部位的地下状况，它是一种小型的垂直发掘方法。目前，该方法在多个领域均有应用。在公路工程方面，该方法应用在粗粒径石料填筑高路堤的施工质量检测中，即在填筑层碾压密实后，人工挖取一定直径，深度达到整个碾压层后的试坑，然后测量挖取出来的填料质量和试坑体积，从而换算填筑层压实密度[1]。另外，该方法也被应用于水利[2]及地质勘探工作中，为揭露地质现象和矿体产状等服务。

传统的钻孔取芯是路面结构破损检测方式之一，但是其取样区域小，部分路面结构损坏情况无法准确判别，例如路面车辙的各层发展情况。探坑法则可以根据病害类型选择开挖的形式和尺寸，从而实现路面病害原因的准确判定。

本文基于探坑法测试原理，针对沥青路面车辙、裂缝和坑槽等典型病害进行现场试验，分析其病害形成原因，提出一种规范性的路面结构病害测试方法，用于指导路面的病害调查和分析。

1 测试原理

探坑法主要是在调查区域内根据路面典型病害确定代表区域作为探测点，根据病害程度，从探测点道路表面层开始直到路基顶面，依次开挖坑槽，每层坑槽的深度以到达下层结构层顶面为宜，在开挖下一层之前，在该层进行物理指标测量并记录该层厚度和破坏特征，该探测点处病害的检测结果即为调查区域的病害检测结果[3]。现场探坑测试示意见图1。

1，2，3，4，5-路面各结构层。

2 现场试验分析

2.1 试验一。车辙结构病害测试

广东省某高速公路位于珠江三角洲的西部，属南亚热带海洋性季风气候区，夏长冬暖，雨量充沛，雨季长。夏季湿热，多台风暴雨。该高速于2010年建成通车，通车后不久出现了大面积车辙损坏，为查明病害发生的原因，进行了探坑开挖。

2.1.1探坑意义

通过开挖及取样观察路面车辙病害出现的深度，并对开挖取出的沥青混合料进行理论最大密度、抽提筛分、GTM旋转剪切及车辙动稳定度试验，以评价沥青和沥青混合料的高温稳定性能等。

2.1.2试验步骤

1) 采用3 m直尺横放在路面慢车道轮迹带上，对路面表面的车辙深度进行测量，确定典型车辙损坏路段。

2) 确定车辙路段后，每处开挖长约3 m，宽约40 cm的矩形槽，深度至下面层底，开挖后测量慢车道断面各层位的厚度及变形情况，路肩处断面开挖板不可扰动。

3) 采用切割机对其进行分段切割，取出切割试块，描述上面层、中面层和下面层的层厚，分析路面车辙的各层的变形。

4) 取沥青混合料进行室内对比试验，进行沥青性能(回收试验)、集料级配、沥青含量、沥青混合料动稳定度和高温稳定性等试验。

通过探坑，获得了车辙病害处的面层上、中、下各层的厚度，计算了各层压缩量；通过室内试验，获得了车辙处沥青混合料的级配、沥青含量和沥青的老化性能指标，以及沥青混合料整体的动稳定度和高温稳定性。由本次试验得知，该处车辙主要出现在沥青路面中、下面层，而上面层车辙占有量很少，主要原因是施工均匀性差，造成集料级配偏离设计要求，混合料级配明显偏细，沥青含量偏高，在车辆荷载作用下二次压密所致。

2.2 试验二。路面裂缝、坑槽损坏

另一条高速公路位于广东省中部，是国家规划重点公路的一部分，是跨省的交通大通道，于2005年建成通车。该高速经过多年的运营，出现了较多的路面损坏，如车辙、坑槽、裂缝等，为调查典型病害的形成原因，采用探坑法进行结构病害原因测试。

2.2.1开挖意义

通过探坑及取样观察路面裂缝、坑槽病害出现的深度，查找其产生的原因，根据不同的裂缝类型采取不同的处治措施。

2.2.2试验步骤

1) 通过人工徒步调查或自动化破损测试系统对测试路段进行路面破损调查，确定典型裂缝、坑槽损坏的位置。

2) 确定裂缝、坑槽开挖位置后，按照裂缝、坑槽走向标注矩形框。

3) 采用风镐沿着矩形框进行开挖，第一次开挖深度为上面层的厚度，将上面层集料清理干净后，记录中面层的裂缝、坑槽的发展情况，确定下层的开挖位置，开挖至基层。

4) 记录各层裂缝、坑槽的发展情况，判定病害发展的原因。

从本次探坑试验可知，该处横向裂缝属于明显的基层反射裂缝，其产生的主要原因是基层出现干缩和温缩开裂后，基层失去了抵抗拉应力的能力，在开裂位置将应力传递给面层，形成面层在开裂处的应力集中，导致面层拉裂，出现裂缝。

坑槽处主要是施工过程中出现集料离析，粗集料过于集中，集料间黏结能力不足出现松散，从而导致表面层剥落，在行车荷载和雨水等自然因素作用下，当剥落面积及深度增大到一定程度时，便形成了坑槽。

3 测试方法

根据探坑法测试原理和现场试验分析，总结基于探坑法的路面结构病害检测方法如下。

3.1 测试目的和适用范围

本方法适用于以逐层开挖的方式检查路面结构内部损坏状况的工程，可为路面的养护维修决策提供依据。另外，根据调查需要，可进一步测试路面结构的其他性能指标，例如，CBR(加州承载比)、回弹模量、含水量、集料级配及沥青性能等指标，进一步分析路面病害形成原因。

3.2 仪具与技术要求

主要开挖设备包括风镐、切割机、量尺、铁锹、凿子、锤子、小铲扫帚或毛刷、吹风机等。其中最为关键的仪具是风镐和切割机，风镐需配有多种型号钎子的手持式空压风镐破碎机，以备开挖时个别细微位置的需要。切割机刀片直径大于500 mm，切缝深度大于240 mm，主要是考虑观察车辙病害时采用，同时也可使开挖方便并使开挖位置边缘保持整齐，利于回填。观察其他病害时也可根据需要选用。

3.3 测试步骤

测试前，在调查区域内根据路面典型病害的类别和检查目的确定代表区域作为检测点，并确定检查部位的路面结构层数。现场测试主要包括以下步骤。

1) 检测观察部位，若路面不洁妨碍观测时，应采用扫帚或毛刷清扫路面，并用路用吹风机吹干净病害位置的灰尘。

2) 观测检测部位路表病害，并记录破损情况。

3) 根据病害严重程度确定开挖矩形形状的边长L纵、L横。若为坑槽或龟裂病害时，应在病害边缘位置沿路线横断面进行画线，确定开挖边长L横，须大于严重病害在横断面位置的包络宽度；沿L横两端且与其垂直的病害方向纵向画线(2条)，确定开挖的另一边长L纵，其长度不小于病害在路线纵向的长度；最后将2条L纵端点连接，形成要开挖的矩形框，为便于观测，其中底层长度和宽度不宜小于400 mm。

4) 沿画线位置用手持式风镐将上面层材料开挖干净，表面层的开挖深度以达到下一层顶面为宜，注意尽可能避免触碰到下面层，特别是在裂缝位置，并尽量减少对周围路面结构的扰动。

5) 用风镐或凿子、锤子将上面层四周修理到位，用铁锹或小铲将废料铲出，用毛刷或吹风机将开挖的第一层坑槽底部及四周的浮尘和松散废料清理干净，保证准确记录病害状况。

6) 完成第一层的开挖及检测后，观测描述第二层表面病害特征并记录破损情况。

7) 重复上述步骤至病害消失的层位为止。第二层以后的各层开挖宜每边比上一层对应边长缩短150 mm，即开挖成台阶状，台阶宽度不宜小于100 mm。

8) 记录各层厚度时，可用500 mm的钢尺沿坑槽四角及每边中间部位测量其不同断面的厚度，取所测厚度的平均值作为该层的厚度，准确至1 mm；调查车辙病害时，采用路面切缝机垂直车辙方向横向切割整个面层，使之形成一个光滑的横断面，用钢尺量测断面上、中、下面层不同位置的厚度值，准确至1 mm。

9) 开挖过程也可以根据需要测试相应层位的材料模量、含水率等指标。

10) 完成各层开挖及检测，直到检测并记录完最后一层的测试数据。根据需要，整个检测过程可拍摄照片或录像备查。

3.4 测试结果处理

在上述测试过程中记录统计各检测位置的病害情况，作为整个调查区域的病害现场检测结果，并简析结构损伤原因及处理建议。另外，可进一步结合现场或者室内试验获得的其他性能指标，对测试路段的典型病害形成原因进行分析总结，并给出合理化养护处治建议。

4 结语

为解决和规范路面结构病害的测试，借鉴考古挖掘中使用的探坑测试方法，结合公路病害调查和病害养护的工程状况，在不同路段选取了典型路面病害，利用探抗法测试原理，对路面车辙、路面反射裂缝和坑槽位置进行了针对性的现场开挖试验，总结了基于探抗法的路面结构病害测试方法，可用来规范指导路面结构病害原因的测试和调查，指导路面结构病害养护处治。

[1] 刘宇，刘大超，吕灿光.粗粒径石料填筑高路堤的施工质量控制与检测[J].路基工程，2002(3):60-61．

[2] 罗瑞坤.用探坑法确定土壤侵蚀模数[J].东北水利水电，2003(6):52．

[3] 陈江，申全军，马士杰,等.路面病害破损检测方法：200810014832.3[P].2008-03-20.