基于PQI的路面压实质量评价研究

石育韪

(黑龙江省龙建路桥第四工程有限公司，黑龙江 哈尔滨 150070)

1 项目研究依托背景

本项目研究实施依托国道丹阿公路呼玛至十八站段改扩建工程项目的A1沥青路面面层施工完成。国道丹东至阿勒泰公路呼玛至十八站段起于国道丹阿公路呼玛县呼玛河大桥北侧桥头处，止于国道丹阿公路与省道十室公路交叉处，全长155.096 km，其中：新建38.383 km，利用旧路改扩建116.713 km。

全线采用二级路标准，设计速度60 km/h，路基宽度10 m，兴华乡、十八站乡过境路段采用10 m全宽路面，其他路段路面宽度8.5 m。路面结构分为两大类；

1.1 新线路面面层

上面层：5 cmAC-16中粒式改性沥青混凝土

下面层：6 cmAC-20中粒式沥青混凝土

基层：20 cm4.5%水泥稳定碎石基层(设计强度3.5 MPa)

底基层：30 cm5%水泥稳定砂砾碎石底基层(设计强度2.5 MPa)

1.2 旧路面加铺段面层

上面层：5 cmAC-16中粒式改性沥青混凝土

下面层：6 cmAC-20中粒式沥青混凝土

基层：20 cm4.5%水泥稳定碎石基层及找平层(设计强度3.5 MPa)

2 基于PQI的沥青层压实质量评价

2.1 沥青层PQI压实数据采集方法

(1)路段的选取和测点布置

①路段的选择

在采用PQI对沥青面层压实质量评价时，评价路段必须是在同一天完成的施工路段，检测路段的评价长度可以是一天的施工长度，也可以是某一施工组织的路段长度，最好是跟踪检测，即压实完成后就开始检测。

②测点的布置

测点的布置方式是沿路线方向每隔20 m选择一个横断面，当检测路段为二级及二级以下公路时，当半幅检测时，每个横断面布置3点，当全幅检测时，每个断面上一般布置5个点；当检测路段为高速公路或一级路时，当1/4幅检测时，每个横断面布置3点，当半幅检测时，每个断面上一般布置5个点。测点布置图如图1所示。

图1 PQI压实质量评价检测测点布置图

(2)PQI380数据采集方法

①数据采集时，PQI的刚性底板必须与面层表面充分接触，保持以“面”的接触形式，不许出现脱空、翘棱和点接触的状态，必要时，可采用细砂弥补基层表面空隙，使被测表面平整坚实；

②测试的表面必须干爽，不存在自由水。

③PQI380是现在唯一带4种操作模式的无核法密度仪：连续模式、单点模式、分隔模式和取平均值模式：

单次测量：5 s内读取储存数据；

平均测量：取5个读数的平均值并储存数据和时间，可存储数千个读数；

连续测量：即时密度读数；

离析测量(分层测量)：确定与离析有关的材料密度变化。

建议采用单次测量模式，既能保证准确性又能节约检测时间。

2.2 K58+000～K59+000段压实度检测与评价(AC-16)

对呼十公路SBS改性沥青AC-16上面层进行压实度跟踪，跟踪路段为K58+000～K59+000段，每20 m为一个断面，每个断面取五个点使用无核密度仪测定其压实度。这五个点分别距路幅一侧距离为0.5 m，2.4 m，4.3 m，6.1 m，8 m，该路段共检测255个数据。

(1)压实质量评价

将每20 m的一个断面测得的数据导入matlab，可得到如图2所示的压实度三维效果图。从PQI压实度三维图可以直观判断路面的非均匀性及其分布。从图3中可以直观地看出，虽然在压实过程中保持压实工艺和压实遍数相同，但在实际碾压过程过程中，某些位置必然存在过压或者漏压，导致压实度存在高低不同的分布状态，密度较小区域或空隙率较大的区域极有可能出现早期损害。

图2 K58+000至K59+000压实度的三维效果图(AC-16)

图3 K58+000至K59+000段压实度等值线图(AC-16)

图4为压实度分布等值渲染图，蓝色区域代表压实度低，黄色区域代表压实度高，蓝色区域主要出现在路面的边缘以及摊铺机的连接处，因此在施工过程中应加强对路面边缘以及摊铺机连接处的施工质量控制，发现密度不足及时进行补压。同时还应合理地调整摊铺机螺旋布料器，减少摊铺机收料斗收料次数，尽量采用双摊铺机联铺的方式，减小摊铺宽度。

图4 施工控制原则下压实度合格区域图(绿色)

在上面层K58+000～K59+000段检测中，共检测了255个数据PQI数据，通过统计，压实度均值K=96.91%，S=2.43，由于是二级路，ta=1.282，则压实度的代表值K为：

就施工控制而言，K0=93%，就评定验收而言，K0=92%，从上式可以看出，代表值K=96.44%，大于93%的要求；在测值中，最小的实测压实度为Kmin=89.8%，不满足Kmin≥K0-1%的要求。因此当K≥K0，按测定值不低于规定值减1个百分压实度(K0-1%)所对应的面积Sh与检测的总面积Sq的比计算合格率h。

根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG 2004)要求，采用K0-1%=92%对压实度三维图进行切割，得到图3所示的施工过程中压实度合格区域图，其中绿色区域压实度大于等于92%，为压实合格区域Sh，其面积Sh=82 535 m2，白色部分的压实度为小于92%的区域，为压实不合格区域Sw，该检测段为1 km，检测面积Sq=8.5×1 000=85 000 m2，则压实合格率为：

根据《公路工程质量检验评定标准》的要求，在交工验收阶段的工程质量检查与验收中压实度需大于最大理论密度的92%，即以最大理论密度计算，压实度超过92%即为合格，使用91%为等值面切割3维图像，得到图5所示的验收阶段压实度合格区域图，其中绿色区域压实度大于等于91%，为合格区域，其面积Sh=84 320 m2，白色部分为不合格区域Sw，其压实度小于91%。该检测段为1 km，检测面积Sq=8.5×1 000=8 5000 m2，则压实合格率为：

图5 验收评定原则下压实度合格区域图(绿色)

(2)压实薄弱区

压实薄弱区的定义为压实度Ki小于规定值减1个百分压实度所对应的K0-1%点时所对应区域的面积为压实薄弱区Sw。

基于施工控制原则下的压实薄弱区的压实度界限为K0-1%=92%，压实薄弱区为图4中的白色区域，其面积为2 465 m2，薄弱区所占的比例为hw=1-97.1%=2.9%。

基于验收评定原则下的压实薄弱区的压实度界限为K0-1%=91%，压实薄弱区为图5中的白色区域，其面积为680 m2，薄弱区所占的比例为hw=1-99.2%=0.8%。

3 K58+000～K59+000段压实均匀性评价

上面层K58+000～K59+000均匀性评价共采集205个点，根据均匀性的评价方法，计算均匀性的上下界限，该段压实度均值K为96.91%，标准差S为2.43，本项目为二级路，取Z0.10=1.282，则均匀性的界限ka为：

以ka=[94.9，98.9]为两边界，切割该桩号区间压实度分布三维图，图6，取得压实度均匀性分布图，如图7所示，图中黑色区域为均匀性合格区域sp，白色区域为压实度均匀性不合格区se。

图6 k58+000～K59+000压实度的三维效果图

图7 K58+000～K59+000压实度均匀性分布图

通过计算压实度均匀性合格区域为72 080 m2，该检测段为1 km，检测面积Sq=8.5×1 000=85 000 m2，则均匀度ts为：

根据计算结果可知，该评价段的压实度均匀性为84.8%，根据评价等级分级标准，K58+000～K59+000沥青上面层AC-16的压实均匀性为“良”。

4 结 论

根据PQI采集数据的特点，提出了基于大量数据前提下沥青面层压实质量的评价方法，并提出了压实薄弱区的确定原则，以便及时补压，提高整体压实质量。

对呼十公路沥青路面进行PQI检测，并对其进行了质量评价，其合格率均大于90%，处于优的状态，总体压实质量处于较高水平。

根据沥青路面PQI数据检测的特点，提出了沥青路压实均匀性的定义和检测方法，并提出了压实均匀性上下界限的确定方法。

检测评价路段而言，100%的路段的均匀度大于80%，即100%的路段等级评价为“良”以上，路面总体压实质量处于较好的水平。

通过回归分析表明，沥青面层均匀度与压实度均值具有负线性关系，其原因有两个，一是料组成因素，该种材料无法达到100%均匀，二是压实工艺的影响，必须提供边部压实，采用提供压实均匀性。

沥青面层均匀度与压实度方差具有负线性关系，说明采用方差和均匀度对均匀性的评价具有等效性，采用适合工程的均匀度指标评价压实均匀性具有合理性。