综合监控手段在高速公路路面施工质量控制中的应用

谢光宁 包聪灵 肖 瑶

（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，广东 广州 510420；2.广东华路交通科技有限公司，广东 广州 510420）

1 引言

沥青路面早期损害的原因较多，离析及压实的非均匀性是其中的重要原因［1-3］，传统的路面质量管理主要依靠施工单位的自检、监理或中心试验室的抽检数据进行质量控制，但常规的破坏性检测及无法进行全覆盖的监控方法只能反映路面局部的变化特征，进而导致管理人员无法全面掌握沥青路面的整体质量，本文综合无核密度仪、高精度断面仪、激光纹理仪、渗水状况快速检测系统［4-7］及横向力系数测试车对沥青路面的压实度、平整度、构造深度、渗水系数及抗滑性能进行测试与评价，测试结果反馈施工质量控制，客观有效地评价该路面的施工质量，为后续沥青路面大规模施工提供指导，对延长高速公路的使用寿命、发挥公路沥青路面的最大效益和促进社会交通运输的可持续发展，具有重大意义。

2 工程概况

惠州至清远高速公路位于广东省中部地区，是广东高速公路网规划主骨架 “汕头至湛江高速公路” 的重要组成部分，项目途经惠州市的博罗、龙门、广州市的从化、清远市的佛岗、清新、清城等市县区，路线全长约125km，主线采用高速公路标准，设计速度100km/h，按双向六车道标准设计，整体式路基宽度33.5m，分离式路基宽度为 16.75m。主线ZK58+000～ZK58+410路段上面层 （左幅） 全长约 410m，宽 14.55m，设计压实厚度4.5cm。惠清高速公路主线沥青路面结构见图1。

图1 惠清高速沥青路面结构

3 监控内容及实施

3.1 无核密度仪路面均匀性检测

根据无核密度仪现场测定的密度数据，采用沥青混合料最大相对理论密度计算各测试点的现场空隙率，根据现场空隙率指标控制要求划分判定离析程度标准的区间，通过灰度图直观显示离析情况。路面均匀性判定标准如表1 所示。

表1 无核密度仪离析程度判断标准

在铺筑好的ZK58+020～ZK58+410 路段沿路线行车方向选取一定长度的区域，每10 米一个断面，每个断面 14 个测点 （以 1 米为间距，横向14 个测点），其中 1 测点表示靠近中分带位置，14 测点表示在路肩位置，其它测点以此类推进行密度检测，并根据密度的结果计算路面空隙率，空隙率分布灰度图见图2。根据无核密度仪离析程度判断标准得出该段检测区域内毛体积密度标准差为0.030，变异系数为1.156%，非离析区域占比为84%，细离析区域占比7%，粗离析占比9%，整体均匀性比较理想，但局部粗离析现象较为明显，粗离析主要在摊铺机靠近中分带一侧的边部以及个别收斗位置，细离析主要在吊臂位置产生。

图2 区域空隙率分布灰度图

3.2 高精度断面仪平整度检测

采用高精度断面仪对K58+000～K58+410 进行测试 （测试方案见图3），按照距离中央分隔带2m、4m、6m、8m、10m、12m 纵向连续测试 6个断面，0.5m 计算值作为储存数据，其中距中2m 测点纵断面IRI 大小变化情况如图4，各纵断面统计结果见表2。从统计各点数据看，所测车道纵向 IRI 均值为 0.74m/km，最大值为 5.12m/km，最小值为 0.03，标准差为 0.87；距中央分隔带6 米纵向IRI 均值最小为0.53，距中央分隔带10 米纵向IRI 均值最大为1.09。从统计数据分布看，所测车道纵向IRI 分布在0～1 之间的比例占55.11%，分布在 1～2 之间的比例占 29.69%，分布在2～3 之间的比例约占10.73%，分布在大于3的比例占4.47% （设计文件要求IRI≤2m/km）；IRI 分布在 0～2 之间的比例为 84.80%。根据经验值 σ=0.6IRI 将 IRI 转化 σ，按照设计文件要求（σ≤1.0mm），距中央分隔带 2m、4m、6m、8m、10m、12m 纵向平整度平均指标σ 合格率分别为74%、83%、86%、79%、80%、66%，整体合格率为 78%；距中 4m、6m、8m、10m （道路中间区域） 纵向平整度优于距中2m （中央分隔带侧）和12m （路肩侧） 的平整度。

图3 测试方案示意图

图4 距中2m 测点平整度大小变化情况

表2 各点IRI 数据统计结果

3.3 激光纹理仪路面均匀性检测

采用TM2 路面激光纹理仪对桩号K58+000～K58+410 段进行表面构造深度测试，按照距中央分隔带 2m、4m、6m、8m、10m、12m 纵向连续测试6 个断面，现场检测见图5，各横断面构造变化见图6，输出每10m 的激光断面构造深度MPD （mm） 的平均值，检测结果显示距中央分隔带2m、4m、6m 激光断面平均构造深度小于距中 8m、10m、12m 的平均构造深度，顺行平均构造深度呈逐渐增加趋势，各断面的构造深度变化规律基本一致。从统计数据看，距中央分隔带 2m、4m、6m、8m、10m、12m 的激光断面平均纹理深度分别为0.90mm、0.89mm、0.95mm、1.03mm、0.99mm、1.08mm，总 体 平 均 值 为0.97mm，标准差为 0.111，变异系数 0.117。利用数理统计方法对试验路检测数据进行分析，确定试验段测评区域表面构造深度数学期望值及判定离析程度的区间。离析划分为五个等级：细离析、非离析、轻微粗离析、中度粗离析、重度粗离析。分析结果显示，非离析占比73.51%，中度粗离析占比19.31%，细离析占比7.14%，重度离析占比0.04%。

图5 激光纹理仪现场检测

图6 各横断面构造变化

表3 激光断面平均构造深度测试数据

3.4 渗水状况均匀性检测

采用广东华路交通科技有限公司研发的全断面渗水状况测试系统对整个试验段进行扫描，见图4。纵向按 5m 间距，横向按 1m 间隔出具渗水系数测试值。对采集到的全断面温度数据进行分类 （对采集区域进行分区），对不同的区域选取代表性位置进行渗水系数测试。测试时，对施工路段进行温度扫描后得到其表面温度分布情况，整个施工路段温度分布范围为30℃～40℃，一般区域温度在34～38℃左右，选取一般区域进行渗水系数测试，测试后得到一般区域的渗水系数，见图7。共计测试 1120 个点，见图8、图9，其中渗水系数小于100ml/min 的点数占总数的99.3%，渗水系数介于 100ml/min-200ml/min 的点数占总数的0.7% （经过实际调查，发现这些位置因铺面有坑洼小孔积水、局部离析），未检测到渗水系数大于200ml/min 的点，从公里平均渗水系数来看，渗水系数一般分布在30-70ml/min之间，施工路段渗水系数整体满足设计要求。路肩、慢车道、主车道、快车道的渗水系数的平均值 为 76.2ml/min、70.4ml/min、61.4ml/min、48.9ml/min，施工路段总体渗水系数平均值为64.2ml/min。

图7 试验段采集温度差与渗水系数换算

图8 渗水状况检测车外观

图9 渗水状况测试系统数据采集界面

3.5 横向力系数检测

根据 《公路工程质量检验评定标准》 （JTG F80/1-2017） 附录 L 的评定方法，SFC 代表值的计算统计方法如式 （1） 所示。

式中：SFCr—SFC 代表值；—SFC 平均值；S—标准差；n—有效检测点数；ta—t 分布表中随测点数和保证率而变的系数，高速公路、一级公路面层保证率为95%。本次路面横向力系数检测采用SCRIM 横向力系数测试车全程连续进行。现场测试速度为 60±4km/h，测试结果修正成20℃温度标准值。原始数据文件采集频率为10m 一个点，当SFC60代表值不小于设计标准54时，按单个SFC 值计算合格率，检测路段横向力系数检测统计结果见表4。

表4 沥青砼路面横向力系数SFC 检测结果统计表

4 结语

综合无核密度仪、高精度断面仪、激光纹理仪、渗水状况快速检测系统及横向力系数测试车对惠清高速公路沥青路面的压实度、平整度、构造深度、渗水系数及抗滑性能进行测试与评价，得到如下结论：

（1） 应用无核密度仪检测惠清高速公路主线ZK58+000～ZK58+410 路段结果显示非离析区域占比为84%，细离析区域占比7%，粗离析占比9%，后续施工过程中需对摊铺机料位器及布料螺旋叶片进行优化调整，同时加强运料车更替卸料时的受料斗收斗时机及方式的试验研究以消除收斗所造成的块状离析，可有效提高铺面的均匀度。

（2） 从激光纹理仪检测结果分析均匀性来看，非离析占比 73.51%，中度粗离析占比19.31%，细离析占比 7.14%，重度离析占比0.04%，沥青上面层整体构造偏大，横向力系数检测结果显示抗滑性能较好。

（3） 采用高精度断面仪抽检平整度结果显示整体合格率仅为78%，后续摊铺过程中运料车应在摊铺机前 10～30cm 处停住，空挡等候，由摊铺机推动前进开始缓缓卸料，避免撞击摊铺机，同时摊铺机摊铺速度应控制在2.5-3m/min 之间。

（4） 全断面渗水状况测试系统反馈铺面出现坑洼小孔及离析，要求后续沥青路面碾压的时候，压路机手调低喷水量，喷水成雾化状即可，以防止沥青路面降温过快造成离析，同时可在胶轮压路机每片胶轮上方固定一把采用布条绑扎的拖把，拖把上涂上油水混合物，进行自动清除粘轮料。

通过无核密度仪、高精度断面仪、激光纹理仪、渗水状况快速检测系统及横向力系数测试车得到大样本的检测数据并进行数理统计分析，进而分析评价沥青路面的施工质量，为质量控制管理提供数据支撑，可有效提高对高速公路沥青路面施工质量的精准把控和管理水平。