基于弯沉法检测白加黑路面板底脱空的评价标准研究

刘海军

(1.广东交科检测有限公司 广州 510420； 2.广东华路交通科技有限公司 广州 510550)

自20世纪80年代以来，我国修筑了大量水泥混凝土路面，随着使用年限的增加、车辆荷载的长期作用及自然环境因素等，水泥混凝土路面相继出现了错台、脱空等病害，直致形成断板或破碎板，严重影响了路面使用性能。同时，水泥混凝土路面损坏后的维修养护周期长，影响交通，严重地降低了社会服务水平。在旧水泥混凝土板上加铺沥青混凝土层具有施工期短、行车舒适、噪声低、养护维修简便，对行车的干扰小等优点。因此，在高速公路旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土层已经成为一种切实可行、简单有效的升级改造措施。

目前广东省的高速公路水泥混凝土路面大部分已完成了沥青混凝土层的加铺，最大限度地利用原有路面，有效提高路面使用性能，延长路面使用寿命[1-2]，减少日常养护费用，很好地提高了社会服务水平。然而，随着白加黑路面使用年限的增长，沥青面层在原水泥板横向接缝处位置逐渐产生裂缝，即俗称的反射裂缝。维修反射裂缝的主要方法有：封缝、灌缝、注浆，铣刨面层重铺或加铺面层等[3-7]。采用哪种维修方式对反射裂缝进行处治需进行综合考虑，特别是由板底脱空造成的反射裂缝，如不进行有效的处理，即使重铺沥青面层后，病害仍会快速地再次产生。

目前水泥路面的脱空检测中常用方法主要有弯沉法和雷达法[8-9]。采用弯沉法所用的评价方法有单点弯沉法、截距法、弯沉差法、比值法、弯沉盆法等；采用雷达法需要有经验丰富的人员对反射波形进行判读分析。水泥路面加铺沥青后仍可采用雷达法检测板底脱空，但采用弯沉法检测时，无可直接引用的规范和标准。本文依托广东沈海高速改扩建工程，采用FWD弯沉法对白加黑路面原水泥板下脱空进行检测评价研究。

1 工程概况

广东沈海高速公路K46+600-K79+864，于1996年12月建成通车，原设计路面为水泥混凝土结构，双向四车道。2008年底完成了路面大修，对原水泥路面进行了白加黑改造，加铺了18 cm厚的沥青混凝土。大修后主线路面结构形式见表1。

表1 项目主线路面结构型式

随着社会经济的发展，双向四车道的道路通行能力和服务水平已难以满足沿线公众的出行需求。同时，路面加铺后经十多年的特重交通运营，出现了较多的横向裂缝、局部纵向裂缝、坑槽、沉陷等病害，尤其是横向反射裂缝，近年来发展较快。为缓解粤西区域交通大动脉拥堵，改善行车条件，增强珠三角与粤西以及大西南的交通联系，该路段将扩建成双向八车道，原白加黑路面上将再加铺一层4 cm改性沥青SMA-13，路面加铺前需对反射裂缝进行评价和处治。

2 脱空检测方法及判定方案

1) 依据现场测试条件，选取调查路段，确定检测裂缝的位置。

2) 采用落锤式弯沉仪(FWD)以多级加载(50 kN→70 kN→90 kN)的方式对存在反射裂缝的原水泥板右下角位置进行注浆前和注浆后(高分子聚合物注浆)的弯沉检测，分别获取板角裂缝边弯沉和裂缝两侧弯沉差值。

3) 依据现行规范及相关工程检测经验，采用3种判定板底脱空的方案对每块水泥板进行评价。方案1：单点弯沉值>20(0.01 mm)；方案2：缝两侧弯沉差≥6(0.01 mm)；方案3：单点弯沉值>20(0.01 mm)或缝两侧弯沉差≥6(0.01 mm)。

4) 选择有代表性裂缝位置进行钻芯取样调查，验证注浆效果和确认评价方法。

5) 根据验证情况提出新的判定方案。

3 检测结果及分析

3.1 注浆前检测结果评价

通过采用FWD(Dynatest 8000)设置3级加载(50 kN→70 kN→90 kN)对反射裂缝处(原水泥板右下角位置)进行注浆前的弯沉检测，注浆前裂缝处FWD测试结果和注浆前不同荷载及判定方案的脱空率情况见表2和图1。

表2 注浆前裂缝处FWD测试结果

图1 注浆前不同荷载及判定方案的脱空率情况

由表2可见，设置50 kN荷载的弯沉值在8.9～25(0.01 mm)之间，小于15(0.01 mm)的测值占55.6%，采用方案1～3判定的脱空率分别为：44.4%,11.1%,44.4%；设置70 kN荷载的弯沉测值在13.8～35.4(0.01 mm)之间，小于15(0.01 mm)的测值占18.2%，采用方案1～3判定的脱空率分别为：55.6%,77.8%,77.8%；设置90 kN荷载的弯沉测值在18.3～45.1(0.01 mm)之间，小于15(0.01 mm)的测值占0%，采用方案1～3判定的脱空率分别为：88.9%,77.8%,100%。可见，弯沉值随着荷载的增加而增大，脱空的比例也在增加。

同时从图1可知，以方案1为判定脱空时，设置90 kN荷载检测的脱空比例最高；以方案2为判定脱空时，设置70,90 kN荷载检测的脱空比例基本相当；以方案3为判定脱空时，设置90 kN荷载检测的脱空比例最高。说明荷载变化会对判定结果造成影响，白加黑路面不宜采用低荷载等级来检测。

3.2 注浆后检测结果评价

经高分子聚合物注浆后，采用FWD以同样的方式在反射裂缝处进行弯沉检测，注浆后裂缝处FWD测试结果和注浆后不同荷载及判定方案的脱空率情况见表3和图2。

表3 注浆后裂缝处FWD测试结果

图2 注浆后不同荷载及判定方案的脱空率情况

由表3、图2可知，设置50 kN荷载的弯沉值在7.9～18.3(0.01 mm)之间，小于15(0.01 mm)的弯沉值占55.6%，采用方案1～3判定的脱空率均为0%；设置70 kN荷载的弯沉值在14.1～24.9(0.01 mm)之间，采用方案1～3判定的脱空率分别为：44.4%,11.1%,55.6%；设置90 kN荷载的弯沉测值在18.9～34.9(0.01 mm)之间，采用方案1～3判定的脱空率分别为77.8%,77.8%,100%。

从图2可知，以方案1～3判定脱空时，设置50 kN荷载检测的脱空比例均为0%，设置90 kN荷载检测的脱空比例均为最高。

综合分析以上数据，对比工前50 kN荷载的检测结果，工后弯沉数值大部分有所下降，故认为注浆后对脱后治理产生了效果；经高聚物注浆后，采用70 kN荷载以方案2判定的脱空比例下降明显，表明处治效果与该判定规则关联度较高；经高聚物注浆后，采用90 kN荷载的脱空比例下降不明显，表明处治效果与该判定规则关联度不高。这说明针对白加黑路面采用规范要求的脱空判定标准时，不是荷载越大越好，也不是荷载越小越好，应进行试验统计分析确定。

对比注浆前检测结果，注浆后弯沉值下降比例情况见图3。由图3可知，工后测值大部分有不同比例地下降，其中设置70 kN荷载的下降比例较大，其次是50 kN荷载作用工况。

图3 注浆后弯沉值下降比例情况

3.3 取芯验证

为确定原水泥板底是否有脱空，分析检测方法和判定方案的合理性，现场对K52+683、K52+718裂缝位置进行取芯调查，反射裂缝处取芯调查验证结果和取芯照片见表4和图4、图5。

表4 反射裂缝处取芯调查验证结果

图4 K52+683芯样照片

图5 K52+718芯样照片

1) 由图4、图5可见，K52+683处的基层和底基层底部有明显的注浆材料，表明水稳层间存在脱空。对应弯沉测试结果，表明采用50 kN荷载测试评定脱空是不合适的；采用70 kN荷载时，以方案2评定较能体现注浆的实际效果；采用90 kN荷载时，以方案1评定较能体现注浆的实际效果。

2) K52+718横缝处板底有厚约7 mm的注浆材料，表明水泥板底存在明显脱空。对应弯沉测试结果，表明采用50 kN荷载测试来评定脱空是不合适的；采用70 kN荷载时，以方案2来评定脱空较能体现注浆的实际效果；采用90 kN荷载时，工后评定结果不能反映注浆实际效果。该位置测值变大，初步分析原因可能是注浆对原来相对稳定的结构造成了扰动，后续应进行补注浆或其他方式处治。这也进一步表明了白加黑路面板底脱空评价及处治的复杂性。

4 改进判定方法的结果评价

通过以上分析表明，对白加黑路面结构进行原水泥板底脱空检测评价时，采用50 kN荷载测试的结果偏小，容易产生漏判；采用90 kN荷载测试的结果偏大，不能反映实际注浆效果；采用70 kN荷载测试的结果与取芯验证结果有较好的对应关系。

由于现行规范只提出了对水泥板脱空的检测评价方法，无对白加黑路面原水泥板脱空的检测评价方法，且无相关工程经验可以借鉴，根据工程实际及仪器使用性能，本项目对测试荷载和脱空判定方案进行改进，将路面弯沉测试荷载调整为70 kN，脱空判定标准调整为单点弯沉值>18(0.01 mm)，缝两侧弯沉差仍为≥6(0.01 mm)。

脱空比例统计对比情况见图6。

图6 脱空比例统计对比情况

由图6可知，采用改进后的判定方法对检测结果进行统计，判定脱空的比例从工前的44.4%提高到77.8%，工后的0%提高到66.7%，能更加切实地反映工程实际。根据改进后的判定标准，本项目在第一期项目中共检测1 480处，判定板底存在有脱空的有614处，占41.5%。如采用原判定标准，判定板底存在有脱空的仅占11.2%。

5 结论

1) 检测白加黑路面原混凝土板底脱空时，FWD设置荷载不是越大越好，应通过试验选取在一定的范围内。

2) 经改进脱空检测方法和判定标准，评价结果更加切实的反映工程实际。该项目第一期通车已超2年，未出现反射裂缝。

3) 目前白加黑路面出现反射裂缝的检测及评价标准缺少规范支撑，本检测及评价方法可为类似工程提供参考。