高速公路沥青路面检测方案分析

张 强

(广州诚安路桥检测有限公司，广东 广州 510420)

0 引 言

作为高速公路项目后续管理的主要工作，高速公路沥青路面性能检测能够为路面管理人员提供重要的基本信息，继而为沥青路面路用性能的发展预测提供参照，便于确定有效的养护时间及养护方案。高速公路沥青路面病害检测工作内容较多，主要包括沥青路面使用性能指标的确定、关联检测设备仪器的使用、不同性能指标的抽样规模和方式、性能指标的检测时间段等。高速公路沥青路面使用性能检测方案的设计是确保公路安全稳定运行的重中之重。

1 高速公路路用性能检测指标

高速公路沥青路面性能检测指标主要包括以下内容：弯沉指标、平整度指标、抗滑能力指标、路面破损指标、车辙指标。沥青路面破损检测、平整度检测是检测工作中的主要内容。

1.1 弯沉

沥青路面弯沉检测能够体现出路面的整体综合承载能力，弯沉值越小，则代表路面的承载强度越大。当前采取的弯沉检测设备主要为落锤式弯沉仪，现场采取无损路面结构承载检测方法，弯沉仪对路面的加载模式近似于车辆行车荷载，路面反馈信息获取较为准确、快速。高速公路多为半刚性基层沥青路面结构，路面弯沉主要采取路面结构强度系数(SSI)作为评价指标[1]。

1.2 平整度

平整度能够反映出沥青路面的施工技术质量和服务水平，平整度是路面连续测量、按照标准间断测量下的路面凹凸情况，路面平整度直接关联着行车稳定性安全性。现场一般采取平整度检测车进行车道连续的平整度测量，平整度评价指标为路面行驶质量指数(RQI)，该指标主要由国际平整度指数(IRI)计算获取[1-2]。

1.3 抗滑能力

沥青路面抗滑能力是行车轮胎产生侧向滑动时的路面抗滑力，一般通过现场测量路面摩擦系数进行确定，采取的设备仪器为横向力系数检测仪，具备效率高、速度快的优势。横向力系数(SFC)综合反映了路面横纵向的摩擦系数。

1.4 路面破损

路面破损是行车安全事故产生的主要诱因，也是检测工作及养护管理的处治重点。沥青路面破损类型、原因较多，现场破损检测的误差也较大，高速公路路面破损检测需要借助于自动化设备，路面破损以路面状况指数(PCI)为评价指标，PCI由路面破损率(DR)计算获取[1-3]。

1.5 车辙

车辙是行车在路面上产生的痕迹，现场车辙检测主要采取自动化设备(多以横向布置的红外线、位移传感器)对路面车辙深度进行测定，以车辙指数(RDI)进行评价。

2 工程概况

广州市外环某高速公路于2015年投入运营，设计里程K0+000～K39+000，全长25 km，路面设计宽度30 m，设计车速80 km/h，路基平均高度8～12 m，双向六车道。其中，一般路段路面结构为4 cm沥青玛蹄脂碎石混合料表面层(SMA-16L)+6 cm粗粒式沥青混凝土(AC-25I、中面层)+20 cm厂拌水泥稳定碎石基层+25 cm厂拌二灰稳定碎石底基层。该高速公路是衔接广州市和周围现实的重要渠道。随着交通流量的不断加剧，该高速公路全线路段出现较多路面病害，检测单位于2022年对该公路局部设计标准较为严格、地质环境复杂的路段开展沥青路面检测工作，现场可知，一般路段(里程K6+000～K39+000)上下行车道存在明显的路面破损、车辙，严重弱化了沥青路面使用性能。为此，考虑到病害路段过长，项目组拟设计合理的检测方案，以便缩小检测成本、时间，为后续的维修养护提供准确数据支撑[2-4]。

3 路面检测抽样方式分析

沥青路面检测工作多采取抽样检测，不同的抽样模式造成的数据差异性较大，不能全方位表现出路面的病害程度及类型。而不少业主单位多要求检测的高精确性，这会造成检测工作的时间、成本不断提升，为此，合理检测方式及规模需要得以明确。主要对整群抽样、简单随机抽样两种方式进行比较分析。

3.1 整群抽样

整群抽样主要是将总体内不同单位进行互不重复的集合群划分，并且以群为单位进行样本抽选。整群抽样需要不同群之间差异性较小，群内元素具备较大差异，且群要具备代表性。整群抽样能够节约大量成本，实施较为容易，但是不同群之间的差异性则难以控制，造成误差偏大。整群抽样流程如下：明确分群依据，将总体依照依据进行互不重叠部分的划分，获取单位群；单位群的数量需要依照样本容量进行确定，采取系统抽样方式进行群数的获取。针对项目，检测人员需要将该高速公路K6+000～K39+000进行每公里路段划分，共分为33个路段进行弯沉检测(SSI)，当抽样率分别为2%、5%、10%、20%时，则需要分别选取路段数1、2、3、7个，现场抽样检测相关结果如表1所示。表1结果表明，抽取样本数随着抽样率的增加，且检测样本均值会逐步趋向于弯沉平均值，而变异系数、标准差则没有表现出规律性变化[3-5]。

表1 不同抽样率现场检测结果

3.2 简单随机抽样

检测单位依据既有资料，采取SPS软件进行简单随机抽样，其中抽样率分布在2%-30%之间，每个抽样率则需要进行5次独立抽样，相关标准差、变异系数统计数据如表2所示。计算过程中，随着抽样率不断增加，样本均值也逐渐趋向于全路段的弯沉平均值；抽样率增加会造成变异系数、标准差的变化范围逐渐缩窄。样本抽取率增多，抽样检测结果越发接近于全路段检测结果，不断缩窄的变异性和变准差代表了数据的集中性。软件模拟简单随机抽样过程往往难以代表实际检测，实际开展检测工作极容易受到外界多种因素的影响[3]。

表2 标准差、变异系数在不同抽样率下的波动范围

3.3 评价

本项目抽样检测工作主要针对上述两个抽样方式进行选取。其中，整群抽样作为抽样实施方案，整群抽样需要群内不同单元需要具备明显差异性，且群间则要保持较大的一致性，这和本项目实际情况不相符合。为此，检测单位拟在该路段选取抽样率30%的简单随机抽样方式。

4 不同路用指标的抽样规模

检测方案除了确定抽样方式外，还需要确定不同性能检测指标的检测范围，考虑到病害路段存在较多的坑槽、网裂、纵横缝等破损及明显车辙，主要依据既有规范的沥青路面路用性能检测规模标准进行进一步的检测成本控制，在路面病害里程K6+000～K39+000上行、下行分别选取100、200、400、800 m抽样规模最小值作为不同比较，获取路面破损指标PCI、车辙指标RDI的最佳检测规模，表3为沥青路面检测指标抽样规模标准设定值。检测指标的抽样规模控制能够为后续路段检测提供主要参考[2-4]。

表3 沥青路面检测指标抽样规模标准

4.1 PCI抽样规模

表4为该高速公路病害路段K6+000～K39+000的破损率PCI检测数据，结果表明，上、下行路面状况变异水平数据整体满足正态分布，但是不同规模下的抽样结果相较于标准抽样结果具备较大的变异性，依据表中不同抽样规模下的样本均值，标准值越大则导表路段检测指标分布越不均匀；减小抽样规模后的样本均值相较于标准参考值差异性则增大。考虑到项目建设处其具备良好的路面使用性能，极少出现路面破损病害，减小抽样规模则会造成样本变异系数和方差扩大；抽样规模的减小也会造成样本均值越发难以反映实际均值，变异性则会增大[3-4]。

表4 不同抽样规模变异水平

图1为该病害路段不同抽样规模下的PCI整体分布情况。其中，编号1为公路规范规定的抽样标准结果分布，为抽样规模虽小后的PCI变异情况作参考。图1结果表明，不同抽样规模编号2、3、4的PCI变化趋势基本符合公路规范，且不同曲线的PCI变化幅度小于2，四种检测规模可以作为PCI检测抽样选择，但是考虑到项目检测成本，技术人员可以适当缩小检测规模，本文将路面破损指标PCI的抽样规模控制在400 m。

图1 不同规模下PCI分布

4.2 RDI抽样规模确定

检测单位同时也需要对病害路段开展车辙变化情况的分析，考虑到车辙往往随着路面破损同时出现，项目依据实际车辙病害程度，主要分析抽样规模1、2、3情况下的车辙分布情况，并且进行6个车辙范围划分：0～2 mm、2～4 mm、4～6 mm、6～8 mm、8～10 mm、10 mm以上。病害路段车辙分布具体结果如表5所示。结果表明，不同抽样规模下的同一类型车辙分布检测概率存在明显差异性，如依照公路规范开展车辙分布检测时，100抽样规模下0～2 mm深度分布概率则是6.4%，而抽样规模分别为200 m、400 m时的分布概率则为5.36%、2.4%，但是随着车辙深度的不断提升，不同抽样规模下车辙分布概率则差异性较小；在车辙深度较小时，往往代表了沥青路面受车辙破坏程度较浅，此时增大检测规模则会遗漏不少轻微车辙病害；在抽样检测规模增大后，对于需要后续养护处治的车辙病害分布概率的差异则较小。基于实际情况，检测单位拟将RDI检测规模设为200 m[4-5]。

表5 不同车辙深度在抽样规模下的分布概率

5 小 结

对广州某高速公路沥青路面路面破损、车辙病害进行了检测方案的设计，主要从现场抽样方式、抽样规模上进行有效对比，综合选取满足检测样本工作量、成本及准确率需求的抽样方案。获取以下结论：采取30%抽样率的简单随机抽样方法进行公路病害检测过程中，路面破损检测规模可设定为400 m，车辙检测规模可设定在200 m。该抽样方案相对于公路规范具有较大的一致性，即便存在变异性，也不影响整体抽样的质量效果。