高速公路沥青路面试验检测技术研究

张强

（广州诚安路桥检测有限公司，广东广州510420）

0 引言

沥青路面属于柔性路面，而我国高速公路基层普遍为半刚性，从而易在路面反射出裂缝或隐蔽的结构性病害，加之在外部荷载、环境与气候等多重因素的综合作用下，此类路面病害在全国多地高速公路上出现，严重影响路面使用寿命，且高速公路中广泛使用黏度偏大的改性沥青，但由于工期紧张经常出现拌和不充分问题，导致沥青路面水稳定性差，外部载荷作用下将出现水损害问题，使路面剥离。因此，掌握沥青路面试验检测技术、规范实施技术、精准识别病害是保证路面质量、降低高速公路运营安全风险的重要措施，具有深入探究的必要性。

1 高速公路沥青路面试验检测技术分析

1.1 弯沉检测

1.1.1 落锤式弯沉仪法

落锤式弯沉仪检测期间利用计算机控制系统对重锤提升高度展开控制，到达指定高度后将其释放，携带正半弦荷载做出锤击动作，至沥青路面上使路面瞬间出现变形。单次检测过程中设置不同测点，记录每个点的变形数据，则可以计算出路面在动态荷载下的弯沉值参数。该方法可以利用计算机完成数据采集、处理工作，测量结果更加准确，且在计算机上可以精准、快速、便捷地完成荷载大小调整，准确模拟公路的实际荷载情况。此外，落锤式弯沉仪相比其他型号仪器体积小、方便移动、操作简便，在里程相对较长的检测中同样适用，采集锤击数据后可以使用配套软件进行数据分析，统一修正实测弯沉数据，使误差得到有效处理，在目前沥青路面弯沉检测中应用范围广、频率高[1]。

1.1.2 贝克曼梁弯沉检测

贝克曼梁弯沉检测技术是我国最早从国外引进的检测技术之一，截至目前一直沿用。其属于静态测试方法，我国拥有相对成熟的方法体系，检测过程中需要使用测试车、弯沉仪（贝克曼梁、百分表、表架组成）、接触式路面温度仪等工具。我国标准规定中要求高速公路需采用后轴为100kN的BZZ-100弯沉车，以轴重要求为标准进行重量调整，将弯沉车停放在测试位置后按规定放好贝克曼梁，要求弯沉仪测头位置应处于后轴轮隙中间、轴线前3～5cm位置，不得出现梁臂接触轮胎情况，调整支架稳定度与百分表后启动弯沉车，保持5km/h的速度行驶，在行驶距离超过影响半径后读取数值。测试后需要对当量直径、配重进行修正；若检测时路面温度超过20±2℃且路面层摊铺厚度＞5cm，则需要进行温度修正[2]。该方法操作过程较为复杂，尤其是参数修正时涉及大量计算，结果易受人为因素影响，因此不适用里程长高速公路沥青路面检测中。但由于目前诸多沥青路面弯沉检测标准均在贝克曼梁弯沉检测技术基础上建立，其通用度仍较高。

1.2 平整度检测

1.2.1 3m直尺平整度检测

平整度检测过程中采用3m直尺检测法时，可以在施工期间对接缝位置平整度展开检测。沥青路面施工过程中接缝搭接位置压实质量难以控制，施工期间、维修养护环节均是检测的重点，检测结果判断压实度不符合要求时则需要重新进行碾压处理。每个测点需要连续测量10尺，对最大间隙平均值进行计算。也可以在验收环节、维修养护环节测试路面平整度，平整度不达标表示高速公路舒适性差，应在每200m范围内选择两处展开测量，每个位置连续测量5尺。测量过程中必须将测量位置的杂物全部清除，避免影响测量精度。

1.2.2 激光平整度测定仪检测

在沥青路面平整度检测中，激光平整度测定仪是使用频率相对较高的仪器，其搭配灵敏的激光传感器以及先进的数据采集系统，开始测量后测定车底部发出激光束测试路面表面角度，且传感器也位于车底，接收信息后传输到数据采集系统当中，分析整理后得出结果。整个测试是在测定车行驶状态下完成的，并且需要分段检测，按照检测方案要求间隔一定距离后启动测定车，并根据参数标准调速，获取路面平整度相关数据[3]。以上两种方法相比，激光平整度测定仪利用计算机系统采集数据，降低环境以及人为因素产生的干扰，其测量结果精度更高，并且速度更快，更加适用于大规模高速公路检测中。

1.3 抗滑性检测

抗滑性能也是高速公路沥青路面试验检测中的重要指标之一。通常情况下采用手工铺砂法进行检测，该方法便于数据分析。具体来讲，检测过程中检测人员以手工方式向路面铺砂，且在轮迹带上选择测点，测点与边缘应至少相距1m；将测点周围路面清洁干净（面积≥30cm×30cm），将洁净的0.15～0.30mm砂均匀铺在路面上，采用推平板按照从里向外方向重复摊铺，并施加合适的力使砂向外摊开，填入沥青路面凹凸不平的孔隙当中，最终砂摊铺成圆形，表面上不得出现余砂，利用钢板尺对所形成圆的两个垂直方向的直径展开测量，计算出平均值；相同位置平行方向上测定次数至少为3次，测点之间间隔为3～5m，利用测量数值可以计算出路面构造深度，计算公式为：

式（1）中：TD表示路面表面构造深度（mm）；V表示砂的体积（25m3）；D表示摊平砂的平均直径（mm）。

目前也有电动铺砂器，在测试范围较大时应用铺砂器可以提高操作效率，检测过程中需要利用铺砂器将砂摊铺成宽度为5cm的带状，合理确定摊铺长度后通过计算铺砂器玻璃板上摊铺砂厚度、路面构造深度完成抗滑性能评估。

1.4 无损检测

1.4.1 摄影测量法

摄影测量法是路面试验检测中的一种新技术，通过高清晰度、高质量的摄影完成路面病害检测。检测过程中将高速摄像机安装在汽车上，摆正位置后固定摄像机的角度，确保摄像过程中能够准确将路面情况拍摄下来。通过摄像画面分析路面病害情况及具体位置，并快速地对摄像带内录入的结果与数据进行分析与处理[4]。与其他检测技术相比，其对路面结构无损伤，成本也较低，方便实际中操作。

1.4.2 探地雷达检测

检测过程中将探地雷达安装在测试车上，行驶在检测路面上后，探地雷达发射出电磁脉冲，在地下传播中发现地下目标体介质出现差异后，电磁波会反射，经过对发射雷达波的处理，详细分析其波形、双程走时、强度、介电常数，对检测目标体的几何形态、空间位置等进行准确推断，从而可以更精准地探测路面下隐蔽目标物情况，在发现空洞、脱空等病害上效率更高。利用三维探地雷达可以直观反馈病害情况，具备其他检测技术手段不具备的优势。现阶段使用的探地雷达探测深度可以达到1.5m，充分满足沥青路面检测需求，其具体探测情况如图1所示。

图1 探地雷达探测示意图

2 高速公路沥青路面试验检测技术应用案例

2.1 工程概况

某高速公路是当地公路体系的重要组成部分，处在平原微丘地区，为双向八车道，全长为52.921km，设计车速为110km/h，2003年建成后正式通车。其路面结构为：底基层采用粒径为16～20cm的4%水泥稳定粒料修筑，基层采用粒径为35cm的6%水泥稳定级配碎石修筑，面层由4cm厚的AK-16A沥青混凝土以及6cm厚的AC-25I粗粒式沥青混凝土修筑。

由于承载繁重的交通运输任务，通车以来沥青路面出现诸多类型病害且程度不一，肉眼可见的有裂缝、车辙等，病害发展较快，因此需要立即采取养护与预防措施，控制病害进一步发展，降低路面使用性能的衰减速度。但该高速公路为当地高速公路网中的主要道路，封闭交通进行全方位开挖式检测存在困难。经过现场勘查与研究后决定通过三维探地雷达联合落锤式弯沉仪完成沥青路面检测工作，检测逐车道进行，在最大程度地降低对高速通车的干扰下提高检测的全面性。

2.2 检测方案

2.2.1 三维探地雷达检测

此次检测采用挪威3D-Radar公司推出的三维探地雷达，主机为GeoScope IV，天线阵为VX1821（长度为1.8m，拥有21对间距为7.5cm天线通道），采用天线均为空气耦合式。基于含水区雷达反射更为强烈的原理，在检测前于检测路面洒水，待水渗入路面内且路面无明显积水后展开检测，采集反射雷达波；检测中频率设置为50～3050MHz，步进频率设置为20MHz，每个频率发射的时间为7.008μs，纵向采样间距设定为2cm。在病害处，由于施工中对路面透水性设计不当或面层、基层之间黏合效果不好，导致层间充空气或出现积水，结构层则发生脱离，因此该位置的雷达电磁波发生变化。充气所致脱空、空洞病害区域顶部发射电磁波与激发电磁波有相同电位，但含水所致脱空、空洞病害区域顶部发射电磁波与激发电磁波的相位则完全相反，且从检测中反馈的信号来看，含水脱空、空洞病害区域剖面图上存在极强的多次波，干扰脱空、空洞区域下方信号[5]。

2.2.2 落锤式弯沉仪检测

此次检测中采用车载式落锤弯沉仪。在检测路段内连续按点检测，正式检测前精准完成技术标定以及校核工作，确认无误后组织检测，需要现场完成弯沉仪可靠性确认，以传统贝克曼梁弯沉检测技术为基准，通过分析贝克曼梁弯沉仪测得回弹弯沉值与落锤弯沉仪测得动态弯沉值之间的关系进行判断，此次检测中两项参数呈现出良好的线性关系，经过计算相关系数＞0.95，可以看出落锤弯沉仪具有良好的稳定性、可靠性，符合此次检测要求。

在病害处，检测人员落锤时逐步加力，弯沉测量值也处于增加状态，利用平面坐标对弯沉值以及落锤力之间的关系进行分析，可以利用4个点完成曲线的拟合。正常情况下应为一条斜线，主要因沥青路面在受到冲击力后会出现弹性变形，且正常情况下斜线延长线会通过坐标原点，但出现脱空、空洞病害后斜线延长线无法正常通过坐标原点，基于此则可以判断检测位置存在脱空；在路面板角位置弯沉值＞0.20mm时可以直接判定为脱空。虽然落锤式弯沉仪不能对脱空的尺寸进行判定，但基于检测结果，参照《公路技术状况评定标准》（JTG 5210—2018）可以对脱空、空洞程度做出判断，有轻微与严重两种情况。

2.3 检测结果

检测八条车道后共发现7处病害，其中1处为空洞、6处为脱空，主要集中在左幅车道上（共计6处），并在1处发现大规模土体病害，集中出现在左幅二、三车道上。经过分析发现左幅车道病害相对集中位置为高速公路出口，且为连接两个省份的重要道路，日常车流量过大，加之受气候因素影响该区域降水丰沛，外部荷载以及自然降雨的综合作用下使沥青路面出现脱空与空洞，最大空洞尺寸达到13m×2m，病害继续发展将对该路段行车安全构成极大威胁。两项技术的详细检测结果如表1、表2所示。根据检测结果应组织维修养护队伍及时开挖确认病害情况，注浆修补，恢复行车安全。

表1 三维探地雷达检测结果

表2 落锤式弯沉仪检测结果

由表1、表2可以看出，两种检测方法对该高速公路沥青路面病害判定完全一致，但采用三维探地雷达检测可以测得病害的具体尺寸，落锤式弯沉仪检测中仅能判断是否存在病害。通过该案例可以确定在路面地下物体检测过程中三维探地雷达检测技术更加适用。

3 结语

综上所述，通过对高速公路沥青路面试验检测技术的研究与分析发现不同类型检测技术的使用价值不同、适用情况不同，且检测中操作复杂程度、检测结果精准性不同，在实际检测过程中需要根据检测对象、检测情况、检测要求合理选择检测技术手段，并保证检测过程中操作规范，以便提高检测效率与结果准确率，准确判定沥青路面病害的情况，为后续工作的开展提供可靠依据。