沿海地區(qū)高速公路病害精確診斷技術(shù)研究

□文/肖國(guó)良 吳景海 王德群

沿海地區(qū)高速公路病害精確診斷技術(shù)研究

□文/肖國(guó)良 吳景海 王德群

文章首先從病害種類、病害特征及病害權(quán)重3個(gè)方面對(duì)沿海地區(qū)高速公路的病害進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上根據(jù)不同基層、路基狀況，選取25個(gè)代表性路段分別采用地質(zhì)雷達(dá)、落錘彎沉儀、動(dòng)力錐貫入儀及瑞雷波等檢測(cè)手段進(jìn)行綜合檢測(cè)及數(shù)據(jù)分析，建立多方面、多角度的基層、路基的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。最后通過逐步分析及排除法等方式形成病害精確診斷技術(shù)。

沿海地區(qū)；高速公路；病害；診斷；評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)沿海地區(qū)軟土分布廣，地下水位高，后期沉降大，路基填料差，土基模量低，壓縮性高。同時(shí)沿海城市多為經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，交通量大，重載車比例高且路網(wǎng)密集，交叉較多，高填土路堤比重較大，加之施工質(zhì)量參差不齊，一些高速建成通車不久，就產(chǎn)生了病害。目前檢測(cè)技術(shù)側(cè)重于路面使用性能的評(píng)價(jià)，單一的無損檢測(cè)技術(shù)無法對(duì)沿海地區(qū)高速公路基層、路基產(chǎn)生的病害實(shí)現(xiàn)精確診斷。因此，通過理論分析、試驗(yàn)研究、綜合檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，形成路面基層、路基病害快速、無損、量化及互補(bǔ)的高速公路的精確診斷技術(shù)和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

1 沿海地區(qū)高速公路病害特征研究

首先分析沿海地區(qū)高速公路病害特征。選取長(zhǎng)深、京滬、榮烏等15條高速公路為樣本，通過對(duì)近3 a檢測(cè)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，沿海地區(qū)高速公路的主要病害為龜裂、縱向裂縫、沉陷及車轍。各種病害的種類及權(quán)重見圖1。

圖1 病害種類及權(quán)重

由圖1可以發(fā)現(xiàn)，占權(quán)重最多的是龜裂，其塊度多數(shù)＜0.2 m，縫寬＞5 mm，屬于嚴(yán)重龜裂；其次是縱向裂縫，嚴(yán)重處縫寬達(dá)2 cm，長(zhǎng)度約為50～200 m，達(dá)到“重”的標(biāo)準(zhǔn)；第三是路面沉陷，深度在10～30 cm，這種重度沉陷在行車時(shí)帶來安全隱患；最后是嚴(yán)重車轍，深度一般在20～40 mm，在車轍的比例中達(dá)到11%～17%。

通過病害特征的研究發(fā)現(xiàn)，沿海地區(qū)高速公路的主要病害是龜裂、縱向裂縫、沉陷及重車轍，病害程度重，多數(shù)可能是由基層、路基問題引起的，病害誘因較深，見圖2，成因復(fù)雜，一些常規(guī)的檢測(cè)手段分析能力不足，難以實(shí)現(xiàn)病害的精確診斷。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)銑刨后槽底現(xiàn)狀

2 綜合診斷評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)研究

在國(guó)外由于其施工質(zhì)量較好，病害成因簡(jiǎn)單，雖然擁有雷達(dá)、瑞雷波、動(dòng)力錐貫入儀、落錘彎沉儀等檢測(cè)設(shè)備，但真正用于病害成因分析的主要依靠雷達(dá)、落錘檢測(cè)手段。國(guó)內(nèi)病害成因復(fù)雜，僅采用一種或兩種檢測(cè)設(shè)備，指標(biāo)單一，無法診斷出病害的真正原因。因此將多種檢測(cè)方法綜合運(yùn)用、有機(jī)結(jié)合的精確診斷技術(shù)是非常必要的。鑒于此，根據(jù)不同基層、路基狀況，選取25個(gè)代表性路段分別采用地質(zhì)雷達(dá)、落錘彎沉儀、動(dòng)力錐貫入儀及瑞雷波等檢測(cè)手段進(jìn)行綜合檢測(cè)及數(shù)據(jù)分析，建立多方面、多角度的基層、路基的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

對(duì)基層采用落錘彎沉儀動(dòng)態(tài)模量表征基層的強(qiáng)度，采用地質(zhì)雷達(dá)圖像的反射波同相軸連續(xù)性表征基層完整性，見表2-表3和圖3。

表1 代表路段檢測(cè)

表2 基層的強(qiáng)度類型劃分和動(dòng)態(tài)模量范圍 MPa

表3 地質(zhì)雷達(dá)圖像評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)（基層）

圖3 地質(zhì)雷達(dá)典型圖譜（基層）

對(duì)路基采用落錘彎沉儀動(dòng)態(tài)模量表征路基的模量、采用動(dòng)力錐貫入儀表征路基的強(qiáng)度，采用地質(zhì)雷達(dá)的同相軸連續(xù)性表征路基不同深度的密實(shí)性。采用瑞雷波波速表征路基不同深度的軟硬程度，見表4-表6和圖3-圖4。

表4 路基的強(qiáng)度類型劃分和模量范圍 MPa

表5 瑞雷波波速評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)（路基） m/s

表6 地質(zhì)雷達(dá)圖像評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)（路基）

圖4 瑞雷波典型曲線

圖5 地質(zhì)雷達(dá)典型圖譜（路基）

采用雷達(dá)波形判斷基層、路基的完整性和密實(shí)性、通過落錘彎沉儀判斷基層、路基的模量、通過動(dòng)力錐貫入儀判斷基層、路基的強(qiáng)度、通過瑞雷波波速判斷路基的密度。綜合以上的研究成果，建立了互為補(bǔ)充、有機(jī)結(jié)合的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，為沿海地區(qū)高速公路的病害成因的精確診斷提供了重要的基礎(chǔ)。

3 病害精確診斷技術(shù)研究

精確診斷應(yīng)先從最直觀的路面病害調(diào)查開始，采用一般檢測(cè)技術(shù)，先對(duì)路面5項(xiàng)指標(biāo)（路面損壞PCI、路面平整度RQI、路面車轍RDI、抗滑性能SRI、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度PSSI）進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)各指標(biāo)所反映出的路面損壞狀況并結(jié)合歷史維修資料，對(duì)路面破損病害的類型、病害的程度等進(jìn)行判定，初步分析病害成因。

根據(jù)初步原因分析的結(jié)果，針對(duì)可能產(chǎn)生病害的原因，采取相對(duì)應(yīng)的特殊檢測(cè)方法，進(jìn)行針對(duì)性的檢測(cè)及分析，將多種檢測(cè)方法的優(yōu)勢(shì)有機(jī)結(jié)合起來，對(duì)可能的原因進(jìn)行評(píng)估，排除不可能的原因，從而得出病害成因。

若經(jīng)過特殊檢測(cè)方法排除后，各病害原因均不成立，則應(yīng)返回初步分析，重新對(duì)病害成因進(jìn)行分析定位，然后再結(jié)合特殊檢測(cè)方法，進(jìn)行檢測(cè)，最終確定病害的成因。

綜上所述，首先通過歷史資料及病害調(diào)查，采用一般檢測(cè)方法，初步判斷病害成因；然后采取相對(duì)應(yīng)的特殊檢測(cè)方法，進(jìn)行針對(duì)性檢測(cè)及分析，多種有效檢測(cè)手段縱向與橫向的有機(jī)結(jié)合，逐步排除，最終實(shí)現(xiàn)病害成因精確診斷，精確診斷流程見圖6。

圖6 精確診斷技術(shù)流程

4 結(jié)論

1）沿海地區(qū)高速公路主要病害是龜裂、縱向裂縫、沉陷及車轍，病害程度重、誘因深（基層、路基問題），成因復(fù)雜，常規(guī)檢測(cè)手段分析能力不足。

2）綜合采用地質(zhì)雷達(dá)圖像、落錘彎沉儀動(dòng)態(tài)模量、動(dòng)力錐貫入儀轉(zhuǎn)換模量、瑞雷波波速形成了互為補(bǔ)充、有機(jī)結(jié)合的檢測(cè)方法和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

3）在研究病害特征和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，提出了病害精確診斷技術(shù)。

[1]JTG H-20—2007，公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]孫立軍.瀝青路面結(jié)構(gòu)行為理論[M].北京：人民交通出版社，2005.

[3]吳景海，王德群，商耀祥.高速公路路堤和路面軟基病害檢測(cè)及加固處理[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2003，16（2）：14-17.

□吳景海、王德群/天津市交通科學(xué)研究院。

U418

C

1008-3197（2015）06-62-03

10.3969/j.issn.1008-3197.2015.06.022

2015-10-09

肖國(guó)良/男，1978年出生，高級(jí)工程師，天津市交通科學(xué)研究院，從事高速公路養(yǎng)護(hù)科研工作。