瀝青路面病害無損檢測及養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究

張少興

摘 要：為了研究瀝青路面病害無損檢測及養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)介紹了無損檢測技術(shù)中具有代表性的三維探地雷達(dá)檢測技術(shù)。依托實(shí)際工程，重點(diǎn)研究了三維地探雷達(dá)檢測方法的可靠性。研究結(jié)果表明：三維探地雷達(dá)檢測技術(shù)可以準(zhǔn)確判定病害發(fā)生的層位;雷達(dá)掃描可以發(fā)現(xiàn)未反映到表面的病害和隱患;三維探地雷達(dá)技術(shù)可以有效識別道路內(nèi)的脫空、沉陷、裂縫和嚴(yán)重疏松等病害。

關(guān)鍵詞：瀝青路面;病害;三維探地雷達(dá);無損檢測;養(yǎng)護(hù)

與水泥混凝土路面相比，瀝青路面更為平整、舒適，并且維修時(shí)間短、路面無接縫，所以，高速公路等高等級公路的路面多采用瀝青材料。瀝青路面施工不但要建立完善的瀝青路面施工標(biāo)準(zhǔn)，還要深入研究瀝青路面的養(yǎng)護(hù)技術(shù)，在這方面我國十分重視，2001年我國出臺(tái)了《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTJ-073.2-2001）。但是，在瀝青路面的使用過程中，路面病害嚴(yán)重影響著瀝青路面的平整度，影響著瀝青公路的正常使用，所以對于瀝青路面的病害必須引起足夠的重視。

一、無損檢測和養(yǎng)護(hù)

（一）三維探地雷達(dá)檢測技術(shù)

為了滿足現(xiàn)代道路建設(shè)需求，道路檢測和養(yǎng)護(hù)中開始應(yīng)用大量無損檢測新技術(shù)，主要有頻譜分析技術(shù)、超聲波技術(shù)、激光技術(shù)、探地雷達(dá)技術(shù)等。三維探地雷達(dá)無損檢測技術(shù)技術(shù)由探地雷達(dá)技術(shù)發(fā)展而來，由單一天線發(fā)展到雷達(dá)陣列天線，主要用于檢測結(jié)構(gòu)層厚度、瀝青路面均勻性和道路內(nèi)部潛在病害。三維探地雷達(dá)技術(shù)利用寬帶短脈沖電磁波的傳播特性形成地下物體的高精度圖像。電磁波在傳播時(shí)，若遇到介電特性不同的物質(zhì)分界面，會(huì)反射給陣列天線。由于不同

介質(zhì)的電導(dǎo)率和介電常數(shù)不同，反射電磁波的振幅、相位和頻譜等特征會(huì)發(fā)生變化，陣列天線接收并處理形成雷達(dá)波圖像，從水平面、橫斷面、縱斷面三個(gè)角度可以觀測地下目標(biāo)體的結(jié)構(gòu)層位置、介電特性及幾何形態(tài)，從而掌握路面結(jié)構(gòu)層厚度的變化情況和路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的病害情況。

（二）病害檢測

三維地探雷達(dá)檢測技術(shù)可以識別基層脫空、沉陷、裂縫發(fā)育、含水率不均勻等病害或隱患。從縱斷面、橫斷面、水平面的三維視角檢測路面、路基病害。讀取圖像時(shí)，同相軸、反射波的振幅和方向、常見道路材料的介電常數(shù)是需要重點(diǎn)關(guān)注的因素，同時(shí)結(jié)合道路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況與實(shí)際使用的探地雷達(dá)性能，綜合考慮。

1、裂縫

裂縫在縱斷面與橫斷面圖像上較難發(fā)現(xiàn)，但在路表水平面上可以直接識別。水平面圖像可以觀測裂縫的走向與裂縫的長度，但目前探地雷達(dá)技術(shù)無法識別裂縫寬度。裂縫在深度方向的定位可以知道裂縫在哪一層位開始與結(jié)束。

2、車轍

車轍是指瀝青面層形成中間凹陷兩側(cè)隆起的永久變形，雷達(dá)橫斷面圖像中會(huì)顯示為“W”變形。我國瀝青混凝土路面多為剛度較大的半剛性基層，永久變形主要發(fā)生在面層結(jié)構(gòu)中，因此雷達(dá)圖像中“W”變形主要出現(xiàn)在道路面層。

3、路基松散

路基壓實(shí)不充分時(shí)，結(jié)構(gòu)層各部分的含水率和密度不均勻，電磁波在不均勻介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)發(fā)生不規(guī)則反射，在雷達(dá)縱斷面圖像中表現(xiàn)為振幅較大、相位不連續(xù)的波形，即“兩黑夾一白”和“兩白夾一黑”大量交錯(cuò)。

4、脫空和空洞

空洞墻體填充介質(zhì)與其周圍介質(zhì)存在較大的電性差異，接觸面界面反射振幅會(huì)明顯增大，雷達(dá)縱斷面和橫斷面圖像顯示為兩側(cè)存在較強(qiáng)的繞射波，形成“兩黑夾一白”或“兩白夾一黑”的高亮曲線。當(dāng)填充介質(zhì)為氣體時(shí)，反射電磁波的相位發(fā)生反向;當(dāng)填充介質(zhì)為水時(shí)，反射電磁波的相位不變，從而判斷空洞和脫空的性質(zhì)。

5、路基沉陷

路基沉陷導(dǎo)致路面各結(jié)構(gòu)層跟隨路基產(chǎn)生變形，在雷達(dá)縱斷面圖像上路基沉陷表現(xiàn)為反射波形整體出現(xiàn)凹陷狀態(tài)。

（三）養(yǎng)護(hù)措施

1、裂縫灌封

改性瀝青或熱熔密封膠可以直接灌縫寬度在6mm以下的細(xì)小裂縫。對寬度在6mm以上的較深裂縫，要進(jìn)行開槽和帖縫處理，能夠有效黏結(jié)裂縫兩側(cè)瀝青混凝土，防止雨水下滲。

2、注漿法加固基層

將水泥或石灰漿通過導(dǎo)管注入到地下空洞和脫空中，或利用流動(dòng)漿液的滲透、擠壓和劈裂效果，提高基層密實(shí)度和回彈模量，從而改善其物理力學(xué)性能，形成強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、抗?jié)B性能強(qiáng)的新結(jié)構(gòu)層。注漿法施工時(shí)不需要挖除原路的路面結(jié)構(gòu)，施工簡單迅速。

3、翻修重建

翻修重建是解決路面結(jié)構(gòu)病害的最有效方法，是目前道路養(yǎng)護(hù)工程中的主要處治方法。當(dāng)?shù)缆坊鶎拥慕Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度基本喪失或完全失去承載能力時(shí)，應(yīng)對整個(gè)道路的結(jié)構(gòu)層進(jìn)行翻修重建，將道路的面層、基層、底基層以及發(fā)生損壞的部分路基全部挖除，重新鋪筑道路的各結(jié)構(gòu)層。該方法能夠徹底改善路用性能，缺點(diǎn)是成本高、影響道路正常通車。

二、工程實(shí)踐

（一）工程概況

某高速公路在建設(shè)過程中瀝青路面出現(xiàn)沉陷，面層沉陷長度達(dá)11.5m，寬度達(dá)3.8m。采用三維探地雷達(dá)檢測沉陷區(qū)域地下結(jié)構(gòu)病害情況。其各層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：上面層為4cmAC-16Ⅰ的中粒式瀝青混凝土，中面層為5cmAC-20Ⅰ型中粒式瀝青混凝土，下面層為6cmAC25Ⅰ型粗粒式瀝青混凝土。上基層為19cm水泥穩(wěn)定碎石，下基層為19cm水泥碎石，底基層20cm石灰土。

（二）檢測結(jié)果

道路右幅有43m2明顯沉陷，路基區(qū)域脫空嚴(yán)重，脫空所在深度約為1.5m，但無法計(jì)算空洞高度。道路左幅有明顯開裂，有約1.3m寬的10m2沉陷，且路基區(qū)域存在明顯脫空，深度約為1.5m，但無法計(jì)算空洞高度。兩處脫空“兩黑夾一白”，反射系數(shù)為負(fù)，說明兩處空洞被水填充。

（三）結(jié)果驗(yàn)證

為了驗(yàn)證三維探地雷達(dá)技術(shù)識別脫空病害的準(zhǔn)確性，本文采用現(xiàn)場踏勘、鉆芯取樣方法進(jìn)行對比。結(jié)果表明，在地下1.5～3m位置存在空洞病害，空洞高度約1.5m，這充分證明了三維探地雷達(dá)識別病害的準(zhǔn)確性。鉆芯取樣結(jié)果發(fā)現(xiàn)脫空深度達(dá)到1.5m時(shí)，三維探地雷達(dá)無法識別空洞高度。這是由于該路段檢測前有降雨，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)層含水率較高，當(dāng)空洞位置較深時(shí)，高頻電磁波在傳播過程中衰減較大，識別率大幅下降。

（四）病害養(yǎng)護(hù)

分析該路段病害成因，發(fā)現(xiàn)施工時(shí)路基壓實(shí)度不夠，雨水沖刷和浸泡路基致使路基強(qiáng)度下降，在大車輛荷載作用下產(chǎn)生了路基沉陷的現(xiàn)象。針對上面描述的現(xiàn)象，確定采用注漿法加固路基。采用為0.5水灰比、R32.5復(fù)合硅酸鹽水泥的漿液。管口壓力設(shè)置為0.2～0.4MPa，瞬間壓力達(dá)到0.5MPa時(shí)終止灌漿。注漿深度為1.0～11.5m，0.6m為一段分段注漿。加固處理后，該路段未再出現(xiàn)明顯的路基沉陷病害特征。

三、結(jié)語

三維探地雷達(dá)檢測技術(shù)可以準(zhǔn)確測定病害發(fā)生的層位，能夠取代傳統(tǒng)鉆芯取樣方法。雷達(dá)掃描可以發(fā)現(xiàn)深層隱藏的縱裂、橫裂等未反映到表面的病害。三維探地雷達(dá)檢測技術(shù)能有效檢測出道路內(nèi)部的脫空、沉陷、裂縫和嚴(yán)重疏松等病害或隱患，但是在更深層病害、含水量、裂縫寬度測定等其他方面的應(yīng)用還有待改善。

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