基于連續(xù)跟蹤數(shù)據(jù)的薄層罩面關(guān)鍵評價指標

彭勇均，熊春龍

(1.佛山市交通運輸綜合服務(wù)中心，廣東 佛山 528000；2.廣州肖寧道路工程技術(shù)研究事務(wù)所有限公司，廣東 廣州 510640)

薄層罩面是一種超薄瀝青混凝土磨耗層技術(shù)，與傳統(tǒng)罩面方式相比，薄層罩面具有更好的抗滑、降噪、防水等一系列優(yōu)點。采用薄層罩面可以有效地減小罩面層厚度，恢復(fù)路面使用性能，同時實現(xiàn)快速施工；此外薄層罩面可以節(jié)約材料，降低造價，延長路面大修周期，具有良好的經(jīng)濟效益和應(yīng)用價值。從目前研究來看，薄層罩面技術(shù)已越來越廣泛的在路面預(yù)防性養(yǎng)護中應(yīng)用，但其相關(guān)研究還主要集中在混合料的組成設(shè)計及成型方法，以及采用室內(nèi)試驗對路用性能進行驗證。對薄層罩面的長期路用性能雖也有少量研究，但往往限于觀測時間和檢測數(shù)據(jù)的不足，對其長期性能難以給出有說服力的評價。

為充分了解薄層罩面性能衰退規(guī)律，找到薄層罩面最能及時反映路面質(zhì)量衰退程度以便于進行質(zhì)量跟蹤控制與養(yǎng)護時機判斷的關(guān)鍵指標，以國內(nèi)較早應(yīng)用的微表處、Novachip超薄磨耗層及HVE(High Viscosity Elastic)超粘磨耗層作為研究對象。其中，Novachip超薄磨耗層技術(shù)是骨架空隙結(jié)構(gòu)，使其具有較大構(gòu)造深度、抗滑性能好等特點，HVE超粘磨耗層以傳統(tǒng)的MS-3型級配微表處為基礎(chǔ)，粘結(jié)料采用具有超強粘結(jié)能力的特種復(fù)合改性瀝青(乳液)，具有良好的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性能。通過對三種薄層罩面近3年的連續(xù)檢測數(shù)據(jù)進行收集、整理和分析，從檢測指標數(shù)據(jù)的敏感性和可靠度方面對三種薄層罩面的不同指標進行了分析，篩選出指標數(shù)據(jù)上具有敏感性、可靠性的指標作為薄層罩面的關(guān)鍵指標，進一步結(jié)合三種薄層罩面在北環(huán)高速公路上的實際應(yīng)用效果，評估指標的工程符合性，最終篩選出薄層罩面質(zhì)量評估的關(guān)鍵評價指標集。

1 關(guān)鍵指標分析方法

1.1 指標敏感性

敏感性分析是對檢測指標在每個時間間隔的變化幅度與對應(yīng)時間間隔的比值的平均值，相同時間間隔內(nèi)檢測指標的變化幅度越大，該指標的敏感性越強。敏感性計算方法見公式(1)。

(1)

1.2 不可靠度分析

不可靠度是每個檢測時間檢測指標變異系數(shù)的平均值。計算方法見公式(2)。

(2)

式中：Cνinder為index指標的不可靠度；inderi為第i次檢測，檢測指標，如車轍、摩擦系數(shù)、構(gòu)造深度等的數(shù)值；Cνinderi為不同檢測次數(shù)檢測指標的變異系數(shù)。

2 薄層罩面關(guān)鍵指標分析

2.1 指標選取

以2017～2019年微表處、Novachip超薄磨耗層及HVE(High Viscosity Elastic)超粘磨耗層的連續(xù)跟蹤檢測數(shù)據(jù)和歷史定檢報告數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對不同指標進行分析。其中，連續(xù)跟蹤檢測數(shù)據(jù)為2017～2019年對薄層罩面路段進行專項檢測而獲得的數(shù)據(jù)，檢測數(shù)據(jù)對應(yīng)具體的薄層罩面實施段落，針對性較強，但檢測依靠人工，效率相對偏低；歷史定檢報告數(shù)據(jù)為根據(jù)2017～2019年定檢報告獲取的數(shù)據(jù)，由于報告中評定段落的長度通常大于薄層罩面的實施段落長度，定檢數(shù)據(jù)通常包含薄層罩面段落以外傳統(tǒng)磨耗層的部分數(shù)據(jù)，針對性較低，但檢測依靠自動檢測設(shè)備，效率相對較高。為了保證分析的時間參數(shù)一致，選擇初始實施時間均為2015年的三種薄層罩面段落，進行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集。

分析指標涉及3年連續(xù)跟蹤檢測指標17項：車轍RD、BPN、構(gòu)造深度、激光構(gòu)造深度、SMA、SMI、棱角性0°～45°、棱角性45°～90°、棱角性90°～135°、棱角性135°～180°；涉及3年定檢報告指標：PCI、RQI、RDI、SRI、IRI、RD、SFC。

其中，棱角性0°～45°、棱角性45°～90°、棱角性90°～135°、棱角性135°～180°分別為采用路面三維激光抗滑紋理儀檢測的路表碎石顆粒的棱角的分布比例，激光構(gòu)造深度為采用路面三維激光抗滑紋理儀檢測的路面的構(gòu)造深度，SMA、SMI分別為采用路面三維激光抗滑紋理儀檢測的路表宏觀、微觀構(gòu)造分布密度，表征路表構(gòu)造分布密集程度。PCI等常規(guī)檢測指標參見《公路技術(shù)狀況評定標準》(JTG 5210-2018)。

2.2 指標敏感性

對2015年實施的三種薄層罩面的17個單項評價指標數(shù)據(jù)進行敏感性分析，結(jié)果見表1。

表1 指標衰變敏感性結(jié)果%

由表1可知，微表處17項指標的敏感性范圍為0～5.57%之間，均值為1.34%；Novachip的17項指標敏感性范圍為0.01～8.77%，均值為1.07%；HVE的17項指標敏感性范圍為0.07～5.13%，均值為1.25%。不難發(fā)現(xiàn)，17項評價指標對于不同的薄層罩面技術(shù)特點的表征敏感性整體上是相近的，敏感性均值均1.2%左右。由此證明，采用表1中17項評價指標可以有效的評價不同類型的薄層罩面，綜合評估效果相近。

為了進一步分析明確17項評價指標中對薄層罩面性能變化較為敏感的指標集。采用雷達圖的形式表現(xiàn)薄層罩面不同評價指標的敏感性，見圖1。

圖1 指標衰變敏感性分布

由圖1可知，不同薄層罩面的各項評價指標中隨時間變化敏感性相對較大的指標排序：RD(檢測)、IRI(報告)、RD(報告)、棱角性45°～90°、SFC(報告)、構(gòu)造深度(檢測)、BPN值(檢測)、棱角性90°～135°。其中RD(檢測)的敏感性最大，均值為6.45%。IRI(報告)、RD(報告)、棱角性45°～90°、SFC(報告)、構(gòu)造深度(檢測)的敏感性相當，其敏感性均值為1.83%。相對而言，棱角性90°～135°、BPN值(檢測)的敏感性較低，均值為1.18%，由此可推測，在薄層罩面的抗滑評價方面，采用擺式摩擦系數(shù)儀檢測的BPN值(檢測)相對于采用鋪砂法檢測的構(gòu)造深度(檢測)、橫向力系數(shù)車檢測的SFC(報告)及采用路面三維激光抗滑紋理儀檢測棱角性45°～90°指標，反映薄層罩面性能變化的敏感性低；但BPN值(檢測)指標的敏感性略高于棱角性90°～135°。

2.3 指標不可靠度

對2015年實施的三種薄層罩面的17項評價指標數(shù)據(jù)進行不可靠度分析，結(jié)果見表2。

表2 指標衰變不可靠度結(jié)果%

由表2可知，微表處17項指標的不可靠度范圍為0.30%～32.39%之間，均值為10.02%；Novachip的17項指標敏感性范圍為0.20%～38.84%，均值為8.24%；HVE的17項指標敏感性范圍為0.30%～43.06%，均值為11.01%。17項指標對不同薄層罩面性能變化評價的不可靠度整體上是相近的，不可靠度的均值為9.75%左右。與指標的敏感性分析類似，采用表2中17項評價指標對不同類型的薄層罩面性能變化評價的可靠性，在整體上是接近的。

為了進一步分析17項評價指標對薄層罩面性能變化評價的可靠性，采用雷達圖表現(xiàn)薄層罩面不同評價指標的不可靠度，見圖2。

圖2 指標不可靠度分布

由圖2可知，不可靠度相對較大的評價指標排序：RD(檢測)、RD(報告)、IRI(報告)、激光構(gòu)造深度(檢測)、SFC(報告)。其中RD(檢測)的不可靠度最大，均值為36.21%。IRI(報告)、RD(報告)的不可靠度相當，其不可靠度均值為25.44%。在抗滑性能評價方面，激光構(gòu)造深度(檢測)的不可靠度略高于橫向力系數(shù)SFC(報告)。

PCI(報告)、RQI(報告)、RDI(報告)、SRI(報告)、BPN(檢測)、構(gòu)造深度(檢測)、SMA、SMI、棱角性0°～45°、棱角性45°～90°、棱角性90°～135°、棱角性135°～180°的不可靠度均在15%以內(nèi)，相對較低。

根據(jù)評價指標的敏感性和不可靠度分析，得到對薄層罩面的性能變化評價敏感和可靠的評價指標集：BPN(檢測)、構(gòu)造深度(檢測)、棱角性45°～90°、棱角性90°～135°。評價指標集的敏感性和不可靠度數(shù)據(jù)見表3。

表3 評價指標敏感性和不可靠度%

由表3可知，抗滑性能變化是薄層罩面的關(guān)鍵評價指標，這個判斷與瀝青路面薄層罩面的養(yǎng)護管理經(jīng)驗相符。在所得的評價指標集中，棱角性45°～90°的敏感性和可靠度最高，其次是鋪砂法構(gòu)造深度和BPN。

3 指標工程符合性分析

在采用敏感性、不可靠度對不同評價指標進行數(shù)學統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合三種薄層罩面方案在北環(huán)高速的應(yīng)用情況，對評價薄層罩面性能的指標進行分析。

棱角性45°～90°的敏感性最高，表明薄層罩面表面碎石顆粒的磨耗較嚴重，隨著車輛輪胎對薄層罩面的反復(fù)作用，主軸與水平方向的夾角在45°～90°的碎石顆粒快速減少。在北環(huán)高速路面發(fā)現(xiàn)的薄層罩面表面明顯碎石顆粒掉粒、磨耗等現(xiàn)象應(yīng)證了這一指標，見圖3。

圖3 北環(huán)高速公路三種薄層罩面在使用過程中的表觀特征

棱角性90°～135°也是敏感性較高和較可靠的抗滑評價指標，與棱角性45°～90°相同，其指標與薄層罩面表面的碎石顆粒掉粒、磨耗等存在較大的關(guān)系。

BPN(檢測)和鋪砂法構(gòu)造深度(檢測)指標是常用的磨耗層抗滑性能評價指標，多用于對局部位置薄層罩面抗滑性能的專項檢測，能夠較為敏感的識別薄層罩面抗滑性能變化，且指標不可靠度均小于8%，相對較小，通?？蓾M足工程的需求。

相對于BPN(檢測)、構(gòu)造深度(檢測)、棱角性45°～90°、棱角性90°～135°四個抗滑評價指標，在磨耗層中對抗滑評價非常關(guān)鍵的SFC(報告)雖具有一定的敏感性，但不可靠度也非常高(24.12%)，主要原因是報告中的SFC對應(yīng)的路段與需要評價的薄層罩面路段有偏差，導(dǎo)致該指標敏感性和可靠度降低。因此，對于長度較短的薄層罩面段落，采用橫向力系數(shù)車等自動檢測設(shè)備時，數(shù)據(jù)采集頻率和評價路段的劃分必須做到針對性。

激光構(gòu)造深度(檢測)是采用路面三維激光抗滑紋理儀檢測的路面構(gòu)造深度，利用激光測距原理測量薄層罩面表面宏觀構(gòu)造信息，并計算構(gòu)造深度。該指標數(shù)據(jù)的敏感性一般，檢測數(shù)據(jù)的變異性較大，但該指標單次檢測面積大于鋪砂法，且激光可檢測到表面較深的構(gòu)造，減少由于砂顆粒在構(gòu)造中形成堆拱無法填滿全部構(gòu)造而造成低估薄層罩面構(gòu)造深度的可能。利用對北環(huán)高速公路三種不同薄層罩面檢測得到的激光構(gòu)造深度和鋪砂法構(gòu)造深度進行對比分析，可知采用路面三維激光抗滑紋理儀檢測激光構(gòu)造深度可有效替代鋪砂法構(gòu)造深度。

圖4 激光構(gòu)造深度與鋪砂法構(gòu)造深度檢測結(jié)果的相關(guān)性

北環(huán)高速的微表處、Novachip主要實施在路基段路面磨耗層表面，而HVE主要實施在橋面鋪裝層瀝青磨耗層表面。根據(jù)工程觀察發(fā)現(xiàn)，車轍和平整度主要由薄層罩面的下承層狀況決定，RD(檢測)、RD(報告)、IRI(報告)對于評價薄層罩面的車轍和平整度時，具有非常大的局限性，路基段，薄層罩面的車轍深度和平整度狀況往往跟與薄層罩面的工前狀況具有較大的一致性，而橋梁段，路面的平整度指標受薄層罩面表面顆粒的磨耗、掉粒影響較大。另外，RD(報告)和IRI(報告)為通過自動檢測設(shè)備檢測的報告數(shù)據(jù)，具有與SFC(報告)相同的針對性問題。

另外，在北環(huán)高速公路還發(fā)現(xiàn)薄層罩面的推坑槽病害，見圖5。瀝青薄層罩面與瀝青磨耗層一樣，也會發(fā)生瀝青路面的表面病害，因此薄層罩面的表面破損指數(shù)PCI比較關(guān)鍵，PCI(報告)同樣也存在段落對應(yīng)性差的問題，因此需要在檢測過程中針對性的劃分薄層罩面的評定段落，使評定段落與薄層罩面的實施段落一致。

圖5 薄層罩面坑槽病害

由上述薄層罩面的工程符合性分析，可知，薄層罩面性能變化的關(guān)鍵評價指標集包括：棱角性45°～90°、構(gòu)造深度(檢測)、BPN(檢測)、棱角性90°～135°、激光構(gòu)造深度(檢測)、SFC、PCI。根據(jù)關(guān)鍵評價指標集，可有效提高對薄層罩面的使用狀況評估與跟蹤，及時采取措施維護薄層罩面，提高路面預(yù)防性養(yǎng)護的水平。

4 結(jié) 語

采用敏感性和不可靠度指標分析了不同檢測指標的特點，并結(jié)合薄層罩面在北環(huán)高速公路中的實際應(yīng)用，分析薄層罩面評價指標的工程符合性。主要結(jié)論：

瀝青薄層罩面性能變化的關(guān)鍵評價指標集包括：棱角性45°～90°、構(gòu)造深度(檢測)、BPN(檢測)、棱角性90°～135°、激光構(gòu)造深度(檢測)、SFC、PCI。

SFC、PCI指標在實際檢測中確保其評價段落與瀝青薄層罩面的實施段落一致，是有效提高指標敏感性和可靠度的方法。