國省干線公路早期病害防治

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半剛性基層是我國目前主要的瀝青混凝土路面基層結(jié)構(gòu)形式，半剛性基層具有整體強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、板體性強(qiáng)以及經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。但是經(jīng)過多年的使用，發(fā)現(xiàn)半剛性基層瀝青混凝土路面由于其自身性能的缺陷，會出現(xiàn)坑槽、裂縫、車轍、擁包等不同程度的早期破壞，導(dǎo)致路面的質(zhì)量降低，車輛的抗滑能力下降，影響了路面的服務(wù)能力，危及行車的安全。江蘇省內(nèi)蘇北某條省道自從2014年1月通車以來，在不到一年的時間內(nèi)，K70＋450～K70＋950下行段行車道出現(xiàn)了嚴(yán)重的大范圍沉陷病害，最大沉陷深度處沉陷已達(dá)40mm，嚴(yán)重影響了道路的使用性能，受到管護(hù)單位的委托，決定采用道路現(xiàn)場調(diào)查、現(xiàn)場坑探、現(xiàn)場原位DCP測試和探地雷達(dá)對道路病害的原因進(jìn)行調(diào)查。

1探地雷達(dá)檢測

探地雷達(dá)GPR（GroundPenetratingRadar），是一種新的檢測方法，通過向地下發(fā)射寬帶短脈沖高頻電磁波，利用不同地下介質(zhì)的電性特性及其分接口對電磁波的反射原理，通過分析來自地下介質(zhì)的反射電磁波的振幅、相位和頻譜等運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特征來分析、推斷地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)和物性特征、識別地下目標(biāo)體，具有實(shí)時連續(xù)、高精度、快速和無損等特點(diǎn)。探地雷達(dá)向地下發(fā)送脈沖形式的高頻寬帶電磁波。電磁波在地下介質(zhì)傳播過程中，當(dāng)遇到存在電性差異的地下目標(biāo)體，如空洞、分界面時，電磁波便發(fā)生反射，返回到地面時由接收天線所接收。在對接收天線接收到的雷達(dá)波進(jìn)行處理和分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)接收到的雷達(dá)波形、強(qiáng)度、雙程走時等參數(shù)便可推斷地下目標(biāo)體的空間位置、結(jié)構(gòu)、電性及幾何形態(tài)，從而達(dá)到對地下隱蔽目標(biāo)物的探測。探地雷達(dá)采用非接地性測量，可做快速連續(xù)檢測，對檢測對象無損，能比較直觀地表現(xiàn)檢測目標(biāo)物。因此，探地雷達(dá)技術(shù)成為工程地球物理勘查的重要方法之一。探地雷達(dá)工作時，由發(fā)射天線（T）向地下介質(zhì)發(fā)射一定中心頻率的高頻電磁脈沖波，經(jīng)地下地層或目標(biāo)體反射后返回地面，被接收天線（R）所接收。脈沖波旅行時間為：式中：h為探地雷達(dá)探測目標(biāo)層深度，m；c為電磁波在空氣中的傳播速度，m／ns；v為電磁波在介質(zhì)中的傳播速度，m／ns；t為電磁波在介質(zhì)中傳播的時間，ns；x為發(fā)射（T）和接收（R）天線之間的距離，m；εr為介電常數(shù)。因此，根據(jù)接收到波的雙程走時、幅度與波形資料，可推斷介質(zhì)的結(jié)構(gòu)。本次檢測采用SIR3000型探地雷達(dá)對該處下行部分段落的超車道、行車道以及硬路肩進(jìn)行檢測，檢測指標(biāo)為路面內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整性。利用對路面內(nèi)部結(jié)構(gòu)層病害進(jìn)行分析，將路面內(nèi)部結(jié)構(gòu)層病害劃分為4類：脫空、松散（疏松、離析、破碎）、層間黏結(jié)不密實(shí)、富水，對松散和富水情況進(jìn)行分級，對路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行綜合評價。對項目指定的檢測段落，分別在縱向和橫向布置測線，縱向測線位置分布在車輛輪跡帶附近：行車道內(nèi)側(cè)為距離超車道0．5m處，行車道外側(cè)為距離緊急停車帶0．5m處；橫向雷達(dá)測線的位置為坑探部位處。橫向雷達(dá)測線圖顯示該路段道路結(jié)構(gòu)層分層較為明顯。疏松病害區(qū)域的雷達(dá)反射波振幅遠(yuǎn)大于周圍介質(zhì)反射，波形基本散亂，疏松病害下方的道路結(jié)構(gòu)層界面同相軸部分缺失，表現(xiàn)為基層松散。雷達(dá)反射波振幅與初始雷達(dá)發(fā)射電磁波反相，振幅較周圍介質(zhì)反射波振幅小，頻譜上部分高頻信號被吸收截斷，主要表現(xiàn)為中低頻譜，是水穩(wěn)基層富水的表現(xiàn)。基層松散和富水的范圍主要集中在距離道路表面0．2～0．5m范圍內(nèi)。縱向雷達(dá)測線顯示該路段疏松病害區(qū)域的雷達(dá)反射波振幅遠(yuǎn)大于周圍介質(zhì)反射，波形基本散亂，疏松病害下方的道路結(jié)構(gòu)層界面同相軸部分缺失，表現(xiàn)為基層松散。經(jīng)過縱向探地雷達(dá)檢測，該段道路病害的主要類型為基層松散，其次為結(jié)構(gòu)層富水。目前發(fā)生行車道內(nèi)側(cè)基層松散的路段全長為127m，占雷達(dá)檢測路段總長的25．4％，行車道外側(cè)基層松散路段全長82m，占雷達(dá)檢測路段總長的16．4％。結(jié)構(gòu)層富水主要出現(xiàn)在水穩(wěn)上下基層。內(nèi)側(cè)測線檢測發(fā)現(xiàn)基層富水路段長83m，占檢測路段全長的16．6％，外側(cè)測線檢測發(fā)現(xiàn)基層富水路段長36m，占檢測路段全長的7．2％，從雷達(dá)檢測圖上能顯示出：行車道外側(cè)道路結(jié)構(gòu)的各項指標(biāo)均好于行車道內(nèi)側(cè)部分。

2路面坑探調(diào)查

現(xiàn)場坑探調(diào)查共開挖4層道路結(jié)構(gòu)層，包括瀝青混凝土上面層、瀝青混凝土下面層、基層、底基層，每處坑探均開挖至路床。現(xiàn)場坑探點(diǎn)選一處，探坑尺寸約為2．5m×1m，其坑探面積約為2．5m2，2．5m橫向長度，1m為縱向?qū)挾?，深度挖至路床頂面，觀察每個路面結(jié)構(gòu)層?，F(xiàn)場路面路表最大沉陷深度為30mm，現(xiàn)場路面最大凹陷部位為水平距離道路右側(cè)邊線1．0m，即行車道右側(cè)輪跡帶附近，路面出現(xiàn)擁包現(xiàn)象。經(jīng)逐層開挖結(jié)構(gòu)層，各結(jié)構(gòu)層整體情況如下。

（1）瀝青混凝土上面層挖開后下面層頂干燥，挖開的瀝青混合料內(nèi)部干燥，無明顯水。

（2）瀝青混凝土下面層挖開后，挖出的混合料中可見裸露集料，表明有瀝青與集料剝落現(xiàn)象發(fā)生，上基層表面滲水現(xiàn)象明顯，靠近停車道處混合料較干燥，靠近行車道一端較潮濕。

（3）上基層開挖后，上基層混合料碎塊偏小，細(xì)集料偏多，多呈粉狀，可用手掰開。經(jīng)與挖開的下基層混合料比較，上基層的混合料碎塊普遍小于下基層混合料，表明上基層水穩(wěn)碎石強(qiáng)度較下基層混合料強(qiáng)度偏低。上基層水穩(wěn)碎石層在現(xiàn)場查看后發(fā)現(xiàn)混合料內(nèi)部潮濕，混合料周圍有泥漿，挖開的混合料呈黃泥土色，表明集料含泥量較大，開挖完成后，下基層頂面出現(xiàn)積水。

（4）下基層內(nèi)部混合料潮濕，底基層頂面靠近停車道部位相對干燥，靠行車道一側(cè)較潮濕。

（5）底基層、路床內(nèi)部均較干燥，開挖完成后，坑底出現(xiàn)積水，由于上基層內(nèi)部滲水，可能導(dǎo)致其下的結(jié)構(gòu)層位受此影響出現(xiàn)積水現(xiàn)象。綜合分析可知，上下瀝青混凝土面層較干燥；道路主要滲水位置在上基層內(nèi)部，其余層位均無明顯滲水，可能受上基層滲水影響，瀝青混凝土下面層、下基層內(nèi)部較潮濕；底基層以及路床內(nèi)部均較干燥?，F(xiàn)場開挖過程中，均有水從路面上基層內(nèi)部滲出，積水可能導(dǎo)致道路下基層相鄰層位內(nèi)部較潮濕。

3路面破損調(diào)查

對該段路下行路面進(jìn)行了路面破損調(diào)查，在搜集原有公路資料的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有路面外觀全面調(diào)查，對病害進(jìn)行統(tǒng)計與分析。采用的方法：全線人工調(diào)查，檢測頻率為連續(xù)檢測。按照《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGH20－2007）中規(guī)定的類型和內(nèi)容進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查，提供路面破損每公里匯總、破損率、每公里的路面狀況指數(shù)PCI。該測試路段PCI評定為“次”，路面病害主要集中在沉陷類型，大部分沉陷病害在行車道兩側(cè)輪跡帶附近，其次在超車道兩側(cè)輪跡帶附近。

4土基CBR測試

土基CBR測試采用動力錐貫入儀（DCP）現(xiàn)場快速測定方法進(jìn)行，共測3個點(diǎn)，其位置分別為路基96區(qū)頂距離右側(cè)車道線的距離分別為0．6m、0．9m、1．3m處。DCP檢測結(jié)果。K70＋860處探坑，96區(qū)頂距離頂面高度約64cm處3個測點(diǎn)的貫入結(jié)果。CBR較大值在靠近停車道位置；越靠近超車道位置CBR值相對較小。

5老路病害原因分析和路面病害防治建議

經(jīng)過分析認(rèn)為該路段的主要病害原因有以下幾點(diǎn)。

（1）上基層不成型?，F(xiàn)場坑探結(jié)果發(fā)現(xiàn)，上基層混合料內(nèi)部潮濕，細(xì)集料較多，施工中質(zhì)量控制不嚴(yán)，造成上基層不成型，基層承載能力不足是引發(fā)沉陷的原因之一。

（2）基層結(jié)構(gòu)富水。經(jīng)過對雷達(dá)探測結(jié)果的分析可知，現(xiàn)有下行道路上基層和下基層附近結(jié)構(gòu)層內(nèi)部有富水現(xiàn)象發(fā)生；同時，在面層坑探過程中發(fā)現(xiàn)裸露的石料，是明顯的水損害特征。由于道路內(nèi)部受到水的侵蝕，在車輛荷載等綜合作用下，黏結(jié)料與骨料的黏附力逐漸下降，造成骨料剝落，引起道路結(jié)構(gòu)承載能力降低，從而進(jìn)一步引起沉陷。針對以上幾點(diǎn)病害原因，提出了相應(yīng)的病害處理方案：

（1）對沉陷比較嚴(yán)重的路段，建議銑刨上基層和瀝青混凝土面層，重鋪上基層和瀝青混凝土面層；

（2）對沉陷病害輕微路段，可以先采取注漿加固對基層進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)后，采取微表處或稀漿封層技術(shù)，可以恢復(fù)道路的平整度，起到防水、防滑、平整、耐磨等作用；

（3）對該標(biāo)段其他路段，基層暫未發(fā)生明顯松散的部位，進(jìn)行長期現(xiàn)場沉陷觀測或探地雷達(dá)跟蹤觀測，了解道路病害的變化動態(tài)及趨勢，如果繼續(xù)發(fā)生病害，應(yīng)及時采取進(jìn)一步處理措施。業(yè)主單位根據(jù)給出的建議進(jìn)行了路面養(yǎng)護(hù)，取得了很好的效果。

6結(jié)語

（1）通過現(xiàn)場情況與評價結(jié)果比較可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場情況與評價結(jié)果相符。證明探地雷達(dá)技術(shù)在檢測公路路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部情況，進(jìn)行病害調(diào)查評價是可靠的。

（2）半剛性基層瀝青混凝土路面容易受到水的影響，水損害對于道路早期破壞影響很大，如果使用探地雷達(dá)技術(shù)實(shí)現(xiàn)早期檢測，對于及時采取養(yǎng)護(hù)措施，提高道路使用壽命有重要作用。

（3）探地雷達(dá)檢測方法除了在檢測路面結(jié)構(gòu)層厚度、道路內(nèi)部的脫空、沉陷、裂縫和嚴(yán)重疏松等病害隱患的早期發(fā)現(xiàn)和治理上有重要作用；在定量地檢測公路路面結(jié)構(gòu)的壓實(shí)度、含水量等質(zhì)量狀況參數(shù)上也有較好的利用空間，從長遠(yuǎn)來看，采用探地雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行公路路面結(jié)構(gòu)質(zhì)量狀況檢測具有廣闊的市場前景及巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

作者：俞先江 馬圣昊 王正 顧章川 單位：江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司