國(guó)省干線(xiàn)公路早期病害防治

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半剛性基層是我國(guó)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(guò)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(huì)出現(xiàn)坑槽、裂縫、車(chē)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(chē)輛的抗滑能力下降，影響了路面的服務(wù)能力，危及行車(chē)的安全。江蘇省內(nèi)蘇北某條省道自從2014年1月通車(chē)以來(lái)，在不到一年的時(shí)間內(nèi)，K70＋450～K70＋950下行段行車(chē)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(chǎng)調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)坑探、現(xiàn)場(chǎng)原位DCP測(cè)試和探地雷達(dá)對(duì)道路病害的原因進(jìn)行調(diào)查。

1探地雷達(dá)檢測(cè)

探地雷達(dá)GPR（GroundPenetratingRadar），是一種新的檢測(cè)方法，通過(guò)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(duì)電磁波的反射原理，通過(guò)分析來(lái)自地下介質(zhì)的反射電磁波的振幅、相位和頻譜等運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征來(lái)分析、推斷地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)和物性特征、識(shí)別地下目標(biāo)體，具有實(shí)時(shí)連續(xù)、高精度、快速和無(wú)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(guò)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(shí)，電磁波便發(fā)生反射，返回到地面時(shí)由接收天線(xiàn)所接收。在對(duì)接收天線(xiàn)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(shí)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(duì)地下隱蔽目標(biāo)物的探測(cè)。探地雷達(dá)采用非接地性測(cè)量，可做快速連續(xù)檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)對(duì)象無(wú)損，能比較直觀(guān)地表現(xiàn)檢測(cè)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(shí)，由發(fā)射天線(xiàn)（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(xiàn)（R）所接收。脈沖波旅行時(shí)間為：式中：h為探地雷達(dá)探測(cè)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(shí)間，ns；x為發(fā)射（T）和接收（R）天線(xiàn)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(shí)、幅度與波形資料，可推斷介質(zhì)的結(jié)構(gòu)。本次檢測(cè)采用SIR3000型探地雷達(dá)對(duì)該處下行部分段落的超車(chē)道、行車(chē)道以及硬路肩進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)指標(biāo)為路面內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整性。利用對(duì)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(lèi)：脫空、松散（疏松、離析、破碎）、層間黏結(jié)不密實(shí)、富水，對(duì)松散和富水情況進(jìn)行分級(jí)，對(duì)路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。對(duì)項(xiàng)目指定的檢測(cè)段落，分別在縱向和橫向布置測(cè)線(xiàn)，縱向測(cè)線(xiàn)位置分布在車(chē)輛輪跡帶附近：行車(chē)道內(nèi)側(cè)為距離超車(chē)道0．5m處，行車(chē)道外側(cè)為距離緊急停車(chē)帶0．5m處；橫向雷達(dá)測(cè)線(xiàn)的位置為坑探部位處。橫向雷達(dá)測(cè)線(xiàn)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?chē)橘|(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?chē)橘|(zhì)反射波振幅小，頻譜上部分高頻信號(hào)被吸收截?cái)啵饕憩F(xiàn)為中低頻譜，是水穩(wěn)基層富水的表現(xiàn)?；鶎铀缮⒑透凰姆秶饕性诰嚯x道路表面0．2～0．5m范圍內(nèi)?？v向雷達(dá)測(cè)線(xiàn)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?chē)橘|(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(guò)縱向探地雷達(dá)檢測(cè)，該段道路病害的主要類(lèi)型為基層松散，其次為結(jié)構(gòu)層富水。目前發(fā)生行車(chē)道內(nèi)側(cè)基層松散的路段全長(zhǎng)為127m，占雷達(dá)檢測(cè)路段總長(zhǎng)的25．4％，行車(chē)道外側(cè)基層松散路段全長(zhǎng)82m，占雷達(dá)檢測(cè)路段總長(zhǎng)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(cè)線(xiàn)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)基層富水路段長(zhǎng)83m，占檢測(cè)路段全長(zhǎng)的16．6％，外側(cè)測(cè)線(xiàn)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)基層富水路段長(zhǎng)36m，占檢測(cè)路段全長(zhǎng)的7．2％，從雷達(dá)檢測(cè)圖上能顯示出：行車(chē)道外側(cè)道路結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)指標(biāo)均好于行車(chē)道內(nèi)側(cè)部分。

2路面坑探調(diào)查

現(xiàn)場(chǎng)坑探調(diào)查共開(kāi)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(kāi)挖至路床。現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)度，1m為縱向?qū)挾?，深度挖至路床頂面，觀(guān)察每個(gè)路面結(jié)構(gòu)層。現(xiàn)場(chǎng)路面路表最大沉陷深度為30mm，現(xiàn)場(chǎng)路面最大凹陷部位為水平距離道路右側(cè)邊線(xiàn)1．0m，即行車(chē)道右側(cè)輪跡帶附近，路面出現(xiàn)擁包現(xiàn)象。經(jīng)逐層開(kāi)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(kāi)后下面層頂干燥，挖開(kāi)的瀝青混合料內(nèi)部干燥，無(wú)明顯水。

（2）瀝青混凝土下面層挖開(kāi)后，挖出的混合料中可見(jiàn)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(chē)道處混合料較干燥，靠近行車(chē)道一端較潮濕。

（3）上基層開(kāi)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(kāi)。經(jīng)與挖開(kāi)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(chǎng)查看后發(fā)現(xiàn)混合料內(nèi)部潮濕，混合料周?chē)心酀{，挖開(kāi)的混合料呈黃泥土色，表明集料含泥量較大，開(kāi)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(chē)道部位相對(duì)干燥，靠行車(chē)道一側(cè)較潮濕。

（5）底基層、路床內(nèi)部均較干燥，開(kāi)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(wú)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(chǎng)開(kāi)挖過(guò)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(duì)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(duì)現(xiàn)有路面外觀(guān)全面調(diào)查，對(duì)病害進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。采用的方法：全線(xiàn)人工調(diào)查，檢測(cè)頻率為連續(xù)檢測(cè)。按照《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGH20－2007）中規(guī)定的類(lèi)型和內(nèi)容進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)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(cè)試路段PCI評(píng)定為“次”，路面病害主要集中在沉陷類(lèi)型，大部分沉陷病害在行車(chē)道兩側(cè)輪跡帶附近，其次在超車(chē)道兩側(cè)輪跡帶附近。

4土基CBR測(cè)試

土基CBR測(cè)試采用動(dòng)力錐貫入儀（DCP）現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)定方法進(jìn)行，共測(cè)3個(gè)點(diǎn)，其位置分別為路基96區(qū)頂距離右側(cè)車(chē)道線(xiàn)的距離分別為0．6m、0．9m、1．3m處。DCP檢測(cè)結(jié)果。K70＋860處探坑，96區(qū)頂距離頂面高度約64cm處3個(gè)測(cè)點(diǎn)的貫入結(jié)果。CBR較大值在靠近停車(chē)道位置；越靠近超車(chē)道位置CBR值相對(duì)較小。

5老路病害原因分析和路面病害防治建議

經(jīng)過(guò)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。現(xiàn)場(chǎng)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(guò)對(duì)雷達(dá)探測(cè)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(shí)，在面層坑探過(guò)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(chē)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(duì)以上幾點(diǎn)病害原因，提出了相應(yīng)的病害處理方案：

（1）對(duì)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(duì)沉陷病害輕微路段，可以先采取注漿加固對(duì)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(duì)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(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)沉陷觀(guān)測(cè)或探地雷達(dá)跟蹤觀(guān)測(cè)，了解道路病害的變化動(dòng)態(tài)及趨勢(shì)，如果繼續(xù)發(fā)生病害，應(yīng)及時(shí)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(yǔ)

（1）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)情況與評(píng)價(jià)結(jié)果比較可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)情況與評(píng)價(jià)結(jié)果相符。證明探地雷達(dá)技術(shù)在檢測(cè)公路路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部情況，進(jìn)行病害調(diào)查評(píng)價(jià)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(duì)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(cè)，對(duì)于及時(shí)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(cè)方法除了在檢測(cè)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(cè)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(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)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(cè)具有廣闊的市場(chǎng)前景及巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)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(jì)院股份有限公司