基于彎沉法檢測(cè)白加黑路面板底脫空的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)研究

劉海軍

(1.廣東交科檢測(cè)有限公司 廣州 510420； 2.廣東華路交通科技有限公司 廣州 510550)

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)修筑了大量水泥混凝土路面，隨著使用年限的增加、車(chē)輛荷載的長(zhǎng)期作用及自然環(huán)境因素等，水泥混凝土路面相繼出現(xiàn)了錯(cuò)臺(tái)、脫空等病害，直致形成斷板或破碎板，嚴(yán)重影響了路面使用性能。同時(shí)，水泥混凝土路面損壞后的維修養(yǎng)護(hù)周期長(zhǎng)，影響交通，嚴(yán)重地降低了社會(huì)服務(wù)水平。在舊水泥混凝土板上加鋪瀝青混凝土層具有施工期短、行車(chē)舒適、噪聲低、養(yǎng)護(hù)維修簡(jiǎn)便，對(duì)行車(chē)的干擾小等優(yōu)點(diǎn)。因此，在高速公路舊水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土層已經(jīng)成為一種切實(shí)可行、簡(jiǎn)單有效的升級(jí)改造措施。

目前廣東省的高速公路水泥混凝土路面大部分已完成了瀝青混凝土層的加鋪，最大限度地利用原有路面，有效提高路面使用性能，延長(zhǎng)路面使用壽命[1-2]，減少日常養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，很好地提高了社會(huì)服務(wù)水平。然而，隨著白加黑路面使用年限的增長(zhǎng)，瀝青面層在原水泥板橫向接縫處位置逐漸產(chǎn)生裂縫，即俗稱的反射裂縫。維修反射裂縫的主要方法有：封縫、灌縫、注漿，銑刨面層重鋪或加鋪面層等[3-7]。采用哪種維修方式對(duì)反射裂縫進(jìn)行處治需進(jìn)行綜合考慮，特別是由板底脫空造成的反射裂縫，如不進(jìn)行有效的處理，即使重鋪瀝青面層后，病害仍會(huì)快速地再次產(chǎn)生。

目前水泥路面的脫空檢測(cè)中常用方法主要有彎沉法和雷達(dá)法[8-9]。采用彎沉法所用的評(píng)價(jià)方法有單點(diǎn)彎沉法、截距法、彎沉差法、比值法、彎沉盆法等；采用雷達(dá)法需要有經(jīng)驗(yàn)豐富的人員對(duì)反射波形進(jìn)行判讀分析。水泥路面加鋪瀝青后仍可采用雷達(dá)法檢測(cè)板底脫空，但采用彎沉法檢測(cè)時(shí)，無(wú)可直接引用的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。本文依托廣東沈海高速改擴(kuò)建工程，采用FWD彎沉法對(duì)白加黑路面原水泥板下脫空進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)研究。

1 工程概況

廣東沈海高速公路K46+600-K79+864，于1996年12月建成通車(chē)，原設(shè)計(jì)路面為水泥混凝土結(jié)構(gòu)，雙向四車(chē)道。2008年底完成了路面大修，對(duì)原水泥路面進(jìn)行了白加黑改造，加鋪了18 cm厚的瀝青混凝土。大修后主線路面結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)表1。

表1 項(xiàng)目主線路面結(jié)構(gòu)型式

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，雙向四車(chē)道的道路通行能力和服務(wù)水平已難以滿足沿線公眾的出行需求。同時(shí)，路面加鋪后經(jīng)十多年的特重交通運(yùn)營(yíng)，出現(xiàn)了較多的橫向裂縫、局部縱向裂縫、坑槽、沉陷等病害，尤其是橫向反射裂縫，近年來(lái)發(fā)展較快。為緩解粵西區(qū)域交通大動(dòng)脈擁堵，改善行車(chē)條件，增強(qiáng)珠三角與粵西以及大西南的交通聯(lián)系，該路段將擴(kuò)建成雙向八車(chē)道，原白加黑路面上將再加鋪一層4 cm改性瀝青SMA-13，路面加鋪前需對(duì)反射裂縫進(jìn)行評(píng)價(jià)和處治。

2 脫空檢測(cè)方法及判定方案

1) 依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試條件，選取調(diào)查路段，確定檢測(cè)裂縫的位置。

2) 采用落錘式彎沉儀(FWD)以多級(jí)加載(50 kN→70 kN→90 kN)的方式對(duì)存在反射裂縫的原水泥板右下角位置進(jìn)行注漿前和注漿后(高分子聚合物注漿)的彎沉檢測(cè)，分別獲取板角裂縫邊彎沉和裂縫兩側(cè)彎沉差值。

3) 依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范及相關(guān)工程檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，采用3種判定板底脫空的方案對(duì)每塊水泥板進(jìn)行評(píng)價(jià)。方案1：?jiǎn)吸c(diǎn)彎沉值>20(0.01 mm)；方案2：縫兩側(cè)彎沉差≥6(0.01 mm)；方案3：?jiǎn)吸c(diǎn)彎沉值>20(0.01 mm)或縫兩側(cè)彎沉差≥6(0.01 mm)。

4) 選擇有代表性裂縫位置進(jìn)行鉆芯取樣調(diào)查，驗(yàn)證注漿效果和確認(rèn)評(píng)價(jià)方法。

5) 根據(jù)驗(yàn)證情況提出新的判定方案。

3 檢測(cè)結(jié)果及分析

3.1 注漿前檢測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)

通過(guò)采用FWD(Dynatest 8000)設(shè)置3級(jí)加載(50 kN→70 kN→90 kN)對(duì)反射裂縫處(原水泥板右下角位置)進(jìn)行注漿前的彎沉檢測(cè)，注漿前裂縫處FWD測(cè)試結(jié)果和注漿前不同荷載及判定方案的脫空率情況見(jiàn)表2和圖1。

表2 注漿前裂縫處FWD測(cè)試結(jié)果

圖1 注漿前不同荷載及判定方案的脫空率情況

由表2可見(jiàn)，設(shè)置50 kN荷載的彎沉值在8.9～25(0.01 mm)之間，小于15(0.01 mm)的測(cè)值占55.6%，采用方案1～3判定的脫空率分別為：44.4%,11.1%,44.4%；設(shè)置70 kN荷載的彎沉測(cè)值在13.8～35.4(0.01 mm)之間，小于15(0.01 mm)的測(cè)值占18.2%，采用方案1～3判定的脫空率分別為：55.6%,77.8%,77.8%；設(shè)置90 kN荷載的彎沉測(cè)值在18.3～45.1(0.01 mm)之間，小于15(0.01 mm)的測(cè)值占0%，采用方案1～3判定的脫空率分別為：88.9%,77.8%,100%。可見(jiàn)，彎沉值隨著荷載的增加而增大，脫空的比例也在增加。

同時(shí)從圖1可知，以方案1為判定脫空時(shí)，設(shè)置90 kN荷載檢測(cè)的脫空比例最高；以方案2為判定脫空時(shí)，設(shè)置70,90 kN荷載檢測(cè)的脫空比例基本相當(dāng)；以方案3為判定脫空時(shí)，設(shè)置90 kN荷載檢測(cè)的脫空比例最高。說(shuō)明荷載變化會(huì)對(duì)判定結(jié)果造成影響，白加黑路面不宜采用低荷載等級(jí)來(lái)檢測(cè)。

3.2 注漿后檢測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)

經(jīng)高分子聚合物注漿后，采用FWD以同樣的方式在反射裂縫處進(jìn)行彎沉檢測(cè)，注漿后裂縫處FWD測(cè)試結(jié)果和注漿后不同荷載及判定方案的脫空率情況見(jiàn)表3和圖2。

表3 注漿后裂縫處FWD測(cè)試結(jié)果

圖2 注漿后不同荷載及判定方案的脫空率情況

由表3、圖2可知，設(shè)置50 kN荷載的彎沉值在7.9～18.3(0.01 mm)之間，小于15(0.01 mm)的彎沉值占55.6%，采用方案1～3判定的脫空率均為0%；設(shè)置70 kN荷載的彎沉值在14.1～24.9(0.01 mm)之間，采用方案1～3判定的脫空率分別為：44.4%,11.1%,55.6%；設(shè)置90 kN荷載的彎沉測(cè)值在18.9～34.9(0.01 mm)之間，采用方案1～3判定的脫空率分別為77.8%,77.8%,100%。

從圖2可知，以方案1～3判定脫空時(shí)，設(shè)置50 kN荷載檢測(cè)的脫空比例均為0%，設(shè)置90 kN荷載檢測(cè)的脫空比例均為最高。

綜合分析以上數(shù)據(jù)，對(duì)比工前50 kN荷載的檢測(cè)結(jié)果，工后彎沉數(shù)值大部分有所下降，故認(rèn)為注漿后對(duì)脫后治理產(chǎn)生了效果；經(jīng)高聚物注漿后，采用70 kN荷載以方案2判定的脫空比例下降明顯，表明處治效果與該判定規(guī)則關(guān)聯(lián)度較高；經(jīng)高聚物注漿后，采用90 kN荷載的脫空比例下降不明顯，表明處治效果與該判定規(guī)則關(guān)聯(lián)度不高。這說(shuō)明針對(duì)白加黑路面采用規(guī)范要求的脫空判定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，不是荷載越大越好，也不是荷載越小越好，應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析確定。

對(duì)比注漿前檢測(cè)結(jié)果，注漿后彎沉值下降比例情況見(jiàn)圖3。由圖3可知，工后測(cè)值大部分有不同比例地下降，其中設(shè)置70 kN荷載的下降比例較大，其次是50 kN荷載作用工況。

圖3 注漿后彎沉值下降比例情況

3.3 取芯驗(yàn)證

為確定原水泥板底是否有脫空，分析檢測(cè)方法和判定方案的合理性，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)K52+683、K52+718裂縫位置進(jìn)行取芯調(diào)查，反射裂縫處取芯調(diào)查驗(yàn)證結(jié)果和取芯照片見(jiàn)表4和圖4、圖5。

表4 反射裂縫處取芯調(diào)查驗(yàn)證結(jié)果

圖4 K52+683芯樣照片

圖5 K52+718芯樣照片

1) 由圖4、圖5可見(jiàn)，K52+683處的基層和底基層底部有明顯的注漿材料，表明水穩(wěn)層間存在脫空。對(duì)應(yīng)彎沉測(cè)試結(jié)果，表明采用50 kN荷載測(cè)試評(píng)定脫空是不合適的；采用70 kN荷載時(shí)，以方案2評(píng)定較能體現(xiàn)注漿的實(shí)際效果；采用90 kN荷載時(shí)，以方案1評(píng)定較能體現(xiàn)注漿的實(shí)際效果。

2) K52+718橫縫處板底有厚約7 mm的注漿材料，表明水泥板底存在明顯脫空。對(duì)應(yīng)彎沉測(cè)試結(jié)果，表明采用50 kN荷載測(cè)試來(lái)評(píng)定脫空是不合適的；采用70 kN荷載時(shí)，以方案2來(lái)評(píng)定脫空較能體現(xiàn)注漿的實(shí)際效果；采用90 kN荷載時(shí)，工后評(píng)定結(jié)果不能反映注漿實(shí)際效果。該位置測(cè)值變大，初步分析原因可能是注漿對(duì)原來(lái)相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)造成了擾動(dòng)，后續(xù)應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)注漿或其他方式處治。這也進(jìn)一步表明了白加黑路面板底脫空評(píng)價(jià)及處治的復(fù)雜性。

4 改進(jìn)判定方法的結(jié)果評(píng)價(jià)

通過(guò)以上分析表明，對(duì)白加黑路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行原水泥板底脫空檢測(cè)評(píng)價(jià)時(shí)，采用50 kN荷載測(cè)試的結(jié)果偏小，容易產(chǎn)生漏判；采用90 kN荷載測(cè)試的結(jié)果偏大，不能反映實(shí)際注漿效果；采用70 kN荷載測(cè)試的結(jié)果與取芯驗(yàn)證結(jié)果有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

由于現(xiàn)行規(guī)范只提出了對(duì)水泥板脫空的檢測(cè)評(píng)價(jià)方法，無(wú)對(duì)白加黑路面原水泥板脫空的檢測(cè)評(píng)價(jià)方法，且無(wú)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，根據(jù)工程實(shí)際及儀器使用性能，本項(xiàng)目對(duì)測(cè)試荷載和脫空判定方案進(jìn)行改進(jìn)，將路面彎沉測(cè)試荷載調(diào)整為70 kN，脫空判定標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整為單點(diǎn)彎沉值>18(0.01 mm)，縫兩側(cè)彎沉差仍為≥6(0.01 mm)。

脫空比例統(tǒng)計(jì)對(duì)比情況見(jiàn)圖6。

圖6 脫空比例統(tǒng)計(jì)對(duì)比情況

由圖6可知，采用改進(jìn)后的判定方法對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，判定脫空的比例從工前的44.4%提高到77.8%，工后的0%提高到66.7%，能更加切實(shí)地反映工程實(shí)際。根據(jù)改進(jìn)后的判定標(biāo)準(zhǔn)，本項(xiàng)目在第一期項(xiàng)目中共檢測(cè)1 480處，判定板底存在有脫空的有614處，占41.5%。如采用原判定標(biāo)準(zhǔn)，判定板底存在有脫空的僅占11.2%。

5 結(jié)論

1) 檢測(cè)白加黑路面原混凝土板底脫空時(shí)，F(xiàn)WD設(shè)置荷載不是越大越好，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)選取在一定的范圍內(nèi)。

2) 經(jīng)改進(jìn)脫空檢測(cè)方法和判定標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)結(jié)果更加切實(shí)的反映工程實(shí)際。該項(xiàng)目第一期通車(chē)已超2年，未出現(xiàn)反射裂縫。

3) 目前白加黑路面出現(xiàn)反射裂縫的檢測(cè)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)缺少規(guī)范支撐，本檢測(cè)及評(píng)價(jià)方法可為類似工程提供參考。