公路瀝青路面施工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)探討

王朋飛

(中犇檢測(cè)認(rèn)證有限公司，河南 鄭州 450000)

0 引 言

公路瀝青路面的建設(shè)投資大，社會(huì)影響廣泛，如何通過(guò)科學(xué)高效的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把控，是施工過(guò)程和交竣工驗(yàn)收評(píng)定工作中一項(xiàng)極為重要的環(huán)節(jié)，直接影響到路面的工期進(jìn)度和使用年限。瀝青路面檢測(cè)技術(shù)也是整個(gè)公路行業(yè)設(shè)備科技水平的重要代表，高效、精確的反映客觀性能是追求的目標(biāo)。因此，本文就公路瀝青路面施工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)中重要的檢測(cè)內(nèi)容和新型檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析探討。

1 試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)處理

1.1 數(shù)據(jù)處理原則與方法

公路瀝青路面施工質(zhì)量的檢測(cè)是以各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的，按照不同類別、不同方法測(cè)試得到的原始數(shù)據(jù)必須以數(shù)理統(tǒng)計(jì)和概率論為基礎(chǔ)進(jìn)行科學(xué)的分析處理，才能真實(shí)有效的反映客觀規(guī)律。在大量的工程實(shí)踐中，有些數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)一系列無(wú)量綱化處理后才具有可比性，而有些數(shù)據(jù)本身就存在各種誤差，甚至面對(duì)一些偏離較大的數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行剔除。瀝青路面質(zhì)量檢測(cè)中，對(duì)無(wú)限總體中的個(gè)體進(jìn)行逐一測(cè)試顯然也不可能做到，特別是需要進(jìn)行破壞性試驗(yàn)的項(xiàng)目，及所包含的個(gè)體數(shù)量不大也不可取，因此可以通過(guò)抽樣檢測(cè)的方法在總體樣本中抽出小部分進(jìn)行。

1.2 數(shù)據(jù)表達(dá)與分析

如何對(duì)通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)得到的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，以便得到各類數(shù)據(jù)與變量之間的關(guān)系并采用合適的方法進(jìn)行表達(dá)，甚至通過(guò)數(shù)學(xué)解析的方法定量的給出各參數(shù)之間的函數(shù)表達(dá)式是數(shù)據(jù)處理的重要任務(wù)之一。目前常用的檢測(cè)數(shù)據(jù)表達(dá)方法有表格法、圖示法和公式法，表格法簡(jiǎn)單方便，能清晰看出各項(xiàng)數(shù)據(jù)具體的數(shù)值和最終結(jié)果，簡(jiǎn)明扼要，是圖示法和公式法的基礎(chǔ)，但要分析出各個(gè)數(shù)據(jù)的增減關(guān)系就顯得不夠直接。圖示法卻可以一目了然的看清各個(gè)數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，但無(wú)法進(jìn)行深入的數(shù)學(xué)分析和預(yù)估。公式法通常是由試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸得到的經(jīng)驗(yàn)公式，能從數(shù)學(xué)的角度定量的反映出各參數(shù)變化以及可以進(jìn)行科學(xué)的延伸預(yù)估，但表征的公式精確度有時(shí)并不高。長(zhǎng)期的工程實(shí)踐和理論分析均表明，在進(jìn)行公路工程相關(guān)試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)處理時(shí)，平均值法所產(chǎn)生的誤差偏大，最小二乘法確定的回歸方程所產(chǎn)生的誤差最小，這主要是因?yàn)楫?dāng)數(shù)據(jù)的偏差平方和最小時(shí)，所以擬合的直線最優(yōu)。

2 瀝青路面結(jié)構(gòu)和表面功能檢測(cè)方法

2.1 彎沉檢測(cè)技術(shù)

盡管近些年人們對(duì)于路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能以及破壞形態(tài)進(jìn)行深入研究，對(duì)彎沉指標(biāo)的評(píng)價(jià)意義進(jìn)行了反思，但從試驗(yàn)檢測(cè)的角度，路面結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度的評(píng)價(jià)，特別是交工驗(yàn)收時(shí)采用彎沉指標(biāo)已經(jīng)是行業(yè)共識(shí)，一般彎沉值越小代表路面綜合承載能力越大。常用的彎沉測(cè)試方法就是貝克曼梁法，目前屬于我國(guó)相關(guān)技術(shù)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)方法，由于瀝青路面在不同溫度下的性能差異極大，因此通常規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)溫度為20 ℃時(shí)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試車的后軸為標(biāo)準(zhǔn)軸載100 kN，相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 貝克曼梁測(cè)定彎沉用標(biāo)準(zhǔn)軸載參數(shù)

彎沉測(cè)試的方法和對(duì)車輛實(shí)際情況的模擬是一個(gè)不斷發(fā)展的過(guò)程。傳統(tǒng)的貝克曼梁法經(jīng)過(guò)幾十年的實(shí)踐檢驗(yàn)，已經(jīng)被廣泛接受，也累積了大量的試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)，但依據(jù)杠桿原理的貝克曼梁所測(cè)試彎沉是一種靜態(tài)彎沉，實(shí)際路面確實(shí)在車輛運(yùn)動(dòng)及振動(dòng)狀態(tài)下做出的響應(yīng)，表現(xiàn)的是一種動(dòng)態(tài)強(qiáng)度特點(diǎn)。不僅如此，貝克曼梁法整個(gè)操作過(guò)程自動(dòng)化程度不高，基本靠人工操作和讀數(shù)，檢測(cè)速度明顯偏慢，精度不高，受檢測(cè)人員主觀影響較大。因此，為了克服貝克曼梁上述缺點(diǎn)，使得彎沉測(cè)試結(jié)果能高效、準(zhǔn)確的反映路面的實(shí)際狀況，近年來(lái)逐漸發(fā)展了能表征動(dòng)態(tài)的落錘式彎沉儀和快速便捷的激光彎沉儀。

落錘式彎沉儀可以模擬車輛沖擊作用下的彎沉值，速度快、精度高、無(wú)損路面，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集和分析數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)研究，通過(guò)落錘式彎沉儀的動(dòng)態(tài)彎沉數(shù)據(jù)以及彈性層狀體系相關(guān)理論，可以反算出瀝青路面各結(jié)構(gòu)層的回彈模量，這在對(duì)公路路面改造項(xiàng)目中的舊路評(píng)價(jià)有著重要意義。落錘式彎沉儀有一整套設(shè)備，包括測(cè)試車、計(jì)算機(jī)、落錘液壓系統(tǒng)等，進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，到達(dá)指定測(cè)試點(diǎn)時(shí)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制液壓系統(tǒng)啟動(dòng)落錘，自由落下的重錘以一定沖擊力(50 kN)作用于直徑30 cm的承載板上，在通過(guò)承載板傳遞到路面，使得達(dá)到路面的壓力為0.7 MPa，與標(biāo)準(zhǔn)軸載輪壓保持一致，此時(shí)路面產(chǎn)生豎向變形即動(dòng)態(tài)彎沉。與貝克曼梁?jiǎn)吸c(diǎn)測(cè)試不同的是，落錘式彎沉儀在沿落錘中線周邊2.5 m范圍內(nèi)布置了多個(gè)位移傳感器，可以量測(cè)出彎沉盆的形狀。

激光彎沉儀主要構(gòu)造包括5大部分，激光器、光電轉(zhuǎn)化測(cè)頭、放大器、電橋及顯示表頭。與傳統(tǒng)貝克曼梁不同，激光彎沉儀依靠發(fā)射的光線為臂長(zhǎng)，可以有很大的測(cè)試距離，由于激光光線精度高、發(fā)射角度窄且成紅色，遠(yuǎn)處仍能清晰可見(jiàn)，操作簡(jiǎn)易，便攜性好，數(shù)據(jù)能自動(dòng)采集。激光彎沉儀測(cè)試原理可以通過(guò)光電流的強(qiáng)弱，實(shí)時(shí)測(cè)出瀝青路面的回彈彎沉數(shù)值，硅光電池測(cè)頭的變動(dòng)距離對(duì)光電流的強(qiáng)弱有著直接的影響，光電流少時(shí)，落入小孔的激光量也相對(duì)較少，對(duì)應(yīng)的路面回彈模量小，反之則路面回彈模量大。

2.2 路表抗滑功能及相關(guān)指標(biāo)

瀝青路面表面功能中抗滑性能是重要內(nèi)容，直接關(guān)系到行車安全。在行車速度較低時(shí)，一般是集料表面的粗糙度，即細(xì)構(gòu)造起到?jīng)Q定作用，可以通過(guò)原材料磨光值指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，在行車速度較高時(shí)，一般是瀝青路面宏觀的粗構(gòu)造起到?jīng)Q定性作用，主要功能是通過(guò)表面構(gòu)造紋理，使得車輪下雨水受壓下有溢流的通道，避免形成水漂。粗構(gòu)造的試驗(yàn)檢測(cè)方法主要有三種，擺式儀法、鋪砂法以及摩擦系數(shù)測(cè)定車法，其中擺式儀法是通過(guò)一定高度的擺錘自由下擺時(shí)，擺錘底部的橡膠滑塊與地面產(chǎn)生摩擦而消耗能量，造成擺錘無(wú)法回到原來(lái)的高度，回?cái)[高度越小認(rèn)為路面的摩阻力越大，評(píng)價(jià)指標(biāo)為摩擦擺值BPN。鋪砂法是將固定體積的標(biāo)準(zhǔn)砂攤鋪在待測(cè)點(diǎn)上，通過(guò)量測(cè)砂的平均覆蓋面積計(jì)算攤鋪厚度，即為評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)造深度。摩擦系數(shù)測(cè)定車法相比于前兩種，測(cè)試速度最快，并且沒(méi)有測(cè)點(diǎn)限制，通過(guò)安裝在車試車上具有一定偏轉(zhuǎn)角度的標(biāo)準(zhǔn)輪胎在雨天受到的側(cè)向摩阻力與試驗(yàn)輪的載重之比進(jìn)行評(píng)價(jià)，指標(biāo)為橫向力系數(shù)SFC。

3 路面雷達(dá)測(cè)試技術(shù)

長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)對(duì)施工后瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度、層間粘結(jié)狀況以及脫空等病害的檢測(cè)大多采用鉆孔取芯的辦法，這種技術(shù)對(duì)路面會(huì)造成一定的損傷，當(dāng)有雨水進(jìn)入時(shí)容易引發(fā)其他病害。路面雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)無(wú)需要對(duì)路面取樣，檢測(cè)速度快、自動(dòng)化程度高、精度也較高，是一種新型非破損路面檢測(cè)技術(shù)，其測(cè)試原理是由于路面各層材料的電介質(zhì)不同，電介質(zhì)常數(shù)的突變處可以看成不同結(jié)構(gòu)層的分界面，因此雷達(dá)發(fā)出的電磁脈沖波在不同層位返回的時(shí)間存在不同，利用這種時(shí)間差異判斷不同材料的厚度。路面雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)的檢測(cè)速度可以達(dá)到80 km/h以上，最大探測(cè)深度可達(dá)到60 cm，滿足常規(guī)路面結(jié)構(gòu)層全厚度范圍。整個(gè)雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)智能化很高，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、儲(chǔ)存、計(jì)算分析，自動(dòng)分析出路面各層厚度、空隙部位、破損程度等，其精度呈現(xiàn)出隨深度的增加逐漸變小的特點(diǎn)，但一般不會(huì)大于深度的5%。路面雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)還可以將檢測(cè)的數(shù)據(jù)可視化，生成路面彩色三維圖、雷達(dá)波形圖等，大大方便了其應(yīng)用。

圖1 雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)路面三維示意圖

4 結(jié) 語(yǔ)

公路瀝青路面施工現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)檢測(cè)是保障工程質(zhì)量的重要組成部分，通過(guò)嚴(yán)格高效的檢測(cè)能夠充分發(fā)現(xiàn)施工以及設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，可以推動(dòng)新材料、新技術(shù)的應(yīng)用。研究為進(jìn)一步理解公路瀝青路面試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)處理特點(diǎn)，熟悉代表路面結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度的彎沉檢測(cè)技術(shù)、代表路表抗滑性能的各項(xiàng)指標(biāo)以及路面雷達(dá)等新檢測(cè)技術(shù)提供了分析依據(jù)。