马文致

(安徽省凤阳县交通局)

近年来,随着国民经济实力的不断提高,尤其是公路建设发展迅猛。到 2008年底,全国公路通车总里程已达到252万 km,继续稳居世界第二。但是相当一部分早期修建的农村公路已经不能适应交通量增长和社会发展需要,有的农村公路的路基及路面结构经过多年的使用,在车辆荷载和自然环境等因素的影响下,其物理、力学性质发生了很大变化,部分路段已经产生了不同程度的病害,服务水平逐渐降低,影响了公路通行能力的正常发挥和行车安全。不过农村公路的改扩建在我国还是一个新兴的课题,如何进行改扩建没有成熟的经验可循,其中如何对农村公路现有路况进行方便快捷且行之有效的检测,以期对设计施工提供有效的基础数据,成为一个值得深入研究的问题。应当看到,目前我国的公路工程检测技术还停留在世界发达国家 20世纪 80年代初期或中期水平,检测设备和检测方法原始落后,不能很好的对道路状况进行全面、快速、准确的评价。许多费用高、效率低、劳动强度大,甚至对工程有破坏性的检测仪器和检测方法仍在继续使用。无论是设备对路基路面实际受力状况模拟的合理性,还是精度、效率及分析方法,都跟不上我国公路事业发展的步伐。

1 农村公路混凝土路面路况的主要检测技术

1.1 探地雷达检测技术

雷达检测技术实质上是一种特高频电磁波发射与接受技术。它与地震波不同,地震波是在锤击或小量炸药引爆情况下产生的一种振动辐射波,一般具有低频性质,而雷达波由自身激振产生,直接向路基路面中发射射频电磁波,通过波的反射与接收获得路基路面的采样信号,再经过硬件与软件及图文显示系统,得到检测结果。雷达所用的采样频率一般为数百万赫左右,而发射和接收的射频频率有的要达到数吉赫以上。自 20世纪70年代开始,探地雷达进入工程物探领域。雷达的早期应用主要集中在勘探方面,随着雷达技术的不断完善和发展,雷达技术陆续进入更多的领域,其应用范围不断扩大,作用日趋明显。特别是进入 21世纪以来,雷达技术更是得到空前的发展,其重要性日益彰显,其特点可以归纳为以下几点。(1)由探地雷达对路面的检测结果可以直接获知面层的厚度及介电常数。(2)通过极少量的钻芯取样标定,利用探地雷达检测技术的后处理分析系统,对所采集的数据进行解译,可从路基、路面的深度和广度上全面了解路基、路面结构层的病害与缺陷发育情况等详细信息。(3)利用探地雷达检测,进行农村公路现有路面状况评定,既全面深入地了解路面概貌,又最大限度地保护路面结构层的完整性。(4)制定扩建对策时,利用探地雷达对所有路段进行无损检测,从而了解路基路面结构层详细工作信息,大大减少对策分析中的经验成分,进一步优化对策。

1.2 旁压试验技术

旁压试验是一种利用钻孔在覆盖层一定深度部位进行的原位载荷试验,试验成果为旁压荷载与旁压位移的关系曲线。一般采用弹性或理想弹塑性解析理论来对旁压试验机理进行解释,以确定诸如旁压模量、侧压力系数、地基极限承载力等参数,并依据经验评价地基的允许承载力及沉降变形。旁压试验作为工程地质勘察中原位测试方法的一种,较早应用于岩土工程勘察领域,将旁压试验引入到道路工程检测中目前还处于研究探讨阶段。利用旁压试验检测路基结构状况主要是考虑到旁压试验操作简便,可尽量减少对农村公路现有交通的影响;旁压试验的物理模型为轴对称的圆柱形孔的扩张问题,它是一个轴对称的平面应变问题,这个问题的弹塑性解已经得到很好的解决;不受地下水位限制,与室内试验相比,试样大、扰动小;可在地层中的某一指定位置进行试验,这样可了解不同深度地基参数的变化,可对地基土进行评价。

1.3 传统检测技术

(1)路况调查。

路况调查是道路养护以及改扩建工程中对现有路况进行检测评价的最基本方法,该方法直观有效、检测指标全面,评价体系规范成熟。路况调查可以确定每一块水泥混凝土板的病害类型和严重程度,通过这些病害的描述可以初步判断该混凝土板的结构承载力状况,为后续的检测提供依据,缩小检测范围,减轻检测工作量。路况调查目前多采用目测和仪具量测方法,为农村公路改扩建设计提供依据而进行的调查,应沿整个调查路段逐板块进行。对于改扩建工程中的农村公路而言,要对所有混凝土板块进行人工调查,其工作量之大可想而知,因此路况调查的方法落后,自动化程度不高是其应用受到限制的不利因素。如何结合其他检测方法,缩小路况调查的范围,或是研制更为自动化的快速调查仪器是其发展方向。

(2)弯沉检测。

回弹弯沉值一直以来都是表征路基路面承载能力的常用参数之一,回弹弯沉值越大,承载力越小,反之则越大,路表回弹弯沉值则反应了路基路面综合承载能力。回弹弯沉值在我国已广泛使用且有很多试验和研究成果。目前回弹弯沉值的检测主要是采用贝克曼梁法和落锤式弯沉仪法。贝克曼梁法应用时间长,是发展成熟的规范方法;落锤式弯沉仪法由于其所得弯沉值为动态弯沉值,更接近路面实际受荷状况,在近几年得到广泛的研究和应用。但无论是采用哪种方法,要在不中断现有交通的条件下对农村公路现有路况进行检测,工作量都将很大。

(3)平整度检测。

路面平整度是路面使用性能重要而直观的一项技术指标,路面平整度同样是道路用户最熟悉和最关心的重要公路指标。路面平整度的检测仪器经过多年的研究改进,自动化程度高,操作简便,检测结果也稳定可靠。

(4)路面钻孔取芯与路肩地质钻探。

路面钻孔取芯与路肩地质钻探均是对道路结构钻进取样,然后对试样进行各种试验测试。其特点是检测结论准确直观,但同时由于钻孔的存在破坏了原有道路的整体结构,为道路的正常使用造成了隐患;同时由于钻孔测试结论仅能代表一个测点的状况,无法对整个路线上的路况进行评价,其应用也受到了限制。因此,路面钻孔取芯与路肩地质钻探主要用来对局部路段进行有针对性的检测,也可以用来对其他检测方法的结论进行验证和标定。

2 农村公路混凝土路面路况的联合检测方法

众所周知,钻探取芯测试是最直接也是最有效的路况检测方法,具有较高的测试精度。但是其存在的主要问题也不容忽视,比如取芯测试结果只代表钻孔位置的情况,为测点结果;钻孔布点过多现场作业周期较长,布点不足则反映不了公路路况的全貌。与之相反,探地雷达在测试过程中,对交通影响小、测试速度快以及测试结果具有线状连续性等特点,用于现有路况的检测具有一定的优势;通过灰色关联分析结论可知,平整度检测也能有效反映路基路面结构状况,而其检测连续,操作简单;利用旁压试验的检测结果可以计算得到土基回弹模量,且旁压试验仪器轻便,检测效率比承载板方法高。为此,提出了以下联合检测步骤,以历年养护资料为基础作平整度、探地雷达初步检测,确定后续检测路段;对初步检测确定的路段进行弯沉检测,作进一步定性分析,确定重点检测路段;以旁压试验和路面钻孔取芯、地质钻探相结合对重点路段进行定量分析。将联合检测法应用于北京京哈农村公路通州线段现有路况的检测工作,其应用特点如下。(1)平整度检测指标与路面状况指数 PCI,代表弯沉值Lr的具有较高的灰色关联度,利用平整度检测可以对路况作出初步评价。探地雷达检测快速直观,所得雷达扫描图可以判别路面结构层厚度、脱空状况等,初步判断路况信息,结合历年的养护资料可以确定后续检测路段,为后续检测缩小范围。(2)在前述检测确定的病害较严重的路段上进行弯沉检测,可以判断出路基路面综合承载能力,将弯沉值较大的路段作为重点检测路段,做进一步的结构状况检测。(3)对重点路段的土基进行旁压试验,其试验结果能够换算成土基回弹模量值,为扩建对策提供依据。(4)地质钻探直接作用于路面和路基,具有物探方法不可比拟的优势,它能够准确探明路基和路面基层的实际状况和力学性能。对重点路段进行少量的地质钻探,利用检测结果对探地雷达结果和旁压试验结果进行对比标定,做到点面结合,确保了检测的准确性和检测资料的连续性。

实践证明,以历年养护资料为基础作平整度、探地雷达初步检测,弯沉检测进一步定性分析,以旁压试验和路面钻孔取芯、地质钻探相结合进行定量分析的现有路况联合检测方法达到了取长补短的目的,可以充分发挥各种检测方法的优势。其检测结果能够为制定改扩建对策提供基础资料。

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