洪 旋

(广东省高速公路有限公司，广东 广州 510000)

目前新时期改革开放和国家发展战略的重要载体是粤港澳大湾区，环湾城市群的协同发展成为国际一流湾区的关键因素，其中基础设施建设是促进湾区协同发展的实施机制。截至2020年底，广东省高速公路通车里程已超过9 000 Km，高速公路改扩建处于快速发展时期。路面使用寿命一直以来都是公路质量控制的重要标准，通过FWD技术对旧路病害进行评价，快速准确探测出原路表损坏状况，科学选择处治方案，可实现路面使用寿命的延长。杨娥等通过分析相应数学模型拟合条件Sigmoid函数曲线拟合路面弯沉盆，得出函数随着路面性能状况PCI的值变大而递增，曲线的形态随PCI差值变化增大而陡增的特点。李颖等通过分析三种不同结构层落锤式弯沉仪与贝克曼梁两种弯沉测试方法的对比，得出落锤式弯沉仪有较高的稳定性与准确性。朱亚辉通过分析FWD弯沉盆特征，路面材料参数、路面结构层层间接触状态等影响因素进行分析，建立反演模型，对比验证出结构层刚度系数反演精度要优于结构层模量的反演。高哲通过分析荷载、路面结构类型、结构层厚度、结构层组合等状态对反算模量的影响，得到影响弯沉值与反算模量的各种因素，定量分析出各因素的影响程度。杨庆振等通过分析最大弯沉值、弯沉盆面积、面层模量与土基模量的关系分析研究，得到弯沉盆曲率半径与整体承载力、d0/d1的比值与面层模量相关性较好。李志海等通过分析了贝克曼梁与落锤式弯沉仪(FWD)在检测沥青混凝土路面弯沉时的相关性，得到FWD与贝克曼梁检测数据的线性回归公式。

1 工程概况

沈阳至海口国家高速公路开平至阳江段(以下简称“开阳高速公路”)是国高网G15沈(阳)至海(口)高速公路的一段，也是广东省“十纵五横两环”高速公路主骨架中第五条横线的一段。现状开阳高速公路按速度120 km/h，双向四车道高速公路标准设计，于2002年8月动工，2004年11月建成通车。自项目通车以来，开阳高速公路交通量增长迅速，现状交通量全线平均已达6.9万辆/日(折算小客车)，交通拥堵现象日趋常态化，节假日期间尤为突出。

另外，佛开高速谢边至三堡段八车道改扩建工程已于2012年12月通车，三堡至水口段八车道改扩建工程也于2017年5月开工建设，于2019年11月扩建完成并通车。与之相接的开阳高速公路，已出现车流瓶颈效应；规划中还有高恩高速、中开高速西延线、珠海至恩平高速公路西延线将新接入开阳高速。在此背景下，开展开阳速的改扩建工作非常必要，且十分迫切。改扩建工程首要任务便是对旧路病害进行评价，以延缓路面使用寿命的减少。

1.1 检测路段

选取开阳高速公路K3252+020～K3258+360段作为对象，通过徒步观察和测量的方式，获得了路表损坏状况数据。见图1和图2。

图1 路表状况指数分布

图2 路表状况指数和评级比例

根据该路段路表状况指数的结果分析，路表状况指数评级优良率超过90%，评级为中的比例约占8.4%，路段表面状况表现优良。

2 FWD简介

2.1 检测设备

采用的落锤式弯沉仪(FWD)型号为PRI2100型，其技术指标的先进性和可靠性达到了目前国际上路面弯沉检测技术的发展水平。其主要技术指标，见表1。

表1 落锤式弯沉仪设备参数表

PRI2100型FWD测速快，所测弯沉绝对精度小于2%±2 μm，相对精度为1%±1 μm。设备的分辨率为1 μm(对弯沉值)。所测荷载精度为小于2%±0.3 kN。分辨率为(对荷载)0.03～0.2 kN，大小由荷载幅值确定。并较好地模拟了行车荷载的动力作用，目前被认为是较为理想的路面无损检测设备。

2.2 检测原理

采用落锤式弯沉仪(FWD)测定路面动态弯沉，其工作原理是FWD通过计算机控制下的液压系统提升并下落一重锤，对路面施加脉冲荷载。荷载的大小可通过改变锤重和高度在相当大的范围内调整。路面的变形由9个传感器测定。

2.3 检测方法

落锤式弯沉仪检测对单幅按车道依次采集检测数据，全部覆盖两个行车道，落锤式弯沉仪的检测按5 m/点的频率等距采集超车道及主车道弯沉数据。

3 结果及分析

根据FWD实测的弯沉数据，通过广州肖宁道路工程技术研究事务所有限公司自主开发的FWD弯沉模量反算程序“DeflectionBasinLiteUI”，直接反算得到不同路段路面结构各个结构层的回弹模量数据。依据《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2017)计算沥青混凝土路面尚能承受的累计当量标准轴载作用次数，结合开阳高速公路交通量发展趋势，预估现沥青混凝土路面剩余寿命。

3.1 转换贝克曼梁

对开阳高速公路K3252+020～K3258+360段的弯沉检测结果进行汇总分析。

图3 K3252+020～K3258+360段弯沉分布

图4 K3252+020～K3258+360段弯沉分布

从开阳高速公路K3252+020～K3258+360段的弯沉检测结果可知，该路段整体弯沉结果整体较好，换算贝克曼梁弯沉值小于27(0.01 mm)的比例占到97%以上，换算贝克曼梁弯沉值大于30(0.01 mm)的比例为0%。

3.2 反算结构层模量

采取模量反算方法对路面结构的模量进行反算，模量反算方法采用肖宁道路自主研发的在线模量反算软件。得到不同结构层模量结果。

图5 K3252+020～K3258+360段面层模量分布

整体上来看，各个结构层的模量结果在行车方向上的均匀性较好，变异系数除沥青面层受温度的影响较大而稍微偏大(25%)以外，其他结构层的模量结果变异性均小于20%，土基的变异性最小为12%。

图6 K3252+020～K3258+360段基层模量分布

图7 K3252+020～K3258+360段底基层模量分布

图8 K3252+020～K3258+360段土基模量分布

各个结构层的模量结果在行车方向上的均匀性较好，面层模量均值为3 508 MPa(测试路面温度为60 ℃)，基层模量均值为8 756 MPa，底基层模量为2 971 MPa，土基模量为150 MPa，根据《公路沥青路面设计规范》JTG D50-2017的相关规定，路面尚可承受的累计标准轴载作用次数约为6×106次。

4 结 论

(1)单纯依靠中心弯沉结果对路面结构进行判定不能完全反映路面结构的状况，结合反算路面结构层模量来综合判断路面缺陷结构是有效的方法。

(2)各个结构层的模量结果在行车方向上的均匀性较好，面层模量均值为3 508 MPa(测试路面温度为60 ℃)，基层模量均值为8 756 MPa，底基层模量为2 971 MPa，土基模量为150 MPa。

(3)路面尚可承受的累计标准轴载作用次数约为6×106次。