西藏公路路面檢測與評價技術(shù)研究
1、概述
西藏自治區(qū)位于中國西南，地域遼闊，資源豐富。由于歷史和地理?xiàng)l件的限制，該區(qū)內(nèi)區(qū)域間聯(lián)系不緊密，交通運(yùn)輸資源不能適應(yīng)客運(yùn)、貨運(yùn)、部隊調(diào)集等多方面的需求，嚴(yán)重制約西藏經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。因此，形成設(shè)施完備、快速高效、高質(zhì)耐久、配合協(xié)凋的西藏地區(qū)綜合交通網(wǎng)絡(luò)成為一項(xiàng)加強(qiáng)西藏與祖國腹地聯(lián)系、保障區(qū)內(nèi)溝通、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會穩(wěn)定、完備國防體系的戰(zhàn)略步驟。
從已經(jīng)建成通車的公路路面使用技術(shù)狀況跟蹤調(diào)查結(jié)果看，在大交通量、貨運(yùn)車輛比例高、渠化交通的使用條件下，普遍存在有行車道路面平整度衰減較快，路面早期破損現(xiàn)象明顯，有的通車一、兩年后，就出現(xiàn)了車轍、水損壞、裂縫、網(wǎng)裂、唧漿、橋面破損等水損壞病害，每條公路上都有不同程度的發(fā)生，這不僅大大降低了安全、快速、舒適行車的使用功能，還增加了公路養(yǎng)護(hù)成本。因此，如何針對這些病害，開展對病害破損原因的調(diào)查、研究，加強(qiáng)病害早期診治檢測手段，提出切實(shí)可行的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案，進(jìn)而提高道路修建質(zhì)量，延長道路使用壽命，真正做到“預(yù)防為主、防治結(jié)合”，就顯得尤為重要。
2、瀝青混合料性能分析
瀝青混合料動態(tài)性能表征參數(shù)主要有：回彈模量、復(fù)合模量、勁度以及抗壓強(qiáng)度等?；貜椖Ａ渴怯糜趶椥岳碚摰膹椥阅Ａ?，實(shí)際上，瀝青混合料并不是完全彈性材料，在荷載作用下，會出現(xiàn)永久變形。但當(dāng)荷載遠(yuǎn)小于材料的強(qiáng)度，且荷載重復(fù)作用很多次后（常用的最低荷載重復(fù)作用次數(shù)為50～200次，依加載頻率和溫度而變），每次荷載作用下材料的變形幾乎可以完全恢復(fù)，這時可認(rèn)為材料是彈性的。
當(dāng)用彈性理論分析路面性能時，確定重復(fù)荷載作用下回彈模量的加載波形，建議采用歷時0．1s和間歇時間為0．9s的半正弦荷載。瀝青混合料回彈模量可用無側(cè)限抗壓試驗(yàn)或間接拉伸試驗(yàn)確定。重復(fù)荷載作用下應(yīng)力與可恢復(fù)彈性應(yīng)變之比為回彈模量M ：
目前，測量瀝青混合料動態(tài)模量應(yīng)用較為普遍的測試方法有無側(cè)限抗壓模量測試方法及間接抗拉模量測試方法。前者測定瀝青混合料的抗壓動態(tài)模量，后者為劈裂動態(tài)模量?？紤]到間接拉伸試驗(yàn)中試件受力情況比較復(fù)雜，且用于模量計算的時間水平變形量測極為困難，用垂直變形推測水平變形有一定誤差，而我國設(shè)計方法中材料模量都是采用無側(cè)限抗壓模量，因而采用無側(cè)限抗壓試驗(yàn)方法測定瀝青混合料的動態(tài)模量。
王旭東在《瀝青路面材料動力特性與動態(tài)參數(shù)》一書中對此做過大量試驗(yàn)，影響瀝青混合料動態(tài)模量的因素眾多，主要有加載時間、應(yīng)力大小、加載方式和間歇時間。國內(nèi)外文獻(xiàn)在考慮了高等級道路上設(shè)計車速及設(shè)計車頭間距后，建議測試時取加載時間為0．1 s，間歇時間為0．9s。對于頻率的影響，可以取與實(shí)際交通車速最為接近的頻率，如高等級公路上以10Hz為宜。我國標(biāo)準(zhǔn)軸載情況下，應(yīng)力為0．7MPa，故瀝青混合料的動態(tài)模量應(yīng)取0．7MPa應(yīng)力下動態(tài)模量值?？紤]到我國已對全國范圍做了較為詳盡的自然區(qū)劃分，并在瀝青路面設(shè)計方法中有所規(guī)定，故建議取l5℃時的動態(tài)模量測定值。
3、路面檢測原理
3．1FWD測試原理
落錘式彎沉儀通過計算機(jī)控制液壓系統(tǒng)提升并下落一重錘對路面施加脈沖荷載，產(chǎn)生的荷載脈沖可模擬行駛中的車輪荷載的影響。荷載的大小通過改變重錘的提升高度可在相當(dāng)大的范嗣內(nèi)調(diào)整，施加的荷載由一個重載的荷載傳感器測量出，并通過一個直徑為300ram的承載板傳遞到路面，導(dǎo)致路面產(chǎn)生變形，這些變形由多個傳感器進(jìn)行測定，經(jīng)計算機(jī)系統(tǒng)采集，換算獲得各測點(diǎn)的彎沉值，同時提供“彎沉盆圖”，這使得評價多層路面結(jié)構(gòu)成為可能。
落錘式彎沉儀具有測速快（每測點(diǎn)約40s），精度高（分辨率為1 m），并較好地模擬了行車荷載的動力作用，特別是FWD能夠準(zhǔn)確測定多點(diǎn)彎沉，可以量測到各級荷載作下的路表面動態(tài)彎沉曲線，能夠準(zhǔn)確地反映彎沉盆的形狀。落錘式彎沉儀目前被認(rèn)為是較為理想的路面無損檢測設(shè)備，F(xiàn)WD不僅克服了梁式彎沉儀固有缺陷，而且儀器本身重量輕，解決了穩(wěn)態(tài)動力彎沉儀的靜力預(yù)載問題。FWD在公路檢測中的優(yōu)越性，主要表現(xiàn)在兩個方面：一是根據(jù)彎沉盆反算路面結(jié)構(gòu)各層的模量，研究路面材料在使用過程中的性能變化，提供技術(shù)參數(shù)；二是以FWD的彎沉盆作為指標(biāo)，評價路面整體強(qiáng)度，為養(yǎng)護(hù)管理提供依據(jù)。
3．2探地雷達(dá)測試原理
介電差異是探地雷達(dá)檢測路面的先決條件，電磁波在傳播過程中遇到介電常數(shù)有差異的媒質(zhì)時就會在界面上發(fā)生反射，反射信號的強(qiáng)弱取決于上下層之間的介電常數(shù)差異。道路一般可分為三層結(jié)構(gòu)，視材質(zhì)和公路等級，各層厚度會有所變化，一般面層厚度為8—30era，基層厚度為20～40em，土基厚度變化范同較大。我國現(xiàn)階段高等級公路面層一般采用兩種材料：改性瀝青和水泥混凝土?；鶎优c路基一般為：水泥土、水泥穩(wěn)定粒料、石灰土、石灰穩(wěn)定粒料、石灰粉煤土基層等?？諝獾南鄬殡姵?shù)為1，面層為混凝土?xí)r其相對介電常數(shù)大約為6～9，為瀝青時其相對介電常數(shù)大約為3～5，基層與路基由于濕度較大，其相對介電常數(shù)大都大于8。由此可見，道路各層之間都存在較顯著的介電常數(shù)的差異，這為雷達(dá)檢測道路結(jié)構(gòu)提供了可靠的地球物理依據(jù)。
雷達(dá)波從入射到完成循環(huán)的旅行時間完全由儀器的時窗信號記錄得到，波所行走的距離完全與波的旅行時間對應(yīng)，時間和距離確定后，電磁波所行進(jìn)的速度也隨之可以得出。由于路基路面的物理力學(xué)指標(biāo)以及它們的幾何尺寸都與電磁波的旅行時間、行程以及行速有密切關(guān)系，因而，測知了電磁波的旅行時間、行程與行速后就能很快地算出路基路面各項(xiàng)指標(biāo)的具體參數(shù)，以及各種異常體的位置，例如材料的厚度、密實(shí)松軟狀況和異常物位置等。
4、路面結(jié)構(gòu)性能評價
目前，我國的路面使用性能評價通常的做法是將評價分為單項(xiàng)指標(biāo)評價和綜合指標(biāo)評價兩個方面，其中單項(xiàng)評價指標(biāo)是依據(jù)路面使用的性能劃分為四大類指標(biāo)：功能性能指標(biāo)、結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)、結(jié)構(gòu)承載能力指標(biāo)和安全_陛能指標(biāo)。功能性能體現(xiàn)了路面為道路使用者提供方便和舒適行使性程度的能力；結(jié)構(gòu)性能體現(xiàn)了路面的物理狀況；結(jié)構(gòu)承載能力體現(xiàn)了路面結(jié)構(gòu)剩余壽命；安全性能體現(xiàn)了車輛在道路上行駛時的安全狀況。綜合評價指標(biāo)是對上述各個單項(xiàng)指標(biāo)的加權(quán)算術(shù)平均值。現(xiàn)行瀝青路面使用性能的評價體系結(jié)構(gòu)見圖1。
5、結(jié)語
公路交通是國民經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展和人民生活必不可少的公共基礎(chǔ)設(shè)施，是衡量一個國家國民經(jīng)濟(jì)實(shí)力和現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。在目前我國正處在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展時期的背景下，路面的檢測與評價已成為一項(xiàng)必不可少的研究內(nèi)容。本文針對此，得到以下結(jié)論：
?。?）針對瀝青混合料性能，分析了測定性能的某些影響因素，并給出了建議值；
（2）介紹了落錘式彎沉儀和探地雷達(dá)的工作原理；
?。?）針對路面使用性能，總結(jié)了評價結(jié)構(gòu)圖。
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