沥青路面病害无损检测及养护技术研究

河北工业大学硕士学位论文沥青路面病害无损检测及养护技术研究姓名：毛国栋申请学位级别：硕士专业：建筑与土木工程指导教师：杨春风;于洪泽20070901河北工业大学硕士学位论文i沥青路面病害无损检测及养护技术研究摘要本文主要是结合探地雷达的应用研究，拓宽探地雷达的应用范围和应用的有效性，可以高效、准确地发现高等级公路内部病害缺陷，为预防性养护工作提供有效的技术手段和解决方案。并针对出现的路基路面病害提出相应的预防性养护方案及措施，做到早预防、早治理。以达到根治病害，延长道路使用寿命的目的。以京沪高速公路为例，高填方路基段的路面出现了较多数量的纵向裂缝，以及路面沉陷、坑槽等典型病害，并且有越来越严重的发展趋势。利用先进手段，准确地判定这些高填方段路面病害产生的原因，分析病害的发展规律，找出根治这些病害的有效措施进行预防性养护，对于改善道路运营环境，降低运营成本将有着重要的现实意义。关键词：沥青路面,病害,无损检测,养护技术沥青路面病害无损检测及养护技术研究iiASPHALTPAVEMENTDISTRESSNONDSTRUCTIVETESTINGANDCONSERVATIONTECHNOLOGYRESEARCHABSTRACTThispapermainlycombineswithground-penetratingradarapplication,widesradarapplicationscopeandapplicationofthevalidity,efficientlydiscoversaccuratehighwayinternaldefectsfounddefects,andprovidseffectivetechnicalmeansandsolutionsforpreventivemaintenancework.Itraisescorrespondingpreventivemeasuresandconservationprogramswithappearedsubgradepavementdistress,sowecanachieveearlypreventingandcontrol.FinallyItcanclearupradicaldiseasesandextendthelifeoftheroad.Highfillembankmentoftheroadappearstomorenumberofverticalcracks,roadsubsidence,pitsandsoon,andthisphenomenonbecomesmoreandmoreseriousasanexampletotheBeijing-ShanghaiExpressway.Wecanexactlygaugethecausesforthediseasetheseofthesehighfillsectionsoftheroads,analyzethedevelopmentofthsediseases,searchouteffectivemeasurestoavoidtheseradicaldiseasesandcarrypreventivemaintenanceoutwiththeuseofadvancedmeans.Itisanimportantpracticalsignificanceforimprovingroadoperatingenvironmentandreducingoperatingcosts.KEYWORDS：asphaltpavement，disease，nondestructivetesting，maintenancetechnology河北工业大学硕士学位论文1第一章绪论§1-1概述1988年上海沪嘉高速公路的建成通车，实现了我国大陆上高速公路零的突破之后，我国高速公路发展异常迅速，到2003年底，全国高速公路通车里程已接近30000公里，其中通车里程超过1000公里的省、市16个，山东超过3000公里，江苏、广东超过2000公里，我省通车高速公路里程1681公里，居全国第四位。河北省高速公路路面以沥青路面为主，占总里程的98％。从已经建成通车的高速公路沥青路面使用技术状况跟踪调查结果看，在大交通量、货运车辆比例高、渠化交通的使用条件下，高速公路普遍存在有行车道沥青路面平整度衰减较快，路面早期破损现象明显，有的通车一、两年后，沥青路面就出现了车辙、水损坏、裂缝、网裂、唧浆、桥面破损等水损坏病害，每条高速公路上都有不同程度的发生，这不仅大大降低了高速公路的安全、快速、舒适行车的使用功能，还增加了公路养护成本。因此，如何针对这些病害，开展对病害破损原因的调查、研究，加强病害早期诊治检测手段，提出切实可行的预防性养护方案，进而提高道路修建质量，延长道路使用寿命，真正做到“预防为主、防治结合”，就显得尤为重要。高速公路路面病害调查主要包括有路面破损状况、路面结构强度、路面平整度、路面抗滑能力等项内容。调查检测主要的常规手段有现场路面病害现象的调查描述、探坑挖验、钻孔取芯试验、路表断面测量、路面回弹弯沉值检测等。本项课题研究中，引入了雷达无破损检测技术在沥青路面调查与评价中的应用，并与常规检测手段进行一起统一分析论证，提高了路面无破损检测评价的可靠度，使得路面病害检测与评价手段得到进一步地加强与完善。本课题的路面病害调查采取沿线实地踏勘的方式，结合路表几何尺寸的丈量，对路面病害的位置、范围、程度等一一进行详细测定，绘制病害素描图。路面强度检测采用自动弯沉仪进行静弯沉测定，进而结合病害素描图和弯沉检测结果，分析路面病害与强度之间的内在机理，初步确定出导致病害产生的主要原因和层位。为进一步查清病害产生的原因，选取典型病害路段进行探坑挖验和钻孔取芯试验，并与雷达检测结果相互验证，为病害治理设计提供大量的一手资料，在此基础上，遵循“预防为主、防治结合”的原则,提出切合实际的有针对性的路面结构分析及预防性养护方案，通过多种检测手段的综合分析，从而保证病害治理设计及预防性养护方案的科学性和合理性。§1-2预防性养护研究及无破损检测的意义随着高速公路的快速发展和修建里程的不断增加，结构选型愈加重视，对施工工艺和施工质量的控制也越来越严格，但总会有一些路段在通车后仍然出现了如路面透水、裂缝、坑槽、车辙等早期水损害病害，对路面的修建与养护提出了新的课题和挑战。预防性养护十分必要：随着路网的不断完善，围绕建设与养护、维修与预防的关系，只有长期保持良好的路面使用性能，公路建设的巨额投资才能够充分发挥其投资效益，从这个意义上讲，养护维修其实就是公路建设的一种继续。在路面养护和维修的关系上，长期以来人们总是习惯于等到路面开沥青路面病害无损检测及养护技术研究2始出现损坏后，甚至需要将基层进行挖除重建时，才想起要对它进行维修，而对于处于完好状态下潜在的隐患，事前进行预防性养护的意义则往往认识不足。预防性养护实质上是一种周期性的强制性保养措施，它并不考虑路面是否已经出现了某种损坏。预防性养护最佳实施时机应该是在路面尚处于良好状况，或者只有某些病害先兆时进行。虽然预防性养护需要投入某些费用，但它是一种费用—效益比非常良好的养护措施。美国道路业曾通过对几十万公里不同等级道路的跟踪调研，发现这些道路的使用性能和寿命有一个共同的变化特征:一条质量合格的道路，在使用寿命75%的时间内性能下降40%，这一阶段称之为预防性养护阶段，如不能及时养护，在随后12%的使用寿命时间内，性能再次下降40%，从而造成养护成本大幅度地增加，这一阶段称之为矫正性养护阶段。并通过调查统计得出，每投入1元预防性养护资金，可节约3～l0元矫正性养护资金的结论。国内某省公路养护部门曾做过资料统计：国产改性稀浆封层厚度为1cm时，其成本为13.105元/m2；而对路面维修时其上、中、下及补强层的铣刨成本分别为4.63元/m2、6.508元/m2、6.618元/m2和16.133元/m2，合计为33.89元/m2；沥青混凝土其上、中、下及补强层铺筑成本分别为46.349元/m2、59.724元/m2、60.734元/m2和148.054元/m2，合计为314.86元/m2（还不包括铣刨废料及沥青混凝土的运输成本2.08元/m3.km），这些数字从另一侧面说明了重视预防性养护的经济意义。另外，美国SHRP计划一个重要成果就是指出了预防性养护在延缓路面使用性能恶化速率、延长其使用寿命和节约寿命周期费用方面的重要意义。正确实施预防性养护可保持路面良好的使用性能，延长路面的使用周期，减少寿命周期费用和节约养护维修资金。根据SHRP计划估算，在整个路面寿命周期内进行3～4次的预防性养护可以延长使用寿命10～15年，节约养护费用45～50%，这些国外的有益经验是值得我们借鉴的。需要强调的是，我们当前在路面结构选型方面还缺乏经验，施工工艺和质量也有待进一步提高。仅仅对一、二条道路实施预防性养护并不能充分发挥其潜在的效益和作用，而只有将它置于公路网的预防性养护支持体系的高度上，才能充分体现出它的重要战略意义和作用。随着我省高速公路通车里程的快速增长及使用年限的逐渐增加，路基路面病害问题也会越来越突出，对病害的防治技术的需求也越来越迫切。而传统检测方法（如钻孔取芯和探坑挖验等）一般存有一定的局限和弊端，如何发展快速、简捷、有效的无损检测技术成为当务之急。另外，由于检测技术手段的限制，加之缺乏高速公路路面病害的调查、数据的积累、病害预测，短时间内尚难以提出一套完整的养护决策和养护规划，所以养护总是处于被动，往往病害表面化了才去解决。沥青路面各种病害的成因错综复杂，既相互影响，又互为因果，如不能得到及时治理及维修，经过车轮荷载的反复作用，破坏现象渐趋加剧，从而严重降低路面的使用寿命。因此，在分析各种病害产生原因基础上，对路面病害进行科学合理的分类分级，切实有效、有针对性地提出预防性养护的建议，进行合理维修，就显得十分必要。河北工业大学硕士学位论文3第二章高速公路沥青路面破损类型及处理方案§2-1沥青路面病害沥青路面在使用过程中，由于行车荷载的作用和自然因素的影响，使路面逐渐产生各种破损。路面破损对车辆的行驶速度、荷载能力、燃料消耗、机械磨损、行车舒适以及交通安全、环境保护等都会造成有害影响。因此，对路面必须采取预防性、经常性的保养和维修措施，使路面保持良好的技术状况，以保证路面的服务水平，并有计划地对原有路面进行改善、提高，以适应运输发展的需要。所以，有针对性地根治路面病害就尤为重要，这就要求首先搞清楚病害发生的内在机理和物理真相，对病害的分类分级给出明确的定义。根据交通部2001年发布的《公路沥青路面养护技术规范》，沥青路面破损被分为裂缝类、松散类、变形类及其他类等四大类。各类破损类型及其严重程度描述见表2-1。表2.1沥青路面破损类型Table2.1Thedamagetypesofbituminouspavement破损类型分级外观描述分级指标计量单位裂缝类龟裂轻初期龟裂，缝细，无散落，裂区无变形块度：20－50cmm2中裂块明显，缝较宽，无或轻散落或轻度变形块度：＜20cmm2重裂块破碎，缝宽，散落重，变形明显，急待修理块度：＜20cmm2不规则裂缝轻缝细，不散落或轻轻微散落，块度大块度：＞100cmm2重缝宽，散落，裂块小块度：50-100cmm2纵裂轻缝壁无散落或轻微散落，无或少支缝缝宽：≤5mmm2重缝壁散落重，支缝多缝宽：＞5mmm2横裂轻缝壁无散落或轻微散落，无或少支缝缝宽：≤5mmm2重缝壁散落多，支缝多缝宽：＞5mmm2松散类坑槽轻坑浅，面积较小（＜1m2＝坑深：≤25mmm2重坑深，面积较大（＞1m2）坑深：＞25mmm2麻面细小嵌缝料散失，出现粗表麻面m2脱皮路面面层层状脱落m2啃边路面边缘破碎脱落，宽度10cm以上m2松散轻细集料散失，路面磨损，路表粗麻m2重粗集料散失，多量微坑，表面剥落m2变形类沉陷轻深度浅，行车无明显不适感深度：≤25mmm2重深度深，行车明显颠簸不适深度：＞25mmm2