沥青路面病害的无损检测及养护技术

张学旺，张先锋，李念广

（山东省聊城市东昌府公路管理局，山东聊城 252000）

0 引言

与水泥混凝土路面相比，沥青路面更为平整、舒适，并且维修时间短、路面无接缝，所以，高速公路等高等级公路的路面多采用沥青材料。沥青路面施工不但要建立完善的沥青路面施工标准，还要深入研究沥青路面的养护技术，在这方面我国十分重视，2001年我国出台了《公路沥青路面养护技术规范》（JTJ-073.2-2001）。但是，在沥青路面的使用过程中，路面病害严重影响着沥青路面的平整度，影响着沥青公路的正常使用，所以对于沥青路面的病害必须引起足够的重视。本文针对沥青路面存在的病害提出沥青路面病害无损检测技术，并针对沥青路面的病害给出有效的养护技术。

1 沥青路面病害的无损检测技术

1.1 沥青路面病害

沥青路面病害有很多，有些对路面的影响很大，有些虽然对沥青路面的影响较小，但是随着使用时间的延长，也会影响路面的正常使用。2001年，我国颁布《公路沥青路面养护技术规范》（JTJ-073.2-2001），对沥青路面的病害进行了明确的分类。

沥青路面的病害主要分为四大类：裂缝类、松散类、变形类及其他类。

裂缝类病害主要包括龟裂、不规则裂缝、纵裂、横裂等；松散类病害主要包括坑槽、麻面、脱皮、啃边、松散等；变形类病害主要包括沉陷、车辙、搓板、波浪、拥包等；其他类病害主要包括泛油、磨光、修补损害面积、冻胀、翻浆等。

沥青路面的破坏主要是上述的19种病害，根据病害影响的不同，沥青路面的病害还可以分为结构性病害和功能性病害。结构性是指路面结构的一个方面或者多个方面发生破坏，导致路面正常的承受载荷的能力下降；功能性病害是指病害造成路面功能的降低，造成路面一些应有的功能丧失，例如路面的平整度和路面的抗滑能力的降低。上述的19种病害中的一种可能同时包括结构性病害和功能性病害，也可能只包括结构性病害和功能性病害中的一种。

1.2 地质雷达的基本原理

地质雷达，又称探地雷达，是用频率介于106～109Hz的无线电波来确定地下介质分布的一种方法。地质雷达最早使用于对冰川的探测，主要是探测冰川的厚度，20世纪60年代，地质雷达开始使用于对土壤和岩石的探测，直到20世纪70年代设计用于地面探测的商业雷达才开始大范围使用。

地质雷达通过发射天线向地下发射高频电磁波，利用接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的界面时发生反射，根据接收到电磁波的波形、振幅强度和时间的变化特征推断地下介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。

式（1）中：h——反射界面的深度，m；

v——波速，m/ns；

Δt——脉冲双程旅行时间，ns。

图1中R0、A0分别代表地表反射波及其振幅；Rl、Al分别代表面层一基层界面反射波及其振幅：R2、A2分别代表基层—路基界面反射波及其振幅；Δt1、Δt2分别代表雷达脉冲通过面层和基层的双程旅行时间；0,1,2,3分别代表空气、面层、基层、路基的介电常数；h1、h2分别代表面层、基层的厚度。

发射脉冲和作为时间及振幅函数的反射脉冲形成一个扫描记录。收发天线控制着脉冲的发生和接收，随着收发天线在地面上不断移动，扫描记录随着地面位置的变化构成一张与地震记录相似的时距曲线图（见图 1）。对于地质雷达所使用的频段来说，将地下介质看作准电介质，所以在这种情况下波速近似表达如下：

式（2）中：c——真空中的光速，m/s；

ε1——地下介质的相对介电常数。

反射界面的深度可以由脉冲运动的时间和波速求解得到，而波在运行过程中强度会逐渐发生变化，这是由于波的衰减所造成的，与波的反射也有关系，所以反射脉冲信号的强度由衰减系数决定，而衰减系数与地下介质的相对介电常数以及反射体的电阻率有关，关系如下：

式（3）中：β——衰减系数；

σ——反射体的电阻率，Ω·m。

界面的反射系数 R12主要与界面两侧的电性有关，对于准电介质近似有：

式（4）中：ε1、ε2——界面上下介质的介电常数；

R12——从介质1入射到介质2时界面的反射系数。

1.3 沥青路面病害的无损检测技术

1.3.1 公路结构与计算参数确定

公路结构一般分为3层，即水泥混凝土或者沥青混凝土面层、基层和路基。对于不同的材料和不同的公路，公路结构也有所不同。

面层一般情况下厚度为8～30 m，而基层的厚度一般情况下为20～40 m。为了进行雷达信号的定性解释，首先给出计算反射脉冲的振幅和旅行时间的参数，水泥混凝土的相对介电常数为6～9，波速为0.10～0.12 m/ns，沥青混凝土的相对介电常数为 3～5，波速为 0.13～0.17 m/ns，水的相对介电常数为81，波速为0.033 m/ns，砂石的相对介电常数为3～5，波速为 0.13～0.17 m/ns，空气的相对介电常数为 1，波速为0.3 m/ns。

1.3.2波速和厚度的计算

知道了各种材料的相对介电常数和波速，为了计算各个面层的厚度，必须确定各层的波速，根据公式（1）可以知道，面层的波速可以为：

对不同面层波速的最终确定可以采取不同的方法，例如取平均值的方法和线性归纳方法等。

对于波振幅的确定，根据公式（4）可以，所求介质的相对介电常数可以由一支介质的相对介电常数和反射系数求解得到，考虑已知介质为空气，而空气的相对介电常数为1，则有：

式（6）中：RO1——面层与空气的反射系数。

利用相对介电常数，根据公式（2）可以求解各层波的波速，下面就可以求解波的振幅，求解如下：

1.3.3水分的计算

根据层内电脉冲的旅行时间等于电脉冲在各个层面之中旅行时间的总和，计算如下：

式（8）中，a、w、s分别代表空气、水和固体填料。

将式（8）进行转化可以得到：

对于饱和水的情况，θa=0，θs+θw=1 式（9）又可以转化为：

根据最小水分体积含量易导出最小水分重量百分比，利用同样方法，可以很容易得到式（11）：

式（11）中，Gs为固体填料的比重。若Gs取测区的最大干容重，则计算出的最小水分重量百分比接近于实际的水分重量百分比。

1.3.4计算压实度

在求出水分重量百分比M后，根据压实度定义可用式（12）近似计算压实度K：

式（12）中，Gmax为测区的最大干容重。

1.3.5工作方法

通过上述计算可以实现沥青路面病害的无损检测技术的基本理论，下面只需要对基本理论进行实施。

无损检测的实施方法主要分为以下步骤：测试布线→天线频率选取→时窗选择→确定水平采样点距→垂向取样点距选取。然后，根据上述理论对于测定的数据进行分析，实现沥青路面病害的无损检测。

2 沥青路面的养护技术

2.1 常用的沥青路面预防性养护方法

常用的沥青路面预防性养护方法主要有5种，分别为微表处、稀浆封层、热沥青混合料罩面、组合式处理以及季节性养护。

微表处方法全称为改性乳化沥青精细表面处理，这种方法虽然在国内不常见，但是在国外尤其是发达国家经常使用。微表处是一种聚合物改性冷混沥青铺路体系，将水、矿粉和乳化沥青等原料高稠度混合后用于沥青路面养护修理的一种技术。

稀浆封层方法是一种十分经济有效的方法，在我国较常用，它是将掺加粉料、添加剂和水的乳化沥青做成流体状，均匀摊铺在路面上，形成薄层，以达到养护路面的目的。

热沥青混合料罩面技术是沥青路面的养护技术中最常用的技术，它主要需要考虑3个方面的选择，即罩面层的厚度、混合料的类型以及沥青的品种。

组合式处理是依据路面使用情况的不同，将上述3种技术同时使用或者使用3种技术中的部分技术以达到养护路面的目的，对于不同路段、不同环境，组合式处理的组合方法都可能存在不同。

季节性养护主要是针对不同季节降雨量、光照等因素的不同而有针对性地制定有效的沥青路面养护技术。对于春夏秋冬四季，养护技术存在着差异。

2.2 常用的沥青路面病害的处理方法

常见的沥青路面病害的处理方法有4种，包括局部或较大规模网裂松散的修补、严重网裂的处理、路面裂缝修补和车辙的处理。

局部或较大规模网裂松散的修补主要是针对沥青路面网裂，而网裂对于路面的危害十分严重，网裂会是路面结构失稳，路面承载能力下降，如果不及时处理，很可能造成沥青公路使用寿命的大幅度下降。对于轻微网裂，应该在网裂出现时尽快选择干燥天气进行封水性处理；对于较大的网裂，应该采用小型撒布机进行处理，由于石屑与路面连接较好，在喷洒后应立即撒上石屑。

严重网裂的处理，不宜采用大面积的中修罩面的方法，若要彻底治理只能等待公路大修时再进行处理，而为了保证公路路面的正常使用，应在加强日常养护的基础上，做到勤修勤补，见坑就补，见缝就堵，见水就排，以尽可能地延长路面的使用寿命，通过长期使用过程中的观察，标出病害严重的部位。

目前车辙的处理一般采用重新铺筑面层的方法，对于路面裂缝的修补采用沥青灌缝等，避免裂缝继续蔓延，防止水分渗入路面。路面裂缝的修补工作一般也是路面病害处理的日常工作，应该时时关注。

[1]王永胜，孔永健.AASHTO沥青路面结构设计方法在我国的适用性研究[J].北方交通大学学报,2004(8):94-96.

[2]沈金安,李福普,陈景.高速公路沥青路面早期损坏分析与防止对策[M].北京：人民交通出版社,2004.

[3]JTJ-073.2-2001，公路沥青路面养护技术规范[S].