国省干线公路早期病害防治

半刚性基层是我国目前主要的沥青混凝土路面基层结构形式，半刚性基层具有整体强度高、稳定性好、板体性强以及经济的特点。但是经过多年的使用，发现半刚性基层沥青混凝土路面由于其自身性能的缺陷，会出现坑槽、裂缝、车辙、拥包等不同程度的早期破坏，导致路面的质量降低，车辆的抗滑能力下降，影响了路面的服务能力，危及行车的安全。江苏省内苏北某条省道自从2014年1月通车以来，在不到一年的时间内，K70＋450～K70＋950下行段行车道出现了严重的大范围沉陷病害，最大沉陷深度处沉陷已达40mm，严重影响了道路的使用性能，受到管护单位的委托，决定采用道路现场调查、现场坑探、现场原位DCP测试和探地雷达对道路病害的原因进行调查。

1探地雷达检测

探地雷达GPR（GroundPenetratingRadar），是一种新的检测方法，通过向地下发射宽带短脉冲高频电磁波，利用不同地下介质的电性特性及其分接口对电磁波的反射原理，通过分析来自地下介质的反射电磁波的振幅、相位和频谱等运动学和动力学特征来分析、推断地下介质结构和物性特征、识别地下目标体，具有实时连续、高精度、快速和无损等特点。探地雷达向地下发送脉冲形式的高频宽带电磁波。电磁波在地下介质传播过程中，当遇到存在电性差异的地下目标体，如空洞、分界面时，电磁波便发生反射，返回到地面时由接收天线所接收。在对接收天线接收到的雷达波进行处理和分析的基础上，根据接收到的雷达波形、强度、双程走时等参数便可推断地下目标体的空间位置、结构、电性及几何形态，从而达到对地下隐蔽目标物的探测。探地雷达采用非接地性测量，可做快速连续检测，对检测对象无损，能比较直观地表现检测目标物。因此，探地雷达技术成为工程地球物理勘查的重要方法之一。探地雷达工作时，由发射天线（T）向地下介质发射一定中心频率的高频电磁脉冲波，经地下地层或目标体反射后返回地面，被接收天线（R）所接收。脉冲波旅行时间为：式中：h为探地雷达探测目标层深度，m；c为电磁波在空气中的传播速度，m／ns；v为电磁波在介质中的传播速度，m／ns；t为电磁波在介质中传播的时间，ns；x为发射（T）和接收（R）天线之间的距离，m；εr为介电常数。因此，根据接收到波的双程走时、幅度与波形资料，可推断介质的结构。本次检测采用SIR3000型探地雷达对该处下行部分段落的超车道、行车道以及硬路肩进行检测，检测指标为路面内部结构完整性。利用对路面内部结构层病害进行分析，将路面内部结构层病害划分为4类：脱空、松散（疏松、离析、破碎）、层间黏结不密实、富水，对松散和富水情况进行分级，对路面结构内部质量进行综合评价。对项目指定的检测段落，分别在纵向和横向布置测线，纵向测线位置分布在车辆轮迹带附近：行车道内侧为距离超车道0．5m处，行车道外侧为距离紧急停车带0．5m处；横向雷达测线的位置为坑探部位处。横向雷达测线图显示该路段道路结构层分层较为明显。疏松病害区域的雷达反射波振幅远大于周围介质反射，波形基本散乱，疏松病害下方的道路结构层界面同相轴部分缺失，表现为基层松散。雷达反射波振幅与初始雷达发射电磁波反相，振幅较周围介质反射波振幅小，频谱上部分高频信号被吸收截断，主要表现为中低频谱，是水稳基层富水的表现。基层松散和富水的范围主要集中在距离道路表面0．2～0．5m范围内。纵向雷达测线显示该路段疏松病害区域的雷达反射波振幅远大于周围介质反射，波形基本散乱，疏松病害下方的道路结构层界面同相轴部分缺失，表现为基层松散。经过纵向探地雷达检测，该段道路病害的主要类型为基层松散，其次为结构层富水。目前发生行车道内侧基层松散的路段全长为127m，占雷达检测路段总长的25．4％，行车道外侧基层松散路段全长82m，占雷达检测路段总长的16．4％。结构层富水主要出现在水稳上下基层。内侧测线检测发现基层富水路段长83m，占检测路段全长的16．6％，外侧测线检测发现基层富水路段长36m，占检测路段全长的7．2％，从雷达检测图上能显示出：行车道外侧道路结构的各项指标均好于行车道内侧部分。

2路面坑探调查

现场坑探调查共开挖4层道路结构层，包括沥青混凝土上面层、沥青混凝土下面层、基层、底基层，每处坑探均开挖至路床。现场坑探点选一处，探坑尺寸约为2．5m×1m，其坑探面积约为2．5m2，2．5m横向长度，1m为纵向宽度，深度挖至路床顶面，观察每个路面结构层。现场路面路表最大沉陷深度为30mm，现场路面最大凹陷部位为水平距离道路右侧边线1．0m，即行车道右侧轮迹带附近，路面出现拥包现象。经逐层开挖结构层，各结构层整体情况如下。

（1）沥青混凝土上面层挖开后下面层顶干燥，挖开的沥青混合料内部干燥，无明显水。

（2）沥青混凝土下面层挖开后，挖出的混合料中可见裸露集料，表明有沥青与集料剥落现象发生，上基层表面渗水现象明显，靠近停车道处混合料较干燥，靠近行车道一端较潮湿。

（3）上基层开挖后，上基层混合料碎块偏小，细集料偏多，多呈粉状，可用手掰开。经与挖开的下基层混合料比较，上基层的混合料碎块普遍小于下基层混合料，表明上基层水稳碎石强度较下基层混合料强度偏低。上基层水稳碎石层在现场查看后发现混合料内部潮湿，混合料周围有泥浆，挖开的混合料呈黄泥土色，表明集料含泥量较大，开挖完成后，下基层顶面出现积水。

（4）下基层内部混合料潮湿，底基层顶面靠近停车道部位相对干燥，靠行车道一侧较潮湿。

（5）底基层、路床内部均较干燥，开挖完成后，坑底出现积水，由于上基层内部渗水，可能导致其下的结构层位受此影响出现积水现象。综合分析可知，上下沥青混凝土面层较干燥；道路主要渗水位置在上基层内部，其余层位均无明显渗水，可能受上基层渗水影响，沥青混凝土下面层、下基层内部较潮湿；底基层以及路床内部均较干燥。现场开挖过程中，均有水从路面上基层内部渗出，积水可能导致道路下基层相邻层位内部较潮湿。

3路面破损调查

对该段路下行路面进行了路面破损调查，在搜集原有公路资料的基础上，对现有路面外观全面调查，对病害进行统计与分析。采用的方法：全线人工调查，检测频率为连续检测。按照《公路技术状况评定标准》（JTGH20－2007）中规定的类型和内容进行现场调查，提供路面破损每公里汇总、破损率、每公里的路面状况指数PCI。该测试路段PCI评定为“次”，路面病害主要集中在沉陷类型，大部分沉陷病害在行车道两侧轮迹带附近，其次在超车道两侧轮迹带附近。

4土基CBR测试

土基CBR测试采用动力锥贯入仪（DCP）现场快速测定方法进行，共测3个点，其位置分别为路基96区顶距离右侧车道线的距离分别为0．6m、0．9m、1．3m处。DCP检测结果。K70＋860处探坑，96区顶距离顶面高度约64cm处3个测点的贯入结果。CBR较大值在靠近停车道位置；越靠近超车道位置CBR值相对较小。

5老路病害原因分析和路面病害防治建议

经过分析认为该路段的主要病害原因有以下几点。

（1）上基层不成型。现场坑探结果发现，上基层混合料内部潮湿，细集料较多，施工中质量控制不严，造成上基层不成型，基层承载能力不足是引发沉陷的原因之一。

（2）基层结构富水。经过对雷达探测结果的分析可知，现有下行道路上基层和下基层附近结构层内部有富水现象发生；同时，在面层坑探过程中发现裸露的石料，是明显的水损害特征。由于道路内部受到水的侵蚀，在车辆荷载等综合作用下，黏结料与骨料的黏附力逐渐下降，造成骨料剥落，引起道路结构承载能力降低，从而进一步引起沉陷。针对以上几点病害原因，提出了相应的病害处理方案：

（1）对沉陷比较严重的路段，建议铣刨上基层和沥青混凝土面层，重铺上基层和沥青混凝土面层；

（2）对沉陷病害轻微路段，可以先采取注浆加固对基层进行补强后，采取微表处或稀浆封层技术，可以恢复道路的平整度，起到防水、防滑、平整、耐磨等作用；

（3）对该标段其他路段，基层暂未发生明显松散的部位，进行长期现场沉陷观测或探地雷达跟踪观测，了解道路病害的变化动态及趋势，如果继续发生病害，应及时采取进一步处理措施。业主单位根据给出的建议进行了路面养护，取得了很好的效果。

6结语

（1）通过现场情况与评价结果比较可以发现，现场情况与评价结果相符。证明探地雷达技术在检测公路路面结构内部情况，进行病害调查评价是可靠的。

（2）半刚性基层沥青混凝土路面容易受到水的影响，水损害对于道路早期破坏影响很大，如果使用探地雷达技术实现早期检测，对于及时采取养护措施，提高道路使用寿命有重要作用。

（3）探地雷达检测方法除了在检测路面结构层厚度、道路内部的脱空、沉陷、裂缝和严重疏松等病害隐患的早期发现和治理上有重要作用；在定量地检测公路路面结构的压实度、含水量等质量状况参数上也有较好的利用空间，从长远来看，采用探地雷达技术进行公路路面结构质量状况检测具有广阔的市场前景及巨大的经济效益和社会效益。

作者：俞先江 马圣昊 王正 顾章川 单位：江苏省交通规划设计院股份有限公司