摘 要

板底脱空是水泥混凝土路面及复合式路面结构的常见病害，目前国内还没有针对复合式路面板底脱空检测及评价标准，该文以典型长寿命复合路面结构实体项目为依托，通过落锤式弯沉仪、三维探地雷达、人工调查等方式，运用目前国内外水泥混凝土路面板底脱空判定的各种方法对复合路面板底脱空进行分析对比评价，提出单点弯沉及弯沉盆曲线形态评价为较为可靠、快速的脱空判别方法，为国内复合路面脱空检测及评价标准的制定积累经验。

关键词 复合式路面 | 脱空检测 | 弯沉 | 评价

1、依托项目概况

依托工程尉许(尉氏县至许昌县)高速公路建设初期采用了长寿命复合式路面设计理念，采用4cmAC-13Ｉ细粒式改性沥青混凝土＋2cm细粒式改性沥青混凝土应力吸收层＋28cm水泥混凝土板＋1.5cm改性沥青稀浆封层＋18cm水泥粉煤灰稳定碎石的路面结构形式，其中水泥混凝土板是主要承重层，AC层主要作为表面功能改善层。尉许高速公路通车至今已运营15年，历经多年日常及预防性养护，路面整体结构较好，尚未进行过大修，但是目前路面AC功能层在混凝土板纵横向接缝位置已经全部出现反射裂缝，同时伴有车辙、龟裂等其他病害，逐步影响到混凝土板的使用寿命，急需进行详细的检测评价及整体维修处治沥青网sinoasphalt.com。

2、检测方法及检测位置

为充分掌握尉许高速公路路面板底脱空情况，采用落锤式弯沉仪、三维探地雷达两种方式对路面病害严重的上行线K112＋000～K113＋000段进行相应检测，同时结合路面病害人工调查结果进行综合对比分析。其中FWD检测位置为2、3号板间纵缝的右侧，板角2处，板边中点1处，3号板中1处，每块板4个点，每块板上4处检测点编号a、b、c、d，采用两种方法进行检测：前116块板采用3级加载，后104块1级加载。三维探地雷达单次检测宽度为1.8ｍ，共布置4条测线，分别是2、3号板间接缝；3号板中间；3、4号板间接缝；4号板中间，每条测线长度1km，共4km。具体位置如图1、2所示。

3、复合路面脱空检测结果分析

利用FWD检测数据，分别通过三级加载截距法、单点弯沉、弯沉盆曲线形态、弯沉比等方法综合判断并比较路面板底脱空情况，同时与3D雷达检测结果及人工调查结果进行对比分析，旨在提出适用于复合路面脱空检测及评价的合理方法。

3.1 FWD三级加载(截距法)

现行规范中对于水泥路面板底脱空的检测评价方法为板角多级荷载测定，采用截距法判断脱空情况。

此次利用FWD对复合路面进行弯沉测试，并结合AASHTO方法，检测板角同一点在3个荷载水平50、70、90kN)下的弯沉值，并按照式(1)进行线性回归，得到回归系数a、b，综合判断板底是否脱空。

按照以上方法进行线性回归，当测点的线性回归截距值b大于50μｍ时判定为板底脱空，经统计，采用3级加载的前116个板块，判断为脱空的点位汇总见表1。

通过分析发现：3级加载截距法判定的脱空结果中，总的脱空点数所占比例为21.1％，其中板中脱空比例最少，为6％，板角a位置所占比例最大，为29.5％，其次为板边中点b及板角c点，分别为27.6％、21.6％。

目前，截距法是判定板底脱空的一种相对成熟的方法，能达到良好的判别效果，但截距法也存在一定的不足：①截距法采用截距大于0.05mm的标准来确定板底脱空，主要通过工程经验总结，缺乏相应的理论基础；②每个测点需分3次进行检测，测试速度慢，安全风险高，不能达到FWD快速检测的目的。

3.2 弯沉盆曲线形态判定法

均匀支承的混凝土路面板在荷载作用下的弯沉随离荷载作用点距离的增大而减小，如果离荷载作用点较远位置的弯沉值比较近位置的弯沉值大，则说明可能存在脱空现象；弯沉盆曲线有明显异常的点位也可能存在脱空现象，因此，可以利用实测弯沉盆曲线形态来判断混凝土板底是否脱空。

根据尉许高速公路K112＋000～K113＋000段3号板共220个板块分板角不跨缝(a点)、纵缝板边中点(b点)、板角跨缝(c点)及板中(d点)4个典型位置的FWD实测数据按照10点一组，绘制出典型弯沉盆曲线如图3～6所示。

通过对检测数据分析发现，典型的弯沉盆曲线异常主要表现在以下方面：

(1)当弯沉值大于12(0.01mm)时，曲线明显异常，所在点位的弯沉盆曲线明显偏离同一簇数据曲线，曲线斜率整体偏大。

(2)相邻传感器弯沉差较大时，曲线异常较为明显，弯沉差大于6(0.01mm)时，认为曲线异常。

(3)某一段落弯沉值虽然整体较小，但与同组数据及前后组相邻数据比较，弯沉盆曲线明显偏离数据簇群的，判断为曲线异常点。

通过以上标准，对实测的880个弯沉盆曲线形态逐个分析对比，统计筛选出异常弯沉盆曲线情况见表2。

通过对弯沉盆曲线的形态对比分析，发现以下特点：

(1)板角a与板角c弯沉值整体较大，曲线形态异常点位相对较多，其中板角a、c异常点位分别为54及56个，这与水泥混凝土路面板底脱空主要表现在板角纵横向接缝位置的实际情况相符。

(2)4个位置中，c点为板角跨缝点位，该点D1与D2传感器的弯沉差明显比其他位置大，可间接反映出混凝土板接缝传荷能力。

(3)板中d点弯沉值最小，曲线规律性较好，仅有个别点位曲线明显异常，表明板中底部脱空的情况很少，脱空主要表现在边角和板边。

(4)通过弯沉盆形态异常来判断板底脱空的方法，综合性较强，能够直观反映单点弯沉、传荷能力、弯沉差、夹角等判定因素，与其他各种方法的相关性较高，且不会增加检测数量及难度，因此弯沉盆变异法可作为脱空检测的一种主要手段，也可用于脱空整体筛查或者是对其他判定方法进行有效验证，以减小脱空误判率。

3.3 单点弯沉判定法

通过对板底脱空的有限元力学计算分析，同时结合截距法的脱空判断标准，以50kN荷载中心点弯沉值大于12(0.01mm)作为板底脱空的判定依据进行统计分析。以单点弯沉值判定的板底脱空汇总情况见表3。

单点弯沉检测评价方法具有检测效率高、费用低、数据处理简单的特点，但单点弯沉评价指标需要根据路面各结构层厚度及环境等因素综合确定，不宜采用同一个判定标准值，通过单点弯沉指标来判定板底脱空具有较强的可行性。

3.4 板中与板边、板角弯沉比

基于现有FWD检测数据，参照民航标准，计算板中与板边中点(b/d)及板中与板角弯沉比(a/d、c/d)，依据比值的大小判断板底是否存在脱空现象，具体评价标准见表4。

依据表4判定标准，统计出板底脱空板块情况见表5。

弯沉比法确定板底脱空方法是民用机场道面脱空评价的主要方法，经理论及实践验证效果较好，缺点是有部分弯沉整体较大，但比值较小的板块可能会被遗漏。

3.5 三维探地雷达检测结果

此次同时采用三维探地雷达进行检测，使用DX型空气耦合式天线，由21对天线通道组成天线阵列，一次行驶有效检测宽度1.8ｍ，可实现三维雷达图像。三维探地雷达可见明显结构层分界及水泥板内钢筋。典型雷达图像如图7所示。

图7为K112＋299～K112＋332(34～41块板)段测试图像，该段路面破损较为严重，FWD检测的弯沉值也较大(截距超过80)，判断为板底脱空，3D雷达检测的整体脱空情况汇总见表6。

3D探地雷达的优点是检测效率高、图像直观、可以实现连续检测，数据处理与分析较为复杂。实践验证表明：探地雷达对板下脱空区净高在2cm以上的大脱空的探测效果较好，但对＜2cm的脱空区的检测效果还不够理想。

3.6 人工调查

对检测范围内的路面板块进行了病害调查，根据病害类型，将存在唧泥、严重裂缝、断板、错台等病害位置判断为板底脱空，统计结果见表7。

4、检测结果对比

将以上各种方法脱空判断结果汇总为表8。表8数据表明，板中位置脱空率很小，其他3点a、b、c位置脱空率相近。

5、结论

(1)各种方法判断脱空得到的比例基本相当，说明不同脱空判识方法在统计结果上具有一致性。

(2)在检测的4个点位中，能反映脱空位置的具有代表性的点位为板角a、c，其次为板边b，板中脱空的比例最小，而且与其他位置相差较大，因此，在实际板底脱空检测中，可只针对板角、板边位置进行检测。

(3)通过以上各种检测评价方法结果的对比及优缺点分析，认为基于FWD检测的单点弯沉法、弯沉盆曲线形态判定法为较为可靠的板底脱空评价方法，具有较强的操作性及可行性，可作为长寿命复合式路面脱空检测评价的主要方法。