王子彬 羅嘉敏 牛曉霞

(1.公路交通安全與應(yīng)急保障技術(shù)及裝備交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心 廣州 510420；2.廣東華路交通科技有限公司 廣州 510420)

探坑法源于考古發(fā)掘法，即挖一個較小的探坑以探明遺址布局和不同部位的地下狀況，它是一種小型的垂直發(fā)掘方法。目前，該方法在多個領(lǐng)域均有應(yīng)用。在公路工程方面，該方法應(yīng)用在粗粒徑石料填筑高路堤的施工質(zhì)量檢測中，即在填筑層碾壓密實(shí)后，人工挖取一定直徑，深度達(dá)到整個碾壓層后的試坑，然后測量挖取出來的填料質(zhì)量和試坑體積，從而換算填筑層壓實(shí)密度[1]。另外，該方法也被應(yīng)用于水利[2]及地質(zhì)勘探工作中，為揭露地質(zhì)現(xiàn)象和礦體產(chǎn)狀等服務(wù)。

傳統(tǒng)的鉆孔取芯是路面結(jié)構(gòu)破損檢測方式之一，但是其取樣區(qū)域小，部分路面結(jié)構(gòu)損壞情況無法準(zhǔn)確判別，例如路面車轍的各層發(fā)展情況。探坑法則可以根據(jù)病害類型選擇開挖的形式和尺寸，從而實(shí)現(xiàn)路面病害原因的準(zhǔn)確判定。

本文基于探坑法測試原理，針對瀝青路面車轍、裂縫和坑槽等典型病害進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，分析其病害形成原因，提出一種規(guī)范性的路面結(jié)構(gòu)病害測試方法，用于指導(dǎo)路面的病害調(diào)查和分析。

1 測試原理

探坑法主要是在調(diào)查區(qū)域內(nèi)根據(jù)路面典型病害確定代表區(qū)域作為探測點(diǎn)，根據(jù)病害程度，從探測點(diǎn)道路表面層開始直到路基頂面，依次開挖坑槽，每層坑槽的深度以到達(dá)下層結(jié)構(gòu)層頂面為宜，在開挖下一層之前，在該層進(jìn)行物理指標(biāo)測量并記錄該層厚度和破壞特征，該探測點(diǎn)處病害的檢測結(jié)果即為調(diào)查區(qū)域的病害檢測結(jié)果[3]?，F(xiàn)場探坑測試示意見圖1。

1，2，3，4，5-路面各結(jié)構(gòu)層。

2 現(xiàn)場試驗(yàn)分析

2.1 試驗(yàn)一。車轍結(jié)構(gòu)病害測試

廣東省某高速公路位于珠江三角洲的西部，屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，夏長冬暖，雨量充沛，雨季長。夏季濕熱，多臺風(fēng)暴雨。該高速于2010年建成通車，通車后不久出現(xiàn)了大面積車轍損壞，為查明病害發(fā)生的原因，進(jìn)行了探坑開挖。

2.1.1探坑意義

通過開挖及取樣觀察路面車轍病害出現(xiàn)的深度，并對開挖取出的瀝青混合料進(jìn)行理論最大密度、抽提篩分、GTM旋轉(zhuǎn)剪切及車轍動穩(wěn)定度試驗(yàn)，以評價瀝青和瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能等。

2.1.2試驗(yàn)步驟

1) 采用3 m直尺橫放在路面慢車道輪跡帶上，對路面表面的車轍深度進(jìn)行測量，確定典型車轍損壞路段。

2) 確定車轍路段后，每處開挖長約3 m，寬約40 cm的矩形槽，深度至下面層底，開挖后測量慢車道斷面各層位的厚度及變形情況，路肩處斷面開挖板不可擾動。

3) 采用切割機(jī)對其進(jìn)行分段切割，取出切割試塊，描述上面層、中面層和下面層的層厚，分析路面車轍的各層的變形。

4) 取瀝青混合料進(jìn)行室內(nèi)對比試驗(yàn)，進(jìn)行瀝青性能(回收試驗(yàn))、集料級配、瀝青含量、瀝青混合料動穩(wěn)定度和高溫穩(wěn)定性等試驗(yàn)。

通過探坑，獲得了車轍病害處的面層上、中、下各層的厚度，計(jì)算了各層壓縮量；通過室內(nèi)試驗(yàn)，獲得了車轍處瀝青混合料的級配、瀝青含量和瀝青的老化性能指標(biāo)，以及瀝青混合料整體的動穩(wěn)定度和高溫穩(wěn)定性。由本次試驗(yàn)得知，該處車轍主要出現(xiàn)在瀝青路面中、下面層，而上面層車轍占有量很少，主要原因是施工均勻性差，造成集料級配偏離設(shè)計(jì)要求，混合料級配明顯偏細(xì)，瀝青含量偏高，在車輛荷載作用下二次壓密所致。

2.2 試驗(yàn)二。路面裂縫、坑槽損壞

另一條高速公路位于廣東省中部，是國家規(guī)劃重點(diǎn)公路的一部分，是跨省的交通大通道，于2005年建成通車。該高速經(jīng)過多年的運(yùn)營，出現(xiàn)了較多的路面損壞，如車轍、坑槽、裂縫等，為調(diào)查典型病害的形成原因，采用探坑法進(jìn)行結(jié)構(gòu)病害原因測試。

2.2.1開挖意義

通過探坑及取樣觀察路面裂縫、坑槽病害出現(xiàn)的深度，查找其產(chǎn)生的原因，根據(jù)不同的裂縫類型采取不同的處治措施。

2.2.2試驗(yàn)步驟

1) 通過人工徒步調(diào)查或自動化破損測試系統(tǒng)對測試路段進(jìn)行路面破損調(diào)查，確定典型裂縫、坑槽損壞的位置。

2) 確定裂縫、坑槽開挖位置后，按照裂縫、坑槽走向標(biāo)注矩形框。

3) 采用風(fēng)鎬沿著矩形框進(jìn)行開挖，第一次開挖深度為上面層的厚度，將上面層集料清理干凈后，記錄中面層的裂縫、坑槽的發(fā)展情況，確定下層的開挖位置，開挖至基層。

4) 記錄各層裂縫、坑槽的發(fā)展情況，判定病害發(fā)展的原因。

從本次探坑試驗(yàn)可知，該處橫向裂縫屬于明顯的基層反射裂縫，其產(chǎn)生的主要原因是基層出現(xiàn)干縮和溫縮開裂后，基層失去了抵抗拉應(yīng)力的能力，在開裂位置將應(yīng)力傳遞給面層，形成面層在開裂處的應(yīng)力集中，導(dǎo)致面層拉裂，出現(xiàn)裂縫。

坑槽處主要是施工過程中出現(xiàn)集料離析，粗集料過于集中，集料間黏結(jié)能力不足出現(xiàn)松散，從而導(dǎo)致表面層剝落，在行車荷載和雨水等自然因素作用下，當(dāng)剝落面積及深度增大到一定程度時，便形成了坑槽。

3 測試方法

根據(jù)探坑法測試原理和現(xiàn)場試驗(yàn)分析，總結(jié)基于探坑法的路面結(jié)構(gòu)病害檢測方法如下。

3.1 測試目的和適用范圍

本方法適用于以逐層開挖的方式檢查路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部損壞狀況的工程，可為路面的養(yǎng)護(hù)維修決策提供依據(jù)。另外，根據(jù)調(diào)查需要，可進(jìn)一步測試路面結(jié)構(gòu)的其他性能指標(biāo)，例如，CBR(加州承載比)、回彈模量、含水量、集料級配及瀝青性能等指標(biāo)，進(jìn)一步分析路面病害形成原因。

3.2 儀具與技術(shù)要求

主要開挖設(shè)備包括風(fēng)鎬、切割機(jī)、量尺、鐵鍬、鑿子、錘子、小鏟掃帚或毛刷、吹風(fēng)機(jī)等。其中最為關(guān)鍵的儀具是風(fēng)鎬和切割機(jī)，風(fēng)鎬需配有多種型號釬子的手持式空壓風(fēng)鎬破碎機(jī)，以備開挖時個別細(xì)微位置的需要。切割機(jī)刀片直徑大于500 mm，切縫深度大于240 mm，主要是考慮觀察車轍病害時采用，同時也可使開挖方便并使開挖位置邊緣保持整齊，利于回填。觀察其他病害時也可根據(jù)需要選用。

3.3 測試步驟

測試前，在調(diào)查區(qū)域內(nèi)根據(jù)路面典型病害的類別和檢查目的確定代表區(qū)域作為檢測點(diǎn)，并確定檢查部位的路面結(jié)構(gòu)層數(shù)。現(xiàn)場測試主要包括以下步驟。

1) 檢測觀察部位，若路面不潔妨礙觀測時，應(yīng)采用掃帚或毛刷清掃路面，并用路用吹風(fēng)機(jī)吹干凈病害位置的灰塵。

2) 觀測檢測部位路表病害，并記錄破損情況。

3) 根據(jù)病害嚴(yán)重程度確定開挖矩形形狀的邊長L縱、L橫。若為坑槽或龜裂病害時，應(yīng)在病害邊緣位置沿路線橫斷面進(jìn)行畫線，確定開挖邊長L橫，須大于嚴(yán)重病害在橫斷面位置的包絡(luò)寬度；沿L橫兩端且與其垂直的病害方向縱向畫線(2條)，確定開挖的另一邊長L縱，其長度不小于病害在路線縱向的長度；最后將2條L縱端點(diǎn)連接，形成要開挖的矩形框，為便于觀測，其中底層長度和寬度不宜小于400 mm。

4) 沿畫線位置用手持式風(fēng)鎬將上面層材料開挖干凈，表面層的開挖深度以達(dá)到下一層頂面為宜，注意盡可能避免觸碰到下面層，特別是在裂縫位置，并盡量減少對周圍路面結(jié)構(gòu)的擾動。

5) 用風(fēng)鎬或鑿子、錘子將上面層四周修理到位，用鐵鍬或小鏟將廢料鏟出，用毛刷或吹風(fēng)機(jī)將開挖的第一層坑槽底部及四周的浮塵和松散廢料清理干凈，保證準(zhǔn)確記錄病害狀況。

6) 完成第一層的開挖及檢測后，觀測描述第二層表面病害特征并記錄破損情況。

7) 重復(fù)上述步驟至病害消失的層位為止。第二層以后的各層開挖宜每邊比上一層對應(yīng)邊長縮短150 mm，即開挖成臺階狀，臺階寬度不宜小于100 mm。

8) 記錄各層厚度時，可用500 mm的鋼尺沿坑槽四角及每邊中間部位測量其不同斷面的厚度，取所測厚度的平均值作為該層的厚度，準(zhǔn)確至1 mm；調(diào)查車轍病害時，采用路面切縫機(jī)垂直車轍方向橫向切割整個面層，使之形成一個光滑的橫斷面，用鋼尺量測斷面上、中、下面層不同位置的厚度值，準(zhǔn)確至1 mm。

9) 開挖過程也可以根據(jù)需要測試相應(yīng)層位的材料模量、含水率等指標(biāo)。

10) 完成各層開挖及檢測，直到檢測并記錄完最后一層的測試數(shù)據(jù)。根據(jù)需要，整個檢測過程可拍攝照片或錄像備查。

3.4 測試結(jié)果處理

在上述測試過程中記錄統(tǒng)計(jì)各檢測位置的病害情況，作為整個調(diào)查區(qū)域的病害現(xiàn)場檢測結(jié)果，并簡析結(jié)構(gòu)損傷原因及處理建議。另外，可進(jìn)一步結(jié)合現(xiàn)場或者室內(nèi)試驗(yàn)獲得的其他性能指標(biāo)，對測試路段的典型病害形成原因進(jìn)行分析總結(jié)，并給出合理化養(yǎng)護(hù)處治建議。

4 結(jié)語

為解決和規(guī)范路面結(jié)構(gòu)病害的測試，借鑒考古挖掘中使用的探坑測試方法，結(jié)合公路病害調(diào)查和病害養(yǎng)護(hù)的工程狀況，在不同路段選取了典型路面病害，利用探抗法測試原理，對路面車轍、路面反射裂縫和坑槽位置進(jìn)行了針對性的現(xiàn)場開挖試驗(yàn)，總結(jié)了基于探抗法的路面結(jié)構(gòu)病害測試方法，可用來規(guī)范指導(dǎo)路面結(jié)構(gòu)病害原因的測試和調(diào)查，指導(dǎo)路面結(jié)構(gòu)病害養(yǎng)護(hù)處治。

[1] 劉宇，劉大超，呂燦光.粗粒徑石料填筑高路堤的施工質(zhì)量控制與檢測[J].路基工程，2002(3):60-61．

[2] 羅瑞坤.用探坑法確定土壤侵蝕模數(shù)[J].東北水利水電，2003(6):52．

[3] 陳江，申全軍，馬士杰,等.路面病害破損檢測方法：200810014832.3[P].2008-03-20.