一种基于探地雷达的路口抗车辙路面变形判断和施工方法

本发明涉及道路工程路面技术领域，尤其涉及一种基于探地雷达的路口抗车辙路面变形判断和施工方法。

背景技术：

国省干线公路沥青路面交叉口数量众多，其路面耐久性能对于整个干线公路运营质量至关重要。车辆渠化行驶以及重载、超载问题的凸显，车辙已经成为我国沥青路面主要的损坏形式之一，同时也诱使路面进一步损坏。车辙的存在严重缩短了路面的使用寿命，降低了高速公路的服务水平，构成了雨天车辆侧滑的安全隐患。《评定标准》规定了高速公路和一级公路的路面车辙检测方法，它将路面车辙深度(rd)作为独立的检测指标，并据此计算路面车辙深度指标(rdi)。根据车辙深度指标进行交叉口改建方案设计。

根据车辙产生的原因和所处的位置，沥青路面的车辙一般分为以下几种类型：磨耗型车辙：此车辙主要由于沥青路面结构顶层材料在车轮的物理磨耗和自然环境因素的作用下不断损失造成的；结构型车辙：路面结构在交通荷载的反复作用下产生永久变形而形成，这种变形主要由路基变形传递到面层；压密型车辙：可能由于铺筑过程中压实不足引起的，也可能由于混合料设计不当引起的开放交通后轮迹带下的面层继续受到压实，产生压密变形；失稳型车辙；失稳型车辙也叫流动型车辙，是路面在高温条件下沥青混合料侧向流动变形引起的，在车辆荷载作用下方表现为下凹，而两侧表现为上凸，车辙断面表现为w形。

然而，现有的由车辙引起损伤的检测，通常是通过检测仪器测量车辙深度，对于交叉口道路改建方案，往往是根据作业者经验判断得出的。这会造成交叉口改建方案与交叉口道路损坏程度不匹配。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中耗费人力且效率低的问题，而提出的一种基于探地雷达的路口抗车辙路面变形判断和施工方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于探地雷达的路口抗车辙路面变形判断和施工方法，具体施工步骤如下：

步骤一、准备设计方案；

步骤二、进行面层和基层预处理；

步骤三、针对不同变形等级进行面层和基层修复料的计算；

步骤四、针对不同变形等级进行修复施工。

优选的，步骤二中面层和基层的预处理，具体处理方案如下：

(1)“动-静荷载”区域面层和基层预处理

a1：用铣刨机将车辙破坏区域的面层完全铣刨；

a2：用铣刨机将基层车辙统一铣刨成规则形状的“倒梯形”；

(2)“动荷载”区域面层预处理

1)当为五级变形时

b1：用铣刨机将上面层车辙统一铣刨成规则形状的“倒梯形”；

2)当为四级变形时

c1：用铣刨机将车辙破坏区域的上面层完全铣刨；

c2：用铣刨机将中面层车辙统一铣刨成规则形状的“倒梯形”。

优选的，步骤四中修复施工方法如下：

(1)五级破坏

1)将上面层“倒梯形”车辙处的杂物清理干净，使用同步碎石封层车在“倒梯形”车辙处洒布一层沥青，作为沥青粘结层；

2)在“倒梯形”车辙处人工填筑沥青混凝土修复料；

3)使用钢轮压路机压实；

(2)四级破坏

1)将中面层“倒梯形”车辙处的杂物清理干净，使用同步碎石封层车在“倒梯形”车辙处洒布一层沥青，作为沥青粘结层；

2)在中面层“倒梯形”车辙处人工填筑沥青混凝土修复料；

3)使用钢轮压路机压实；

4)利用沥青摊铺机在中面层上摊铺沥青混凝土上面层；

5)使用钢轮压路机压实；

(3)三级破坏

1)将基层“倒梯形”车辙处的杂物清理干净，使用同步碎石封层车在“倒梯形”车辙处洒布一层沥青，作为沥青防水层；

2)在基层“倒梯形”车辙内铺设一层土工格栅，利用同步碎石封层车在基层“倒梯形”车辙处撒布粒径大小为“倒梯形”车辙深度2/3的大粒径碎石；

3)利用同步碎石封层车在基层“倒梯形”车辙处同步撒布一层沥青和一层中粒径嵌缝料；

4)使用钢轮压路机压实；

5)利用同步碎石封层车在基层“倒梯形”车辙处同步撒布一层沥青作为沥青粘结层；

6)利用沥青摊铺机在修复好的基层上加铺沥青混凝土面层；

7)使用钢轮压路机压实；

(4)二级破坏

1)将基层“倒梯形”车辙处的杂物清理干净，使用同步碎石封层车在“倒梯形”车辙处洒布一层沥青，作为沥青防水层；

2)在基层“倒梯形”车辙内铺设一层土工格栅，利用同步碎石封层车在基层“倒梯形”车辙处撒布粒径大小为“倒梯形”车辙深度2/3的大粒径碎石；

3)利用同步碎石封层车在基层“倒梯形”车辙处同步撒布一层沥青和一层中粒径嵌缝料；

4)利用同步碎石封层车在基层“倒梯形”车辙处同步撒布一层沥青和一层细粒径嵌缝料；

5)使用钢轮压路机压实；

6)利用同步碎石封层车在基层“倒梯形”车辙处同步撒布一层沥青作为沥青粘结层；

7)利用沥青摊铺机在修复好的基层上加铺沥青混凝土面层；

8)使用钢轮压路机压实；

(5)一级破坏

1)将基层“倒梯形”车辙处的杂物清理干净，使用同步碎石封层车在“倒梯形”车辙处洒布一层沥青，作为沥青防水层；

2)在基层“倒梯形”车辙内铺设一层土工格栅，利用同步碎石封层车在基层“倒梯形”车辙处撒布粒径大小为“倒梯形”车辙深度2/3的大粒径碎石；

3)利用同步碎石封层车在基层“倒梯形”车辙处同步撒布一层沥青和一层中粒径嵌缝料；

4)利用同步碎石封层车在基层“倒梯形”车辙处同步撒布一层沥青和一层较细粒径嵌缝料；

5)利用同步碎石封层车在基层“倒梯形”车辙处同步撒布一层沥青和一层细粒径嵌缝料；

6)使用钢轮压路机压实；

7)利用同步碎石封层车在基层“倒梯形”车辙处同步撒布一层沥青作为沥青粘结层；

8)利用沥青摊铺机在修复好的基层上加铺沥青混凝土面层；

9)使用钢轮压路机压实。

优选的，面层和基层修复料的计算方法如下：

(1)五级变形

用红外断面仪测得上面层“倒梯形”截面面积为s5，量得上面层“倒梯形”车辙长度为l5，沥青混合料修复料体积为v5＝s5×l5；

(2)四级变形

用红外断面仪测得中面层“倒梯形”截面面积为s4，量得中面层“倒梯形”车辙长度为l4，沥青混合料修复料体积v4＝s4×l4+s41×h4，其中，s41—面层预处理时完全铣刨的上面层面积；h4—面层预处理时完全铣刨的上面层厚度；

(3)三级变形

用红外断面仪测得基层“倒梯形”截面面积为s31，量得基层“倒梯形”车辙长度为l3，所使用的碎石和沥青的总体积为v31＝s31×l3，最后统一加铺沥青混合料面层，沥青混合料面层的总体积为v32＝s32×h3，其中，s32—面层预处理时完全铣刨的面层面积；h3—面层预处理时完全铣刨的面层厚度；

(4)二级变形

用红外断面仪测得基层“倒梯形”截面面积为s41，量得基层“倒梯形”车辙长度为l4，所使用的碎石和沥青的总体积为v41＝s41×l41，最后统一加铺沥青混合料面层，沥青混合料面层的总体积为v42＝s42×h4，其中，s42—面层预处理时完全铣刨的面层面积；h4—面层预处理时完全铣刨的面层厚度；

(5)一级变形

用红外断面仪测得基层“倒梯形”截面面积为s51，量得基层“倒梯形”车辙长度为l5，所使用的碎石和沥青的总体积为v51＝s51×l5，最后统一加铺沥青混合料面层，沥青混合料面层的总体积为v52＝s52×h5，其中，s52—面层预处理时完全铣刨的面层面积；h5—面层预处理时完全铣刨的面层厚度。

优选的，设计方案包括：

s1：事先对路口进行区域划分；

s2：计算介电常数修正系数；

s3：提出不均匀系数指标ucp；

s4：设计不同的路口抗车辙路面改造方案。

优选的，s1中的区域划分为，将交叉口左转车辆停驻区、直行车辆停驻区、及公交车停驻区划分为“动-静荷载”区域，将右转车道划分为“动荷载”区域。

优选的，s4中的改造方案如下：

优选的，其计算公式为

式中：d—土工格栅网格设计孔径；d—采用的嵌缝料最大粒径；p—集料的通过率，取值范围为90-95，单位为％；n—试验指数，取值范围为0.3-0.7。

与现有技术相比，本发明提供了一种基于探地雷达的路口抗车辙路面变形判断和施工方法，具备以下有益效果：

1、传统的道路交叉口施工时，对交叉口各组成部分采用统一施工，然而交叉口各部分所受到的车辆荷载的不同，造成各部分损坏的时间和程度均不同。传统的交叉口，某一部分发生车辙等损坏，需要将交叉口整体清除，进行修复，工作量大且修复效果不佳；本发明根据交叉口车流分布的特点，将交叉口划分为“动-静荷载”和“动荷载”区域，在结构上进行分类加铺改造，提高了整体的抗车辙性能，延长使用寿命并降低了工作量，加快了施工进程。

2、传统的路面厚度常常采用钻芯取样的方式进行检测，但该检测方式会对道路造成永久的破坏性损伤，无法进行高频率的检测，同时仅仅能够得到几个位置的路面厚度，过于耗费人力、物力，效率不高，且所获取的相关数据离散性过大，精确度不高，难以有效反映路面的厚度变化情况；本发明提供了一种基于反射系数法测量车辙剩余路面厚度，每次根据修正系数来减少甚至消除基于反射系数法计算得到的路面厚度误差，同时，测量范围包含了整个车辙区域。

3、传统的基层分为上基层、下基层的底基层，各层之间仅通过粘结剂粘结，各层之间的整体性粘结性较差，层间易滑动；本发明首次提出沥青大粒径碎石封层替代传统的水泥稳定碎石半刚性上、下基层，嵌挤碾压，多层铺筑，石料嵌锁形成后将构成结构性支撑性结构，可有效提高刚性上基层的结构强度，防止开裂断板和破碎等病害。

4、传统的车辙引起的道路损坏，没有明确的指标去判断其损坏程度，进而造成后期路面结构加速损坏；本发明提供了一种基于反射系数法的沥青路面交叉口车辙改造方案，首先用修正的反射系数法来计算剩余路面厚度，并计算出不均匀系数，用不均匀系数对车辙引起的车辙损伤分级。

5、本发明根据最大密度曲线理论，计算出加铺土工格栅孔径的大小，保证了矿物质混合料的密度，减少了孔隙率，加强了石料嵌锁形成后将构成结构性支撑性结构的稳定性，有效的提高了路面结构的承载力。

6、传统的交叉口改造方案全凭作业者经验拟定，这会造成改造方案与实际损坏程度和损坏类型不匹配，本发明根据计算出的路面不均匀系数的范围，给出专门针对交叉口车辙损伤的定制改造方案。

附图说明

图1变形判断和施工方法流程图；

图2为车辙引起的面层与基层破坏示意图；

图3为修复后的结构层示意图。

图中：1面层、2基层、1-1沥青粘结层、1-2沥青混合料、2-1沥青防水层、2-2碎石封层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

一种基于探地雷达的路口抗车辙路面变形判断和施工方法，具体施工步骤如下：

步骤一、准备设计方案：

s1：事先对路口进行区域划分

根据交叉口车流分布的特点，进行区域划分,因为左转车道、直行车道以及公交车道上的车辆会反复进行刹停和启动操作，对路面损害较大，而右转车道上的车辆很少会停车，对路面损害不大，所以将交叉口左转车辆停驻区、直行车辆停驻区、及公交车停驻区划分为“动-静荷载”区域，将右转车道划分为“动荷载”区域，基于此区域划分设计不同的改造方案，针对性强，可以减少资源浪费；

s2：计算介电常数修正系数

(1)钻芯取样标定介电常数

a1：利用车辙横断面尺在车辙较为严重处取一横断面；

a2：将得到的横断面图形放入笛卡尔坐标系中，任意取三个位置进行钻芯取样，三个位置的横坐标分别为x1、x2和x3，并测得三个芯样的实测厚度h1、h2和h3，将其分别代入公式

h＝asinβx+b

求解出常数系数a、β和b，便可得到该处车辙断面的关于厚度与横向位置的函数表达式，通过公式

εr1＝c²δt²/4(asinβx+b)²

式中：εr1—基于钻芯取样法的介电常数；c—电磁波在真空中的传播速度，为常数，约等于300mm/ns；δt—雷达波在介质层中的双程走时，ns；

便可计算出该断面任一位置的介电常数；

(2)探地雷达标定介电常数

利用探地雷达对车辙某一点位处进行测厚，该点位处的介电常数可以通过公式

计算；

式中:εr2—基于探地雷达法的介电常数；—振幅比；

(3)介电常数修正系数计算

基于下式得到相应的修正系数：

式中：t—介电常数修正系数；

s3：提出不均匀系数指标ucp

式中：s—修正后的剩余路面厚度，mm；

式中：sm—探地雷达探测的经过修正的最小修正剩余路面厚度，

s4：设计不同的路口抗车辙路面改造方案

步骤二、进行面层1和基层2预处理，具体处理方案如下：

(1)“动-静荷载”区域面层1和基层2预处理

b1：用铣刨机将车辙破坏区域的面层1完全铣刨；

b2：用铣刨机将基层2车辙统一铣刨成规则形状的“倒梯形”；(2)“动荷载”区域面层1预处理

1)当为五级变形时

c1：用铣刨机将上面层1车辙统一铣刨成规则形状的“倒梯形”；

2)当为四级变形时

d1：用铣刨机将车辙破坏区域的上面层1完全铣刨；

d2：用铣刨机将中面层1车辙统一铣刨成规则形状的“倒梯形”；

步骤三、针对不同变形等级进行面层1和基层2修复料的计算,具体计算方法如下：

(1)五级变形

用红外断面仪测得上面层1“倒梯形”截面面积为s5，量得上面层1“倒梯形”车辙长度为l5，沥青混合料1-2修复料体积为v5＝s5×l5；

(2)四级变形

用红外断面仪测得中面层1“倒梯形”截面面积为s4，量得中面层1“倒梯形”车辙长度为l4，沥青混合料1-2修复料体积v4＝s4×l4+s41×h4，其中，s41—面层1预处理时完全铣刨的上面层1面积；h4—面层1预处理时完全铣刨的上面层1厚度；

(3)三级变形

用红外断面仪测得基层2“倒梯形”截面面积为s31，量得基层2“倒梯形”车辙长度为l3，所使用的碎石和沥青的总体积为v31＝s31×l3，最后统一加铺沥青混合料1-2面层1，沥青混合料1-2面层1的总体积为v32＝s32×h3，其中，s32—面层1预处理时完全铣刨的面层1面积；h3—面层1预处理时完全铣刨的面层1厚度；

(4)二级变形

用红外断面仪测得基层2“倒梯形”截面面积为s41，量得基层2“倒梯形”车辙长度为l4，所使用的碎石和沥青的总体积为v41＝s41×l41，最后统一加铺沥青混合料1-2面层1，沥青混合料1-2面层1的总体积为v42＝s42×h4，其中，s42—面层1预处理时完全铣刨的面层1面积；h4—面层1预处理时完全铣刨的面层1厚度；

(5)一级变形

用红外断面仪测得基层2“倒梯形”截面面积为s51，量得基层2“倒梯形”车辙长度为l5，所使用的碎石和沥青的总体积为v51＝s51×l5，最后统一加铺沥青混合料1-2面层1，沥青混合料1-2面层1的总体积为v52＝s52×h5，其中，s52—面层1预处理时完全铣刨的面层1面积；h5—面层1预处理时完全铣刨的面层1厚度；

步骤四、针对不同变形等级进行修复施工,修复施工方法如下：

(1)五级破坏

1)将上面层1“倒梯形”车辙处的杂物清理干净，使用同步碎石封层2-2车在“倒梯形”车辙处洒布一层沥青，作为沥青粘结层1-1；

2)在“倒梯形”车辙处人工填筑沥青混凝土修复料；

3)使用钢轮压路机压实；

(2)四级破坏

1)将中面层1“倒梯形”车辙处的杂物清理干净，使用同步碎石封层2-2车在“倒梯形”车辙处洒布一层沥青，作为沥青粘结层1-1；

2)在中面层1“倒梯形”车辙处人工填筑沥青混凝土修复料；

3)使用钢轮压路机压实；

4)利用沥青摊铺机在中面层1上摊铺沥青混凝土上面层1；

5)使用钢轮压路机压实；

(3)三级破坏

1)将基层2“倒梯形”车辙处的杂物清理干净，使用同步碎石封层2-2车在“倒梯形”车辙处洒布一层沥青，作为沥青防水层2-1；

2)在基层2“倒梯形”车辙内铺设一层土工格栅，土工格栅的网格设计孔径根据公式

式中：d—土工格栅网格设计孔径；d—采用的嵌缝料最大粒径；p—集料的通过率，取值范围为90-95，单位为％；n—试验指数，取值范围为0.3-0.7；

计算，利用同步碎石封层2-2车在基层2“倒梯形”车辙处撒布粒径大小为“倒梯形”车辙深度2/3的大粒径碎石；

3)利用同步碎石封层2-2车在基层2“倒梯形”车辙处同步撒布一层沥青和一层中粒径嵌缝料；

4)使用钢轮压路机压实；

5)利用同步碎石封层2-2车在基层2“倒梯形”车辙处同步撒布一层沥青作为沥青粘结层1-1；

6)利用沥青摊铺机在修复好的基层2上加铺沥青混凝土面层1；

7)使用钢轮压路机压实；

(4)二级破坏

1)将基层2“倒梯形”车辙处的杂物清理干净，使用同步碎石封层2-2车在“倒梯形”车辙处洒布一层沥青，作为沥青防水层2-1；

2)在基层2“倒梯形”车辙内铺设一层土工格栅，土工格栅的网格设计孔径根据公式

式中：d—土工格栅网格设计孔径；d—采用的嵌缝料最大粒径；p—集料的通过率，取值范围为90-95，单位为％；n—试验指数，取值范围为0.3-0.7；

计算，利用同步碎石封层2-2车在基层2“倒梯形”车辙处撒布粒径大小为“倒梯形”车辙深度2/3的大粒径碎石；

3)利用同步碎石封层2-2车在基层2“倒梯形”车辙处同步撒布一层沥青和一层中粒径嵌缝料；

4)利用同步碎石封层2-2车在基层2“倒梯形”车辙处同步撒布一层沥青和一层细粒径嵌缝料；

5)使用钢轮压路机压实；

6)利用同步碎石封层2-2车在基层2“倒梯形”车辙处同步撒布一层沥青作为沥青粘结层1-1；

7)利用沥青摊铺机在修复好的基层2上加铺沥青混凝土面层1；

8)使用钢轮压路机压实；

(5)一级破坏

1)将基层2“倒梯形”车辙处的杂物清理干净，使用同步碎石封层2-2车在“倒梯形”车辙处洒布一层沥青，作为沥青防水层2-1；

2)在基层2“倒梯形”车辙内铺设一层土工格栅，土工格栅的网格设计孔径根据公式

式中：d—土工格栅网格设计孔径；d—采用的嵌缝料最大粒径；p—集料的通过率，取值范围为90-95，单位为％；n—试验指数，取值范围为0.3-0.7；

计算，利用同步碎石封层2-2车在基层2“倒梯形”车辙处撒布粒径大小为“倒梯形”车辙深度2/3的大粒径碎石；

3)利用同步碎石封层2-2车在基层2“倒梯形”车辙处同步撒布一层沥青和一层中粒径嵌缝料；

4)利用同步碎石封层2-2车在基层2“倒梯形”车辙处同步撒布一层沥青和一层较细粒径嵌缝料；

5)利用同步碎石封层2-2车在基层2“倒梯形”车辙处同步撒布一层沥青和一层细粒径嵌缝料；

6)使用钢轮压路机压实；

7)利用同步碎石封层2-2车在基层2“倒梯形”车辙处同步撒布一层沥青作为沥青粘结层1-1；

8)利用沥青摊铺机在修复好的基层2上加铺沥青混凝土面层1；

9)使用钢轮压路机压实。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。