一种既有沥青路面损伤检测方法与流程

本发明实施例涉及路面结构损失检测技术领域，尤其涉及一种既有沥青路面损伤检测方法。

背景技术：

截至2017年年底，全国公路通车总里程达到477.35万公里，每年养护里程为467.46万公里，路面养护率连续几年都在97％以上，国、省干道大中修率在15％以上。据有关部门统计，每年我国公路养护投资达到3300多亿元。公路工程维修养护已经成为我国公路建设的重要任务。

半刚性基层沥青路面是我国公路路面的主要结构形式，其在高速公路路面中占97.3％，在国道、省道路面中占90％以上。沥青路面的设计寿命一般为10-15年，沥青路面经过多年的环境变化和交通荷载作用后，是否能够继续使用和继续使用的剩余价值有多大，成为交通基础设施行业关注的焦点。其中，涉及到的关键技术问题之一即是如何对既有沥青路面的结构损伤进行科学的检测和分类评价。为此，既有沥青路面结构损伤检测技术具有重大的经济、社会和环境意义。

随着贝克曼梁、自动弯沉仪、fwd落锤弯沉仪等检测设备的出现，路面结构承载能力和结构层损坏状况的无损检测技术迅速得到发展和推广。贝克曼梁和自动弯沉仪可以得到路表最大弯沉值，但单点最大弯沉仅仅代表了路面的整体强度，无法对旧路面某一结构层强度进行评价，所以根据路面最大弯沉来评定路面结构性能是不充分的。

fwd落锤式弯沉仪具有准确、快速、方便、信息量大和可模拟实际行车荷载作用等优点，当路面结构层内存在不同程度的损坏时，fwd弯沉盆将呈现不连续特征，明显不同于完好路面结构的路表弯沉分布规律。根据破损状态下fwd弯沉盆不连续特征，可以识别路面结构损伤的破坏层位和缺陷程度，为路面维修提供依据。

从我国当前道路使用现状来看，我国85万公里沥青路面绝大部分是半刚性基层沥青路面，沥青路面基本结构层次和材料的种类基本相同，道路破损的类型和发生也存在相似之处。

虽然欧美等国在利用既有路面进行长寿面技术方面已取得了实用性成果，但是美国的旧路评价指南没有针对半刚性基层路面的评价方法，可借鉴的内容较少；欧洲半刚性沥青路面建设工艺、路用材料、结构组成等与我国还存在一定差异，也不适合照搬使用。

因此，亟需一种针对国内半刚性基层沥青路面结构及材料特点的路面结构损伤检测方法。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明实施例提供一种既有沥青路面损伤检测方法。

第一方面，本发明实施例提供一种既有沥青路面损伤检测方法，包括：

s1，利用fwd对既有沥青路面上的测试点进行若干次弯沉值检测，并对所述测试点每一次检测的弯沉值进行预处理；

s2，获取每一次弯沉值检测时对应的路面结构损伤指数，并利用内插法获取目标荷载下的标准路面结构损伤指数，对于任一次弯沉值检测，所述任一次弯沉值检测对应的路面结构损伤指数根据荷载中心点的弯沉值与距离所述荷载中心点预设距离处的弯沉值获得，所述目标荷载为50kn；

s3，根据所述测试点的裂缝程度、所述测试点的标准路面结构损伤指数和所述测试点的路面结构模量，对所述既有沥青路面结构状况分类评价。

本发明实施例提供的一种既有沥青路面损伤检测方法，能够解决因现有检测技术中没有针对国内半刚性基层沥青路面结构损伤的无损检测方法，造成道路大修设计和施工中无法科学地评价和判断半刚性基层沥青路面结构损伤程度，进而无法采取有效维修养护措施开展病害处治的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种既有沥青路面损伤检测方法的流程图；

图2为本发明实施例中fwd采集的弯沉值的示意图；

图3为本发明实施例路面结构变形随路面模量的变化诺莫图；

图4为本发明实施例路面结构模量与pdi指数拟合关系的示意图；

图5为本发明实施例路面结构模量ep和pdi指数对路面结构损伤定量化分类图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例一种既有沥青路面损伤检测方法的流程图，如图1所示，该方法包括：

s1，利用fwd对既有沥青路面上的测试点进行若干次弯沉值检测，并对所述测试点每一次检测的弯沉值进行预处理；

s2，获取每一次弯沉值检测时对应的路面结构损伤指数，并利用内插法获取目标荷载下的标准路面结构损伤指数，对于任一次弯沉值检测，所述任一次弯沉值检测对应的路面结构损伤指数根据荷载中心点的弯沉值与距离所述荷载中心点预设距离处的弯沉值获得，所述目标荷载为50kn；

s3，根据所述测试点的裂缝程度、所述测试点的标准路面结构损伤指数和所述测试点的路面结构模量，对所述既有沥青路面结构状况分类评价。

首先在既有沥青路面上选取测试点，该测试点应当尽量选择平整和稳定的位置，本发明实施例中的目标荷载采用50kn。

既有沥青路面结构损伤诊断应真实地反映路面结构的工作状态，从不同的路面结构状态中分析其结构损伤特征。

需要说明的是，fwd(fallingweightdeflectometer，简称fwd)作为目前国际上最先进的路面强度无损检测设备之一，落锤式弯沉仪测定路面的动态弯沉，并反算路面的回弹模量，已成为世界各国道路界的热门课题。

图2为本发明实施例中fwd采集的弯沉值的示意图，如图2所示，本发明实施例中，以fwd中具有9个传感器为例进行说明，利用fwd弯沉仪进行至少4次的弯沉值检测，每次检测都可以得到荷载中心点处的弯沉值、以及弯沉仪上若干个传感器检测点处的弯沉值。表1为本发明实施例中弯沉传感器布置位置表示意图，d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8和d9表示弯沉传感器的编号，第四行的数字表示传感器与荷载中心的距离。

表1

利用fwd对既有沥青路面上的测试点进行若干次弯沉值检测，具体包括：

将fwd的承载板中心对准所述测试点，所述承载板自由落下，放下fwd中弯沉装置上的若干个传感器；

提升fwd的落锤至预设高度，并启动落锤装置，所述落锤自由落下，冲击力作用在所述承载板上，立即提升所述落锤至所述预设高度；

每一传感器检测对应位置的结构层表面变形的位移峰值，即为测试点的弯沉值。承载板中心位置对准测点，承载板自动落下，放下弯沉装置的各个传感器。提升落锤至合适高度并启动落锤装置，落锤瞬即自由落下，冲击力作用在承载板上，又立即自动提升至原来固定位置。同时，各个传感器检测结构层表面变形，记录系统将位移信号输入计算机，并得到峰值，即路面弯沉，同时得到弯沉盆。提起传感器及承载板，牵引车向前移动至下一个测点继续测量。

还需要说明的是，fwd落锤式弯沉仪可设定测试点的落锤次数，单由于沥青路面的面层材料是粘弹塑性的沥青混合料，fwd落锤式弯沉仪的多次锤击作用会使沥青面层的弹性变形得不到恢复，这将影响实测的弯沉盆数据之间出现一定的变异性，因此，规定每个测试点的落锤数不应大于4次。

然后根据每次检测获得的弯沉值，来得到路面结构损伤指数，对于每一次检测获得的弯沉值，因为在实际测量中，实际荷载不可能一定为50kn，实际荷载会在50kn附近上下波动，为了得到目标荷载50kn的标准路面结构损伤指数，利用内插法对每次的路面结构损伤指数进行处理，得到标准路面结构损伤指数。

fwd落锤式弯沉仪的自动化程度较高，设备会根据每次冲击荷载距离目标荷载的大小，自动调节落锤高度。

本发明实施例利用不同弯沉传感器获得的弯沉差数据来直接反映路面结构损伤状态，50kn作用下的路面结构的弯沉盆数据是保证不同检测设备之间数据重复性和再现性的基础，但fwd实测荷载可能不完全达到50kn，如果后3次测试荷载在50kn上下，这可以通过数据内插得到可靠度较高的弯沉盆数据；如果3次测试荷载都大于50kn或都小于50kn,则只能通过数据外延才能得到50kn下的弯沉盆数据，弯沉盆数据的可靠性无法得到保证。

需要说明的是，我国公路沥青路面设计标准轴载为bzz-100，分布的单个轮载为50kn。目标荷载采用50kn，可良好地模拟标准轴载作用下真实路面结构的变形反映。

对于任一一次测量，路面结构损伤指数为荷载中心点处的弯沉值减去距离该荷载中心点处预设距离处的弯沉值，本发明实施例中，预设距离为60cm。

然后根据测试点的裂缝程度、测试点的标准路面结构损伤指数和路面结构模量，对既有沥青路面结构状况进行分类评价。

在上述实施例的基础上，优选地，步骤s2中，所述任一次弯沉值检测对应的路面结构损伤指数根据荷载中心点的弯沉值与距离所述荷载中心点预设距离处的弯沉值获得，具体包括：

pdi＝d1-d4，

其中，d1表示所述荷载中心点的弯沉值，d4表示距离所述荷载中心点预设距离处的弯沉值，所述预设距离为60cm。

由圆形均布荷载下双层弹性连续体系的弯沉表达式，可以得到路面结构自身变形的表达式。由于解析式过于复杂，无法表明各物理量的影响大小和规律。图3为本发明实施例路面结构变形随路面模量的变化诺莫图，其中，e2为路基模量。如图3所示，根据其表达式的数值解得到的路面结构的弯沉诺莫图，以便直观地反映各个结构层参数的影响规律。

路面结构的变形与路面材料的弹性模量e和厚度h密切相关，而下层模量对其影响很小。当路面结构厚度相同，路面结构模量由500mpa到5000mpa增大10倍，路面结构的自身变形相应减小了10～11倍。因此，针对既有沥青路面，路面结构中自身变形受其他结构层材料变化的影响很小，主要取决于自身的模量和厚度，可以用自身变形反映该结构层强度大小。

路面结构层模量可以通过sidmod、modulus、modcomp、wesdef等软件反算获得，也可由excel表迭代计算由沥青路面结构模量ep的反算公式得到。

图4为本发明实施例路面结构模量与pdi指数拟合关系的示意图，如图4所示，通过高速公路和普通公路实测弯沉盆数据，分析路面结构模量ep与路面结构损伤指数pdi之间的关系。可以看出，pdi指数和路面结构模量之间的关系非常强。通过函数拟合pdi和ep的关系，所得r2值达到0.972。

对比路面双层弹性体系下路面结构自身变形随路面模量变化的规律，实际路面结构损伤反应完全符合理论分析结果。表明路面结构损伤指数pdi可以良好地表征路面结构自身变形，同时，路面结构模量ep对路面结构组合、各层材料模量比和结构层间粘结的影响敏感度较小，迭代计算所得误差可控，二者可以较好地表现路面结构的损伤状态，可以作为路面结构损伤诊断的评价指标。

表2为本发明实施例中既有沥青路面结构状况分类评价标准，如表2所示，基于裂缝程度、路面结构模量ep、路面结构损伤指数pdi构建多指标的既有沥青路面结构状况分类评价标准：a类路面为无损伤或轻微损伤路面，b类路面为面层损伤既有路面，c类路面为基层损伤既有路面，d类路面为疲劳开裂既有路面。

综合路面结构损伤指数pdi、路面结构模量ep和实际道路病害：

当路表完好时，路面弯沉检测值波动较小，且pdi小于50μm，路面结构模量大于5000mpa；

而面层出现轻微裂缝，路表弯沉测量在裂缝处出现增大，但裂缝两侧弯沉差很小，pdi检测值增大，路面结构模量降低；

当裂缝两侧出现明显弯沉差，路面结构模量通常降低到2000mpa以下，pdi检测值大于100μm；

如果路面存在明显网状裂缝，弯沉检测值往往大于设计值，pdi检测值大于200μm，路面结构模量小于1000mpa。

图5为本发明实施例路面结构模量ep和pdi指数对路面结构损伤定量化分类图，如图5所示，采用路面结构损伤指数pdi和路面结构模量ep定量划分四类路面结构状况。

表2

以下为裂缝程度分类：

1类裂缝：间距较宽的裂缝(裂缝宽度大于10m)、一般缝宽≤0.5mm、和无磨损且裂缝附近没有出现或仅有轻微弯沉差。

2类裂缝：一定间距的裂缝(裂缝宽度位于5到10m之间)、一般缝宽≤1.0mm，具有一定程度磨损，裂缝附近出现一定弯沉差。

3类裂缝：间距不等的裂缝，一般缝宽大于1.0mm，具有一定程度磨损，裂缝附近出现明显弯沉差。

本发明提供了一种既有沥青路面结构损伤诊断的无损检测方法，能够解决因现有技术中没有针对国内半刚性基层沥青路面上有效的结构损伤无损检测方法，造成道路维修养护设计无法科学地评价和判断半刚性基层沥青路面结构损伤程度，进而无法采取工程措施合理地进行处治的问题。

在上述实施例的基础上，优选地，步骤s1中对所述测试点每一次检测的弯沉值进行预处理，具体包括：

对于任一次弯沉值检测，所述任一次弯沉值检测与前一次弯沉值检测之间弯沉值的变化小于3％，所述任一次弯沉值检测与前一次弯沉值检测之间最大载荷的弯沉值变化小于10％，否则，删除所述任一次弯沉值检测得到的弯沉值数据；

重复上述步骤，直到对所有的弯沉值检测结果都进行上述判断。

具体地，在利用测量到的数据进行计算之前，需要对测量到的弯沉值进行数据处理，以去除不合格的数据，提高弯沉值测量的准确性。具体的数据处理方法如下：

比较同一测点不同落锤的弯沉值，如果弯沉值的变化大于3％，最大荷载的变化大于10％，应做好记录，并考虑重新测量。每个测点的落锤数不应大于4次，通常第一锤主要用于承载板的安放目的。后3次测试荷载应在50kn上下，以便对弯沉盆数据进行归一化。

fwd测试软件通常提供数据检查程序，在测试路段对每一个测试点进行测试时，一旦发生了此类错误，都要放弃数据，找出错误原因，重新测试。

主要异常状况有以下几点：

①滑动：当单个弯沉传感器在落锤落下后60ms内不能归零。

②不递减：d1到d9九个弯沉传感器的弯沉值不递减。

③超限：弯沉超出范围。

④荷载变异：当落锤荷载值大于或小于平均荷载的3％时。

⑤弯沉变异：当落锤弯沉值大于或小于平均弯沉的1％+2μm时。

除此之外，沥青混合料属于温度敏感性材料，夏季高温时沥青混合料的模量、强度下降，所测得的结构弯沉将较大；反之，冬季低温时测得的结构弯沉将较小。因此，在采用fwd弯沉盆数据对路面结构层状况进行评价时，应对实测弯沉值进行温度修正。路表弯沉修正系数k按《公路沥青路面设计规范》(jtgd50)计算。

在上述实施例的基础上，优选地，步骤s3中，所述路面结构模量通过反算获得，具体反算公式如下：

其中，mr表示路基回弹模量，q表示承载板压力,d0表示在承载板中心测量的弯沉，d表示路基上方的路面层的总厚度，a表示承载板半径，ep表示路基以上所有路面层的有效模量。

具体地，在利用fwd进行测量之前，还需要进行检测准备工作，检查fwd设备是否符合技术要求，对fwd进行异常检测，主要包括：

①脉冲力近似于半正弦或半正弦波。

②加载装置可达到70kn的峰值力。

③脉冲力持续时间应为在20至60毫秒的范围内，上升时间范围为10至30毫秒。

④fwd荷载测试结果与标准荷载传感器测试结果进行比较，偏差不大于2％，即荷载传感器修正系数在0.98-1.02之间，分辨率0.1kn。

⑤荷载重复性:对水泥混凝土板同一测试点同一高度6次进行重复测试，fwd荷载传感器测值的标准差不大于均值的2％+0.2kn。

⑥弯沉准确性：fwd弯沉测试结果与标准弯沉传感器测试结果进行比较，偏差不大于2％，即弯沉传感器修正系数在0.98-1.02之间，分辨率1μm。

⑦温度为(10-40)℃，相对湿度：小于80％。

本发明提供了一种既有沥青路面损伤无损检测方法，选取同种结构路面行车道的轮迹带上较为平整和稳定的位置作为测试点，这些测试点更具有代表性，检测所得数据可靠度更高，有利于既有沥青路面损伤评价和不同检测设备之间的数据比对。

本发明实施例中传感器总数为9个，推荐的弯沉传感器位置为0、20、30、60、90、120、150、180、210。该弯沉传感器布局，将完整地反映半刚性基层沥青路面的弯沉盆特征，从而更有利于判定路面结构损伤的主要结构层位和和缺陷程度。

本发明实施例确定的目标荷载为50kn，符合我国公路沥青路面设计标准轴载，有利于获得标准轴载作用下真实路面结构的变形特征。

本发明实施例提出一个新的评价指标pdi，路面结构损伤指数pdi是荷载中心点的弯沉值与距离中心点60cm位置的弯沉值之差，本发明通过路面结构损伤指数pdi更加直观形象地判断既有沥青路面结构状况，并可替代计算路面结构模量ep的复杂迭代计算。

本发明基于裂缝程度、路面结构模量ep、路面结构损伤指数pdi构建多指标的既有沥青路面结构状况分类评价标准，可有效判定出国内半刚性基层沥青路面结构损伤。这些定量化的路面结构损伤评价指标不受道路等级、交通荷载水平和等效路面厚度制约，具有数据处理简便、适用范围大、应用前景广的突出优点。

本发明基于裂缝程度、路面结构模量ep、路面结构损伤指数pdi构建多指标的既有沥青路面结构状况分类评价标准，可有效判定出国内半刚性基层沥青路面结构损伤。这些定量化的路面结构损伤评价指标不受道路等级、交通荷载水平和等效路面厚度制约，具有数据处理简便、适用范围大、应用前景广的突出优点。

综上所述，本发明提供现场检测数据和理论研究表明：本发明在测试点的位置选择，目标荷载的确定，试验过程的控制，数据处理和分析等方面的规定科学合理，提出的路面结构损伤指数pdi能够合理评价沥青路面结构状况，用路面结构损伤指数pdi、路面结构模量ep、裂缝程度，制定既有沥青路面结构状况分类评价标准有极其重大的工程实践意义，为国内半刚性基层沥青路面结构损伤诊断，和既有沥青路面维修养护方案的设计和优化提出了科学的试验方法。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。