激光構造深度法評價瀝青路面離析的應用研究

胡寶生，李旭萌

（甘肅省金昌公路事業發展中心，甘肅 金昌 737100）

0 引言

道路是交通運輸的重要組成部分，而瀝青路面作為道路的主要組成部分之一，其質量的好壞直接影響著道路的使用效果和安全性。然而瀝青混合料在拌和、運輸、攤鋪、碾壓各個環節中的操作不當都會造成路面的離析，離析又會造成路面強度的下降和大量空隙、孔隙的產生，在公路建成通車后的運營過程中大量的自然降水滲透進路面中，造成作為膠結材料的瀝青加速老化，更有甚者使基層被下滲的水長時間浸泡而喪失原有的承載力，在車輛荷載作用下發生裂縫和破損，這些病害從小面積的發生到大面積的聯結成片有時候只需要一個降水季節就能完成，最終造成淤泥、塌陷等病害的發生，致使公路養護工作任務加重和養護成本增加。

近些年行業對于瀝青路面離析的研究，多局限于分析離析產生的原因以及預防措施，并且大部分依據是通過施工總結來的經驗，但是，對于瀝青路面離析的檢測、判定以及離析程度的確定，并沒有統一的標準，因此，用科學、合理的方法對瀝青路面表面層的離析狀況進行系統的數據分析與評價顯得尤為重要。

目前，各國用于評價瀝青混合料路面離析的無損檢測方法有目測法、手工鋪砂構造深度法、自動鋪砂構造深度法等。但這些檢測方法受限于自動化程度低、檢測速度慢、檢測耗時長等缺點，在工程檢測中的實用性存在一定問題，因此，使用激光構造深度儀來快速高效地測定路面構造深度，來分析評價瀝青路面施工過程中的離析情況，可以有效指導施工、以點破面，從源頭上提高瀝青路面的抗水損害性能，可有效彌補傳統檢測方法速度慢、效率低的短板，以此來提高瀝青路面的總體質量，最終達到節約養護成本的目的。

1 離析的概念及危害

瀝青路面表面離析是指在路面部分區域內由于瀝青混合料的一些主要物理性質分布不均勻，如級配組成、瀝青含量、添加劑含量、路面空隙率等性質分布不均勻，導致瀝青路面的加速損害，離析按照產生原因不同通常分為級配離析、溫度離析、壓實離析。瀝青路面的離析，將加速瀝青路面的損壞。

瀝青混合料離析受混合料級配、拌合設備、運輸方式、施工工藝等因素的影響，瀝青路面出現離析的區域，主要表現為粗骨料或細骨料集中。若粗骨料集中，則路面表面構造深度比正常情況下的深度要深，該區域瀝青路面孔隙率也較大、瀝青含量較低，容易發生水損壞；反之，細骨料集中的地方，路面表面層構造深度比正常情況要小，該區域瀝青路面孔隙率較小、瀝青含量較高，就容易出現車轍、泛油等病害。如果瀝青路面發生嚴重離析而未采取控制措施，則瀝青混合料的級配、瀝青含量將嚴重偏離設計值，從而使路面質量失控。

瀝青路面離析對道路性能的影響，主要表現在以下幾個方面：

（1）降低路面平整度和耐久性。瀝青路面離析會導致路面表面不平整，增加車輛行駛時的阻力和噪聲，同時也會加速路面的磨損和老化，降低路面的耐久性。

（2）降低道路承載能力。離析會導致骨料與面層之間的黏結力降低，從而使道路承載能力下降。

（3）影響行車安全。瀝青路面離析會使路面表面變得粗糙不平，車輛行駛時易產生顛簸和跳動，嚴重影響行車舒適性和安全性，同時也增加了車輛行駛時的摩擦力和制動距離，從而增加交通事故的風險。

（4）加速路面老化。離析會加速瀝青混合料的老化，降低其使用壽命。

（5）損害環境。瀝青路面離析會導致路面表面產生大量的塵土和碎屑，對周圍環境造成污染，同時也會對空氣和水質造成一定的污染。

（6）增加維護成本。瀝青路面離析需要進行修補和維護，增加了道路維護的成本和難度。

2 離析分類

從宏觀角度，按照離析發生的主要原因分類，熱拌瀝青混合料離析有3種類型。

（1）級配離析。熱拌瀝青混合料在生產、運輸、攤鋪過程中由于工人操作不當或施工工藝管控不嚴，造成混合料粗細集料分布不均，從而產生離析。粗骨料集中的地方瀝青路面空隙率大、瀝青含量低，該區域瀝青路面就容易產生水損害，其耐久性相應降低，更容易出現疲勞裂縫、坑洞以及剝落等病害；與此相反，細集料較為集中的區域，路面空隙率小、而瀝青含量大，從而容易形成車轍、泛油等病害。

（2）溫度離析。熱拌瀝青混合料在運輸、攤鋪的過程中，由于保溫措施不當或施工環境影響，不同位置的混合料溫度出現較大溫差，進而產生溫度離析。容易出現溫度離析的混合料往往是與運料車表面相接觸的混合料以及攤鋪機兩翼的混合料。

6）無論春季嫁接還是夏季嫁接，嫁接時最后一道捆綁的扎帶要纏繞固定在接穗芽子的上部，也就是接穗頂部，這個小小的綁扎技巧，避免了因嫁接后解除塑料扎帶不及時帶來的扎帶勒入木質部的隱患。見圖1。

（3）集料-瀝青離析。此類離析大多發生在含油量較大的混合料中，類似于瀝青混合料的析漏，SMA混合料也常常產生這種離析。

3 離析檢測方法

目前，各國在評價瀝青路面表面離析時運用的無損檢測手段有很多，如目測法、手工鋪砂法、核子密度或無核密度法、鉆芯法、雷達測試法、紅外熱敏法、激光構造深度法等。目測法、手工鋪砂法和激光構造深度法多用于瀝青混凝土路面表面離析的檢測和識別[1]。相比較而言，激光構造深度法利用激光紋理儀，可對瀝青路面表面的紋理輪廓進行快速、連續測量，手工鋪沙法檢測雖然檢測結果準確，但是檢測效率低，且不能連續檢測瀝青路面構造深度。

3.1 路面激光構造深度儀工作原理

路面激光構造深度儀是利用激光測距的原理測量地面材料顆粒表面以及材料顆粒之間深度變化的情況。其輸出的測試結果是沿測線斷面一定間距長度內的平均深度數據。激光單元由1 個測試頭和A/D 轉換器組成，轉換器將來自測試頭的信號轉換成數值輸出信號[2-3]。激光構造深度儀有3 項優勢，具體表現為無損檢測：激光構造深度法無需鉆孔取樣，不會對路面造成損傷，具有無損檢測的優勢；高精度：激光構造深度法能夠實現高分辨率的數字圖像采集，具有較高的精度；高效率：激光構造深度法可以在較短時間內完成大量數據的采集和處理，具有較高的效率。

試驗儀器采用上海普勒斯道路交通技術有限公司研制的PRES激光紋理儀，該儀器安裝簡便、測量精度高，最大測試速度≤50 km/h，輸出的路面紋理度分辨率＜0.05 mm，采樣頻率為1~2 mm，采樣間隔≤10 mm，經內部計算后，每10 m 給出1 個平均值，不足之處是該儀器目前只有一個構造深度激光探頭，因此，對于如何檢測全路段路面構造深度要做合理的規劃。

4 離析分級

對于檢測結果達到什么程度判定為離析，國內外進行了大量的數據研究及探索，文獻中給出5 個級別：細離析、非離析、輕微離析、中度離析和重度離析[4]。獲得期望值以后，以表面構造深度測量值與期望值的比值作為分級的界限，再根據表1 中的分級標準進行分級。

表1 推薦的瀝青路面表面離析分級定量界限

5 工程實例

試驗路段為S301 線永昌肅南邊界至永昌新城子段K73+300~K73+500 段，長度200 m，路面寬度6.5 m，路基寬度7.5 m，土路肩寬度2×0.5 m，原路面為瀝青混凝土路面，上面層為3 cm瀝青混凝土表面處治，基層為15 cm 水泥穩定砂礫，墊層為15 cm 天然砂礫。設計方案為對K71+000～K75+777 段鋪筑4 cm細粒式改性瀝青混凝土罩面，以提高路面行車性能；原路肩為土路肩無承載能力，依據道路前后接頭段護肩形式統一為50 cm寬混凝土護肩。本次試驗擬采用激光構造深度法對新鋪筑瀝青混凝土進行離析評價。

5.1 試驗方案

選擇一段長200～300 m 有代表性的路段，利用皮尺對選定的路段進行縱向（行車方向）和橫行（垂直行車方向）網格劃分，然后沿著路面縱向以3～6 km/h 的速度前進，每通過10 m 便得到1個區域的測量結果平均值，連續測量便可得到整個路段的構造深度數據，試驗方案流程如圖1所示。

圖1 試驗方案流程圖

5.2 激光構造深度儀原始數據采集

為保證現場實測數據采集覆蓋率適當，并使后期檢測數據比對更準確、合理，對路面進行了劃線分區，以線路中線為基線，向兩側每隔1 m劃設一條縱向線，沿路面橫斷面每隔10 m 劃設一條橫向線，把檢測路段路面標記為1 m×10 m方格后，采用激光構造深度儀進行檢測，每過10 m便得到1個區域的測量結果平均值，連續測量便可得到整個路段的構造深度數據[5]。

5.3 2種方法測點值相關系數驗證

表2 試驗路段路面激光構造深度儀實測數據

表3 2種方法測點實測數據對比表

5.4 統計分析

根據表3中實測構造深度數據，以步長0.05 mm列出構造深度頻數，見表4，可以看出隨機點構造深度檢測值整體呈正態分布。

表4 隨機點區間構造深度分布表 單位：mm

根據直方圖計算構造深度期望值算式：

0.425×2/120+0.475×10/120+0.525×12/120+0.575×33/120+0.625×24/120+0.675×13/120+0.725×7/120+0.775×9/120+0.825×9/120+0.872*×1/120=0.624

算得構造深度期望值為0.624 mm，結合瀝青路面表面離析分級定量界限（見表1）計算路面表面離析分級定量界限見表5，外觀離析情況分布情況見表6。

表5 路面表面離析分級定量界限

表6 外觀離析情況分布表

為了進一步驗證激光構造深度儀實測數據的準確性和可靠性，組織現場檢測經驗豐富的專業技術人員進行目測，對比發現2 組數據相似度達90%以上，可見上述方案評價瀝青路表面離析具有可行性，具體數據見表7。

表7 激光構造深度儀與人工目測離析情況對比表

6 結語

瀝青混合料的均勻性是影響瀝青路面質量和壽命的一個重要問題，瀝青混合料的離析是造成路面不均勻性的一個重要原因，也是降低路面使用性能的頑癥，粗集料和細集料顆粒分布不均勻，使實際使用級配和設計級配不符，不能達到預期的路用性能。因此，使用構造深度儀來測定路面構造深度并對數據進行分析，來評價瀝青路面表面離析這一技術應用對瀝青路面施工以及后期路面使用狀況的評價，從而得出激光構造深度法評價瀝青里面離析可為粗集料和細集料顆粒分布不均勻、實際使用級配和設計級配不符提供有效的調整依據[5]。該方法在未來將會進一步得到改進和完善，以提高其評價精度和實用性，該方法可以在實際工程中得到更廣泛的應用，為道路建設和維護提供有力的支持。