激光构造深度法评价沥青路面离析的应用研究

胡宝生，李旭萌

（甘肃省金昌公路事业发展中心，甘肃 金昌 737100）

0 引言

道路是交通运输的重要组成部分，而沥青路面作为道路的主要组成部分之一，其质量的好坏直接影响着道路的使用效果和安全性。然而沥青混合料在拌和、运输、摊铺、碾压各个环节中的操作不当都会造成路面的离析，离析又会造成路面强度的下降和大量空隙、孔隙的产生，在公路建成通车后的运营过程中大量的自然降水渗透进路面中，造成作为胶结材料的沥青加速老化，更有甚者使基层被下渗的水长时间浸泡而丧失原有的承载力，在车辆荷载作用下发生裂缝和破损，这些病害从小面积的发生到大面积的联结成片有时候只需要一个降水季节就能完成，最终造成淤泥、塌陷等病害的发生，致使公路养护工作任务加重和养护成本增加。

近些年行业对于沥青路面离析的研究，多局限于分析离析产生的原因以及预防措施，并且大部分依据是通过施工总结来的经验，但是，对于沥青路面离析的检测、判定以及离析程度的确定，并没有统一的标准，因此，用科学、合理的方法对沥青路面表面层的离析状况进行系统的数据分析与评价显得尤为重要。

目前，各国用于评价沥青混合料路面离析的无损检测方法有目测法、手工铺砂构造深度法、自动铺砂构造深度法等。但这些检测方法受限于自动化程度低、检测速度慢、检测耗时长等缺点，在工程检测中的实用性存在一定问题，因此，使用激光构造深度仪来快速高效地测定路面构造深度，来分析评价沥青路面施工过程中的离析情况，可以有效指导施工、以点破面，从源头上提高沥青路面的抗水损害性能，可有效弥补传统检测方法速度慢、效率低的短板，以此来提高沥青路面的总体质量，最终达到节约养护成本的目的。

1 离析的概念及危害

沥青路面表面离析是指在路面部分区域内由于沥青混合料的一些主要物理性质分布不均匀，如级配组成、沥青含量、添加剂含量、路面空隙率等性质分布不均匀，导致沥青路面的加速损害，离析按照产生原因不同通常分为级配离析、温度离析、压实离析。沥青路面的离析，将加速沥青路面的损坏。

沥青混合料离析受混合料级配、拌合设备、运输方式、施工工艺等因素的影响，沥青路面出现离析的区域，主要表现为粗骨料或细骨料集中。若粗骨料集中，则路面表面构造深度比正常情况下的深度要深，该区域沥青路面孔隙率也较大、沥青含量较低，容易发生水损坏；反之，细骨料集中的地方，路面表面层构造深度比正常情况要小，该区域沥青路面孔隙率较小、沥青含量较高，就容易出现车辙、泛油等病害。如果沥青路面发生严重离析而未采取控制措施，则沥青混合料的级配、沥青含量将严重偏离设计值，从而使路面质量失控。

沥青路面离析对道路性能的影响，主要表现在以下几个方面：

（1）降低路面平整度和耐久性。沥青路面离析会导致路面表面不平整，增加车辆行驶时的阻力和噪声，同时也会加速路面的磨损和老化，降低路面的耐久性。

（2）降低道路承载能力。离析会导致骨料与面层之间的黏结力降低，从而使道路承载能力下降。

（3）影响行车安全。沥青路面离析会使路面表面变得粗糙不平，车辆行驶时易产生颠簸和跳动，严重影响行车舒适性和安全性，同时也增加了车辆行驶时的摩擦力和制动距离，从而增加交通事故的风险。

（4）加速路面老化。离析会加速沥青混合料的老化，降低其使用寿命。

（5）损害环境。沥青路面离析会导致路面表面产生大量的尘土和碎屑，对周围环境造成污染，同时也会对空气和水质造成一定的污染。

（6）增加维护成本。沥青路面离析需要进行修补和维护，增加了道路维护的成本和难度。

2 离析分类

从宏观角度，按照离析发生的主要原因分类，热拌沥青混合料离析有3种类型。

（1）级配离析。热拌沥青混合料在生产、运输、摊铺过程中由于工人操作不当或施工工艺管控不严，造成混合料粗细集料分布不均，从而产生离析。粗骨料集中的地方沥青路面空隙率大、沥青含量低，该区域沥青路面就容易产生水损害，其耐久性相应降低，更容易出现疲劳裂缝、坑洞以及剥落等病害；与此相反，细集料较为集中的区域，路面空隙率小、而沥青含量大，从而容易形成车辙、泛油等病害。

（2）温度离析。热拌沥青混合料在运输、摊铺的过程中，由于保温措施不当或施工环境影响，不同位置的混合料温度出现较大温差，进而产生温度离析。容易出现温度离析的混合料往往是与运料车表面相接触的混合料以及摊铺机两翼的混合料。

6）无论春季嫁接还是夏季嫁接，嫁接时最后一道捆绑的扎带要缠绕固定在接穗芽子的上部，也就是接穗顶部，这个小小的绑扎技巧，避免了因嫁接后解除塑料扎带不及时带来的扎带勒入木质部的隐患。见图1。

（3）集料-沥青离析。此类离析大多发生在含油量较大的混合料中，类似于沥青混合料的析漏，SMA混合料也常常产生这种离析。

3 离析检测方法

目前，各国在评价沥青路面表面离析时运用的无损检测手段有很多，如目测法、手工铺砂法、核子密度或无核密度法、钻芯法、雷达测试法、红外热敏法、激光构造深度法等。目测法、手工铺砂法和激光构造深度法多用于沥青混凝土路面表面离析的检测和识别[1]。相比较而言，激光构造深度法利用激光纹理仪，可对沥青路面表面的纹理轮廓进行快速、连续测量，手工铺沙法检测虽然检测结果准确，但是检测效率低，且不能连续检测沥青路面构造深度。

3.1 路面激光构造深度仪工作原理

路面激光构造深度仪是利用激光测距的原理测量地面材料颗粒表面以及材料颗粒之间深度变化的情况。其输出的测试结果是沿测线断面一定间距长度内的平均深度数据。激光单元由1 个测试头和A/D 转换器组成，转换器将来自测试头的信号转换成数值输出信号[2-3]。激光构造深度仪有3 项优势，具体表现为无损检测：激光构造深度法无需钻孔取样，不会对路面造成损伤，具有无损检测的优势；高精度：激光构造深度法能够实现高分辨率的数字图像采集，具有较高的精度；高效率：激光构造深度法可以在较短时间内完成大量数据的采集和处理，具有较高的效率。

试验仪器采用上海普勒斯道路交通技术有限公司研制的PRES激光纹理仪，该仪器安装简便、测量精度高，最大测试速度≤50 km/h，输出的路面纹理度分辨率＜0.05 mm，采样频率为1~2 mm，采样间隔≤10 mm，经内部计算后，每10 m 给出1 个平均值，不足之处是该仪器目前只有一个构造深度激光探头，因此，对于如何检测全路段路面构造深度要做合理的规划。

4 离析分级

对于检测结果达到什么程度判定为离析，国内外进行了大量的数据研究及探索，文献中给出5 个级别：细离析、非离析、轻微离析、中度离析和重度离析[4]。获得期望值以后，以表面构造深度测量值与期望值的比值作为分级的界限，再根据表1 中的分级标准进行分级。

表1 推荐的沥青路面表面离析分级定量界限

5 工程实例

试验路段为S301 线永昌肃南边界至永昌新城子段K73+300~K73+500 段，长度200 m，路面宽度6.5 m，路基宽度7.5 m，土路肩宽度2×0.5 m，原路面为沥青混凝土路面，上面层为3 cm沥青混凝土表面处治，基层为15 cm 水泥稳定砂砾，垫层为15 cm 天然砂砾。设计方案为对K71+000～K75+777 段铺筑4 cm细粒式改性沥青混凝土罩面，以提高路面行车性能；原路肩为土路肩无承载能力，依据道路前后接头段护肩形式统一为50 cm宽混凝土护肩。本次试验拟采用激光构造深度法对新铺筑沥青混凝土进行离析评价。

5.1 试验方案

选择一段长200～300 m 有代表性的路段，利用皮尺对选定的路段进行纵向（行车方向）和横行（垂直行车方向）网格划分，然后沿着路面纵向以3～6 km/h 的速度前进，每通过10 m 便得到1个区域的测量结果平均值，连续测量便可得到整个路段的构造深度数据，试验方案流程如图1所示。

图1 试验方案流程图

5.2 激光构造深度仪原始数据采集

为保证现场实测数据采集覆盖率适当，并使后期检测数据比对更准确、合理，对路面进行了划线分区，以线路中线为基线，向两侧每隔1 m划设一条纵向线，沿路面横断面每隔10 m 划设一条横向线，把检测路段路面标记为1 m×10 m方格后，采用激光构造深度仪进行检测，每过10 m便得到1个区域的测量结果平均值，连续测量便可得到整个路段的构造深度数据[5]。

5.3 2种方法测点值相关系数验证

表2 试验路段路面激光构造深度仪实测数据

表3 2种方法测点实测数据对比表

5.4 统计分析

根据表3中实测构造深度数据，以步长0.05 mm列出构造深度频数，见表4，可以看出随机点构造深度检测值整体呈正态分布。

表4 随机点区间构造深度分布表 单位：mm

根据直方图计算构造深度期望值算式：

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

算得构造深度期望值为0.624 mm，结合沥青路面表面离析分级定量界限（见表1）计算路面表面离析分级定量界限见表5，外观离析情况分布情况见表6。

表5 路面表面离析分级定量界限

表6 外观离析情况分布表

为了进一步验证激光构造深度仪实测数据的准确性和可靠性，组织现场检测经验丰富的专业技术人员进行目测，对比发现2 组数据相似度达90%以上，可见上述方案评价沥青路表面离析具有可行性，具体数据见表7。

表7 激光构造深度仪与人工目测离析情况对比表

6 结语

沥青混合料的均匀性是影响沥青路面质量和寿命的一个重要问题，沥青混合料的离析是造成路面不均匀性的一个重要原因，也是降低路面使用性能的顽症，粗集料和细集料颗粒分布不均匀，使实际使用级配和设计级配不符，不能达到预期的路用性能。因此，使用构造深度仪来测定路面构造深度并对数据进行分析，来评价沥青路面表面离析这一技术应用对沥青路面施工以及后期路面使用状况的评价，从而得出激光构造深度法评价沥青里面离析可为粗集料和细集料颗粒分布不均匀、实际使用级配和设计级配不符提供有效的调整依据[5]。该方法在未来将会进一步得到改进和完善，以提高其评价精度和实用性，该方法可以在实际工程中得到更广泛的应用，为道路建设和维护提供有力的支持。