西藏公路路面检测与评价技术研究
1、概述
西藏自治区位于中国西南，地域辽阔，资源丰富。由于历史和地理条件的限制，该区内区域间联系不紧密，交通运输资源不能适应客运、货运、部队调集等多方面的需求，严重制约西藏经济的快速发展。因此，形成设施完备、快速高效、高质耐久、配合协凋的西藏地区综合交通网络成为一项加强西藏与祖国腹地联系、保障区内沟通、促进经济发展和社会稳定、完备国防体系的战略步骤。
从已经建成通车的公路路面使用技术状况跟踪调查结果看，在大交通量、货运车辆比例高、渠化交通的使用条件下，普遍存在有行车道路面平整度衰减较快，路面早期破损现象明显，有的通车一、两年后，就出现了车辙、水损坏、裂缝、网裂、唧浆、桥面破损等水损坏病害，每条公路上都有不同程度的发生，这不仅大大降低了安全、快速、舒适行车的使用功能，还增加了公路养护成本。因此，如何针对这些病害，开展对病害破损原因的调查、研究，加强病害早期诊治检测手段，提出切实可行的预防性养护方案，进而提高道路修建质量，延长道路使用寿命，真正做到“预防为主、防治结合”，就显得尤为重要。
2、沥青混合料性能分析
沥青混合料动态性能表征参数主要有：回弹模量、复合模量、劲度以及抗压强度等。回弹模量是用于弹性理论的弹性模量，实际上，沥青混合料并不是完全弹性材料，在荷载作用下，会出现永久变形。但当荷载远小于材料的强度，且荷载重复作用很多次后（常用的最低荷载重复作用次数为50～200次，依加载频率和温度而变），每次荷载作用下材料的变形几乎可以完全恢复，这时可认为材料是弹性的。
当用弹性理论分析路面性能时，确定重复荷载作用下回弹模量的加载波形，建议采用历时0．1s和间歇时间为0．9s的半正弦荷载。沥青混合料回弹模量可用无侧限抗压试验或间接拉伸试验确定。重复荷载作用下应力与可恢复弹性应变之比为回弹模量M ：
目前，测量沥青混合料动态模量应用较为普遍的测试方法有无侧限抗压模量测试方法及间接抗拉模量测试方法。前者测定沥青混合料的抗压动态模量，后者为劈裂动态模量。考虑到间接拉伸试验中试件受力情况比较复杂，且用于模量计算的时间水平变形量测极为困难，用垂直变形推测水平变形有一定误差，而我国设计方法中材料模量都是采用无侧限抗压模量，因而采用无侧限抗压试验方法测定沥青混合料的动态模量。
王旭东在《沥青路面材料动力特性与动态参数》一书中对此做过大量试验，影响沥青混合料动态模量的因素众多，主要有加载时间、应力大小、加载方式和间歇时间。国内外文献在考虑了高等级道路上设计车速及设计车头间距后，建议测试时取加载时间为0．1 s，间歇时间为0．9s。对于频率的影响，可以取与实际交通车速最为接近的频率，如高等级公路上以10Hz为宜。我国标准轴载情况下，应力为0．7MPa，故沥青混合料的动态模量应取0．7MPa应力下动态模量值。考虑到我国已对全国范围做了较为详尽的自然区划分，并在沥青路面设计方法中有所规定，故建议取l5℃时的动态模量测定值。
3、路面检测原理
3．1FWD测试原理
落锤式弯沉仪通过计算机控制液压系统提升并下落一重锤对路面施加脉冲荷载，产生的荷载脉冲可模拟行驶中的车轮荷载的影响。荷载的大小通过改变重锤的提升高度可在相当大的范嗣内调整，施加的荷载由一个重载的荷载传感器测量出，并通过一个直径为300ram的承载板传递到路面，导致路面产生变形，这些变形由多个传感器进行测定，经计算机系统采集，换算获得各测点的弯沉值，同时提供“弯沉盆图”，这使得评价多层路面结构成为可能。
落锤式弯沉仪具有测速快（每测点约40s），精度高（分辨率为1 m），并较好地模拟了行车荷载的动力作用，特别是FWD能够准确测定多点弯沉，可以量测到各级荷载作下的路表面动态弯沉曲线，能够准确地反映弯沉盆的形状。落锤式弯沉仪目前被认为是较为理想的路面无损检测设备，FWD不仅克服了梁式弯沉仪固有缺陷，而且仪器本身重量轻，解决了稳态动力弯沉仪的静力预载问题。FWD在公路检测中的优越性，主要表现在两个方面：一是根据弯沉盆反算路面结构各层的模量，研究路面材料在使用过程中的性能变化，提供技术参数；二是以FWD的弯沉盆作为指标，评价路面整体强度，为养护管理提供依据。
3．2探地雷达测试原理
介电差异是探地雷达检测路面的先决条件，电磁波在传播过程中遇到介电常数有差异的媒质时就会在界面上发生反射，反射信号的强弱取决于上下层之间的介电常数差异。道路一般可分为三层结构，视材质和公路等级，各层厚度会有所变化，一般面层厚度为8—30era，基层厚度为20～40em，土基厚度变化范同较大。我国现阶段高等级公路面层一般采用两种材料：改性沥青和水泥混凝土。基层与路基一般为：水泥土、水泥稳定粒料、石灰土、石灰稳定粒料、石灰粉煤土基层等。空气的相对介电常数为1，面层为混凝土时其相对介电常数大约为6～9，为沥青时其相对介电常数大约为3～5，基层与路基由于湿度较大，其相对介电常数大都大于8。由此可见，道路各层之间都存在较显著的介电常数的差异，这为雷达检测道路结构提供了可靠的地球物理依据。
雷达波从入射到完成循环的旅行时间完全由仪器的时窗信号记录得到，波所行走的距离完全与波的旅行时间对应，时间和距离确定后，电磁波所行进的速度也随之可以得出。由于路基路面的物理力学指标以及它们的几何尺寸都与电磁波的旅行时间、行程以及行速有密切关系，因而，测知了电磁波的旅行时间、行程与行速后就能很快地算出路基路面各项指标的具体参数，以及各种异常体的位置，例如材料的厚度、密实松软状况和异常物位置等。
4、路面结构性能评价
目前，我国的路面使用性能评价通常的做法是将评价分为单项指标评价和综合指标评价两个方面，其中单项评价指标是依据路面使用的性能划分为四大类指标：功能性能指标、结构性能指标、结构承载能力指标和安全_陛能指标。功能性能体现了路面为道路使用者提供方便和舒适行使性程度的能力；结构性能体现了路面的物理状况；结构承载能力体现了路面结构剩余寿命；安全性能体现了车辆在道路上行驶时的安全状况。综合评价指标是对上述各个单项指标的加权算术平均值。现行沥青路面使用性能的评价体系结构见图1。
5、结语
公路交通是国民经济、社会发展和人民生活必不可少的公共基础设施，是衡量一个国家国民经济实力和现代化水平的重要标志。在目前我国正处在经济高速发展时期的背景下，路面的检测与评价已成为一项必不可少的研究内容。本文针对此，得到以下结论：
（1）针对沥青混合料性能，分析了测定性能的某些影响因素，并给出了建议值；
（2）介绍了落锤式弯沉仪和探地雷达的工作原理；
（3）针对路面使用性能，总结了评价结构图。
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