G309滨州邹平段检测分析维修方案

1、G309滨州邹平段检测维修方案山东省交通科学研究院Shandong Provincial Traffic Research Institute二O一四年四月目录1概况21.1地形、地貌21.2区域地质特点21.3气候及水文21.4路面结构与维修历史32路况检测与评价42.1检测范围42.2无损检测42.2.1FWD检测结果及分析42.2.23D探地雷达检测结果及分析93路面损坏原因分析174路面结构处理方案20a)处理对策20b)维修方案201 概况国道309线东起山东省荣成市，西至甘肃省兰州市，是横贯东西的一条交通大动脉，是山东公路网的重要组成部分。G309荣兰线（滨州段）是荣兰线的重要组成

2、部分，位于邹平县内，起点为淄博周村收费站（已撤消），终点为邹平县栗庄，共经过7个行政村，全长7.47公里，为平原微丘区一级公路，整体式断面。由于与淄博段形成插花状况，被分隔为四段。目前区域内路网结构较完善稳定，本项目作为滨州市十二五干线公路“六纵七横、一环八连” 规划的组成部分，它的建设实施将进一步完善滨州市高等级公路网，满足滨州两大国家战略经济区（黄河三角洲高效生态经济区、山东半岛蓝色经济区）的高效发展的要求。随着地方及周边经济的不断发展，交通量逐年递增，路面逐渐出现了多种不同程度的功能性病害，主要表现为路面的横向、纵向裂缝，块状裂缝及龟裂。已影响到道路的通行质量和服务水平，需要进行维修养护

3、。1.1 地形、地貌沿线位于平原区，地势南高北低，平坦开阔。沿线耕地以棉花、玉米、小麦等为主。1.2 区域地质特点沿线地区大地构造位置位于泰山隆起的边缘，即鲁东北构造的济阳拗区带上，与鲁西隆起的泰山-沂山隆起毗连。基底构造为太古代沉积的变质岩系地层、缺失中生代地层、新生代地层直接覆盖与基底变质岩系上，形成新生代凹陷盆地，该地层属滨海相和冲洪积相沉积，沉积厚度3000m的第三系、第四系沉积。本段属地震动峰值加速度为0.05Gg，相当于6度地震烈度区。1.3 气候及水文项目所在地属东亚暖温带湿润大陆性季风气候，四季分明，降水集中，日照丰富，季风盛行。根据现有的气象资料，邹平年平均气温为12.212

4、.47，7月为全年气温最高月份，月平均气温26.3，最高气温39.4；1月是全年气温最低的月份，月平均气温-3.5，最低气温-16.5；最大冻土深为0.65米，无霜期168201天；年平均降水量为589.4593.6mm，年最大降水量956.8mm，其中降雨集中在79月份；年平均蒸发量1881.8mm，年平均湿度65%；年平均风速为2.73.1m/s，最大风速5.9 m/s。沿线所经地表水体主要为雨水的沟渠滞留水。地下水主要为松散孔隙含水层，地下水位埋深大于2米，含水层以地下水位以下的粉砂、细粉砂层为主。土质为粘性土。1.4 路面结构与维修历史该路段于2004年分段进行了拓宽改建，改建标准为平

5、原微丘一级路标准，改建后路基宽度25m，路面宽度24m。路面结构为4cm细粒式沥青混凝土+6cm中粒式沥青混凝土+2×17cm二灰碎石+18cm二灰土。改建后于2010年进行过3cmSMA罩面。下图1.4.1为路面结构示意图。3cm SMA4cm细粒式沥青混凝土6cm中粒式沥青混凝土2×17cm二灰碎石18cm二灰土图1.4.1 路面结构示意图2 路况检测与评价2.1 检测范围对路面进行调查和检测是分析路面使用性能、评价路面承载力、形成维修方案的依据。为了分析路面损坏的原因，山东省交通科研所对该路段路面状况及病害情况进行了检测分析，并采用路面无损检测技术、沿线踏勘等检测与评

6、价方法。使用的检测仪器主要为落锤式弯沉仪（FWD）和3D探地雷达。本次检测路段范围如下：G309滨州邹平段： K470+441K469+435、K468+854K467+315、K464+779K460+082。2.2 路面破坏现象自200年拓宽改建以来，本项目交通量增长快速，路面出现了不同程度的病害，于2010年进行了3cmSMA罩面。近几年在重载车辆荷载作用下，病害又逐渐反射并加大了破坏，主要病害为横向反射裂缝、唧浆沉陷、块裂、纵缝等。横向裂缝带有支缝块状裂缝纵向裂缝重载严重2.3 无损检测为检测路面的功能性和结构性使用性能，无损检测采用落锤式弯沉仪（FWD）来检测路面弯沉，3D探地雷达检

7、测设备主要检测路面厚度和路面结构破损。落锤式弯沉仪（FWD）通过采集弯沉数据检测路面的承载能力和分析路面内部各层的模量变化，从而确定路面内部软弱层次；3D探地雷达运用高频电磁波的反射探测目标体，通过天线向地面发射高频宽频带电磁波，用另一天线接收地下介质界面反射回的电磁波，对反射回的电磁波进行处理分析，获得路面内部情况；路面病害分布情况通过沿线踏勘的方法获取。2.3.1 FWD检测结果及分析2.3.1.1 检测仪器及指标说明本次检测采用丹麦Dynatest公司的落锤式弯沉仪FWD，其原理和技术指标说明如下。我国现行的路面弯沉检测方法是五十年代引进的贝克曼梁，其基本原理是杠杆原理：利用载重汽车对路

8、面加载，通过百分表观测路面回弹变形。工作原理简单，主要依赖人工操作完成。贝克曼梁方法存在的主要问题有：1）以人工操作为主，效率低，可靠性差；2）支点变形；3）没有反映运动车辆对路面的动力作用；4）仅观测路面单点（最大）弯沉。因此，贝克曼梁方法不适用于对路基路面进行大范围长期跟踪观测，而且根据单点弯沉进行道路结构承载能力评价存在明显的不合理性。FWD通过计算机控制下的液压系统提升并下落一重锤，对路基施加脉冲荷载。荷载的大小通过改变锤重和提升高度可在相当大的范围内调整，并通过刚性圆盘作用到路基上。路基的变形由59个传感器测定。FWD测速快（每测点约40秒），精度高（分辨率为0.1m），并较好地模拟

9、了行车荷载的动力作用，目前被认为是较为理想的道路无损检测设备。特别是FWD能够准确测定多点弯沉，从而为道路结构反分析提供了基础。图2-1 FWD系统构成图2-2 根据FWD多点弯沉检测结果反算道路结构各层模量本次检测采用丹麦Dynatest公司的FWD，传感器从加载中心向外的排列方式如下：传 感 器器W1W2W3W4W5W6W7W8W9 距离（mm） （mm）0203305457610914121915241829由于我国的设计标准采用贝克曼梁测定值，所以应将落锤式弯沉测定值转换为贝克曼梁测定值。根据类似工程的经验公式，落锤式弯沉仪所得数据与贝克曼梁所得数据之间的相关关系见下式：Y=0.846

10、2X-0.4795其中：落锤式弯沉测定值(0.01mm) 贝克曼梁转换值(0.01mm)相关系数平方：0.96 （1）土基模量通过路面取芯调查，沥青混凝土路面结构厚度不均匀，因此只能对路基模量进行反算。根据弹性层状理论体系，在离开荷载很远的地方设置传感器，测定该点的路表弯沉，它仅仅反映路基在荷载作用下的竖向变形而与路面结构的变形和承载板的直径无关，则由该点的弯沉值可反算路基模量。对Dynatest 8000型FWD第九个传感器距荷载中心1.829m，把第九个传感器所测的弯沉值(d8)作为路基的弯沉进行反算。（2）弯沉盆计算通过FWD反算各结构层的模量，存在很多误差或不确定因素。因为路面结构的厚

11、度是按设计厚度取值，而实际各结构层的厚度是变异比较大的。另外，该工程的路面结构是半刚性基层结构，半刚性材料层的模量平衡问题在迭代过程中很难解决。因此，反算的模量仅作为相对值供参考。为了更准确地评价路面的整体性能，在这里用弯沉盆面积指标来评价路面结构的整体承载力。弯沉盆指标是美国沥青路面协会（AASHTO）提出的一个评价路面结构承载力的指标。 弯沉盆的面积越大，说明路面结构的承载力越强。用弯沉盆指标对路面结构承载力评价根据表2-1中所列的规律分析。表2-1 弯沉及弯沉盆面积变化趋势反映的路面结构信息面积荷载中心弯沉D0结论低低低高路面结构层弱，土基强路面结构层弱，土基弱高高低高路面结构层强，土基

12、强路面结构层强，土基弱（3）原路面当量回弹模量的确定按公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006）中改建路面设计确定原路面当量回弹模量的计算方法，将试验段分段，各路段的当量回弹模量应根据各路段的计算弯沉值，分别计算各路段的当量回弹模量值。检测段落分段当量回弹模量值见表2-2。表2-2 划段当量回弹模量值路段划分（左幅）计算弯沉(0.01mm)原路面当量回弹模量（MPa）K470+400-K47011.81389.9K470-K469+45013.81188.5K468+854-K4688.02050.1K468-K467+33017.2953.5K464+770-46420.9784.7K

13、464-K46310.51562.0K463-K46210.41577.0K462-K460+17615.61051.3表2-2原路面当量回弹模量根据各分段实测弯沉统计计算得到，数据较均匀，变异性小，通过计算弯沉计算的原路面当量回弹模量较真实的反映原路面的实际情况。对于原路面回弹模量选择的原则，既不要花费太多的资金进行修补，又要满足实测情况，根据表2-2，确定原路面的当量回弹模量为1300MPa，对于路面破碎、龟裂、坑槽等破坏严重处进行挖补，采用AC-20沥青混合料回填，以满足原路面的当量回弹模量为1300MPa的设计要求。2.3.1.2 FWD检测数据汇总分析其中，检测路段路面弯沉进行了温度

14、修正，得到20条件下的弯沉值，土基模量以及弯沉盆面积的计算未进行温度修正。图2-3 检测路段弯沉变化趋势图图2-4 检测路段土基模量趋势图图2-5 检测路段荷载中心弯沉与弯沉盆面积趋势图我们通过附表1检测数据以及图2-3、2-4、2-5，可以得出以下结论：1、 检测路段弯沉值主要分布区间为5-13（0.01mm），该检测路段总体结构承载力较高，能够满足目前交通量的需求；但局部路段或测点位弯沉变形较大，基本位于块裂严重路段，说明其存在着严重的破坏，承载力明显不足；2、 通过对土基模量的分析计算，我们可以看出，土基模量值基本上在60MPa以上，而我们一般界定粉质粘性土的模量值为45MPa左右，故土

15、基的承载性能较好，证明本路段路基状况较好，没有发生破坏。3、 通过弯沉盆面积趋势图，我们可以看出，主要的分布区间为530-730，结合表2-1的规律分析，也说明检测路段结构性能较好，土基强度较高。与弯沉检测表现相同，也存在局部测点为弯沉盆面积较小，表明其承载力不足；4、 通过对比存在的破坏现象部位，承载力不足点位基本位于网裂破损路段，将对比3-D雷达检测结果进行进一步分析。2.3.2 3D探地雷达检测结果及分析2.3.2.1 检测仪器及指标说明本次检测采用挪威3D-Radar公司的GeoScope MK 三维探地雷达，其原理和技术指标说明如下。我国现行的路面厚度检测方法是基于短脉冲雷达的，其存

16、在的主要问题有：1）发射频率单一；2）探测区域小，每次一个断面；3）只能检测路面厚度。因此，现行短脉冲雷达无法实现检测路面结构内部状况，并且检测厚度仅为一个断面，无法获得整个路面结构内部的厚度分布情况，发射频率单一导致无法获得不同深度的内部情况。3D探地雷达采用频率步进技术，解决了频率与探测深度之间的矛盾；采用天线阵列，单次行驶可采集多个断面；不但能获得各结构层厚度，而且可以获得结构厚度分布和内部病害。图2-6 3D探地雷达系统构成2.3.2.2 3D探地雷达检测数据汇总分析3D探地雷达检测对状态良好的路段和病害路段分别检测，结果如下。1、状态良好路段桩号：下行K463+105行车道图2-7

17、现场路面状况（路面情况较好）空气层沥青路面层基层图2-8 纵断面（路面较平整）图2-9 沥青层厚度分布情况图2-10 路面裂缝分布情况（裂缝较少） 路面较好路段其雷达检测纵断面比较均匀，没有大的反射波动，但沥青层厚度不均的现象仍然存在基本位于10-13cm之间。2、横向裂缝 桩号：上行K462+550行车道横向裂缝图2-11 现场路面状况（横向裂缝）裂缝贯穿横向裂缝沥青层基层空气图2-12 纵断面（路面较平整，有一处横向裂缝）图2-13 沥青层厚度分布情况图2-14 路面裂缝分布情况（有一处横向裂缝） 从纵断面图中可以明显看出裂缝的存在，而且主裂缝贯穿于基层，次裂缝仅发生在面层没有贯穿但有向下

18、发展的趋势，需要尽早处理避免再次发生贯穿于基层的破坏。对于此类病害主要是由于半刚性基层的反射裂缝造成，由于表面裂缝的存在，在行车荷载作用下主裂缝两侧逐渐发生次裂缝，在水分与荷载共同作用下此裂缝逐渐向下发生进而造成基层次裂缝发生，损坏基层整体承载力，因此需要及时对反射裂缝进行处置避免产生次病害，而且对于早期的反射裂缝的病害由于基层整体承载力仍然很高（弯沉检测亦反应出来），不需要对基层进行大面积挖除处置。3、纵向裂缝、块裂路段桩号：下行K468+050行车道取芯回填孔纵向裂缝块裂图2-15 现场路面状况（纵向裂缝、网裂较严重）取芯回填孔图2-空气层16 横断面层间异常基层沉陷基层沥青层图2-17

19、纵断面（路面坑洼）图2-18 沥青层厚度分布情况(沥青层厚度不均匀)图2-19 路面裂缝分布情况 从纵裂、块裂3D雷达图上可以看出，当出现此类重度病害时，基层也发生了裂缝并伴随沉陷，而且面层与基层层间存在松散或水分，从整体上也造成路段承载力的不足，这与弯沉检测以及弯沉盆面积存在非常大的对应关系，此类病害需要对基层进行处置与维修。因此可以看出通过，3D雷达的检测可以对面层下基层的破坏进行诊断。4、表面网裂 桩号：下行K464+450行车道网裂图2-20 现场路面状况（网裂）空气基层沥青层图2-21 纵断面（路面较平整）网裂图2-22 沥青层厚度分布情况网裂图2-23 路面裂缝分布情况（网裂） 对

20、于表面轻微网裂路段，其病害原因是多方面的，而且发生的层位也是多种情况，对此处表面轻微网裂病害3D雷达图可以看出基层没有发生相关病害，其整体性仍然较好，病害仅为沥青面层发生的网裂，此类病害往往是由于基层与面层层间结合不良或者是厚度不均造成的。对应于厚度分布图可以明显的说明厚度较薄地方更容易出现表面的网裂。因此，对此类病害仅需要沥青混合料进行铣刨加铺处理。 结合弯沉检测、土基模量反算、弯沉盆面积计算以及3D雷达探测，可以看出本路段的主要病害及其发生层位分为几类：反射裂缝（贯穿基层但未沉陷）、块裂伴有沉陷、表面网裂而基层完整，应分别针对不同种类进行病害处置。3 路面损坏原因分析沥青路面在气候和交通荷

21、载的作用下，路面使用性能将逐渐衰退。造成路面损坏的因素主要有气候、交通荷载等外部环境以及路面结构本身的组合设计、材料设计及施工等，而且这些因素是相互交织在一起影响路面性能的。从前面介绍的G309检测段落路面损坏状况来看，路面损坏的主要表现形式为裂缝类，块裂、龟裂。半刚性基层沥青路面的裂缝对于相对沥青面层较薄的路面几乎是不可避免的。通常情况下，沥青路面的裂缝分成以下几类：第一类是横向裂缝，第二类是纵向裂缝，第三类是表面层疲劳开裂。第一类，横向裂缝：通常情况下，横向裂缝分为两类：第一、温度极限裂缝或者温度疲劳裂缝，第二、半刚性基层反射裂缝。前者主要出现沥青层较厚的沥青路面，后者主要出现在在沥青层较

22、薄的半刚性基层沥青路面。参见图3-1，根据调查，横向裂缝多数属于反射裂缝，由于基层采用的是水稳碎石，大量的横向裂缝在重车荷载的剪切作用下开始出现。随着和水的综合作用的发展，路面裂缝导致基层或沥青层的冲刷，将出现结构性破坏，参见图3-2。路面裂缝根据钻芯取样的分析，横向裂缝通常破坏到上基层。图3-1 横向裂缝的种类图3-2 横向裂缝的唧泥沉陷现象横向裂缝主要是半刚性基层的反射裂缝。还有一种情况是从沥青表面开始的裂缝，这种裂缝往往出现在沥青面层各层间出现分离的情况下，见图3-3。图3-3 面层产生的裂缝第二类，纵向裂缝：纵向裂缝主要有三类，第一类是路基失稳造成的路面滑移而产生的纵向开裂；第二类是路

23、面承载力不足造成的纵向开裂，这一类属于路面的结构性疲劳破坏。在工程中，第一类纵向裂缝出现的较少，主要表现为裂缝宽度较大，由于裂缝可以排水，因而唧泥现象较少，在本路段中部分路段存在较大的纵向裂缝，而且属于加宽路段填土高度较高，应属于此类纵向裂缝但应进一步探明路基状况。第二类纵向裂缝在工程中出现较多，一般发生在行车道，往往伴随着沉陷和唧泥现象发生，出现这一类的破坏通常需要进行基层的维修。第三类是由于路面沥青层与基层的结合不良导致沥青层底出现较大拉应力，在行车荷载尤其是重载车辆作用下导致路面沥青层出现沿轮迹带的纵向疲劳开裂，由于纵向开裂的伴随支缝的发生，一般情况下也将此类裂缝划分为轮迹带网裂，这种情

24、况问题一般出现在沥青层，本路段也存在此类病害。基层之间和面层与基层之间的积水大幅度降低了路面的承载能力，基层分为两层施工，并且施工期间的间隔较长，通常在7天以上。在两层施工时，实际上两层基层之间是一个相对薄弱层，水分容易以毛细水或水蒸气的形式流动，在行车荷载的作用下达到聚积。沥青面层与基层之间也是一样，其积水往往是通过裂缝处在行车荷载的动水压力下进入路面内部，形成流水层，当路面出现沉陷时，路面基层或下面层就出现松散破坏。第三类破坏，路面网裂：有些情况表面出现网裂而没有沉陷主要是沥青路面层间连接较差，加上施工过程材料本身的原因造成的表面材料疲劳损坏，与轮迹带纵向裂缝同类。我国目前高等级公路多数都

25、是采用半刚性基层沥青路面，由于半刚性基层的本身固有特性，反射裂缝现象几乎是不可避免的。由于反射裂缝的出现，使路面裂隙水浸入到路面内部，从而加速了路面的早期破坏。在动水压力作用下一部分水分沿着路面的薄弱面进入路面体系中，反复的动水压力导致路面唧泥从而产生内部更大的损害。反射裂缝伴随支缝，在水分和行车荷载作用下，逐渐向两侧扩展发展成块状裂缝，沉陷、唧浆发生，从而造成整体承载力严重下降。4 路面结构处理方案a) 处理对策上述对G309滨州邹平界段内的公路路面状况的评价主要侧重于结构性损坏的评价，但是如果路面的结构损坏比较严重，其表面使用功能必定受到影响。一般而言，重载交通道路在设计时，应尽量避免或减

26、少路面结构发生结构性破坏的可能性。因为结构性破坏需要投入更多的资金和时间进行维修，既浪费资金又阻碍道路的畅通，造成不良的社会影响。因此，在进行养护和维修中应当考虑采用何种方案能将路面的病害限制在表面上，而且保持结构的完整性。一些路面维修经验比较丰富的发达国家的经验是，对于结构性损坏一般采用全厚式或半全厚式（铣刨掉一部分结构层，回填沥青混凝土）沥青路面结构。表4-1是AASHTO2002针对沥青路面结构性损坏推荐的路面维修对策。表4-1 AASHTO推荐路面结构损坏维修对策路面状况结构损坏疲劳开裂纵向开裂（沿轮迹线）温度开裂车辙反射裂缝全厚维修半全厚式冷铣刨现场再生封缝AC罩面PCC罩面重建b)

27、 维修方案针对该路面结构及路面破坏情况，建议采取以下维修方案进行相应处理：1、 对路面横向裂缝但无基层沉陷或唧浆病害（雷达检测横向裂缝），采用V型槽填补沥青砂处理方法，V型槽开槽宽度6cm深度6cm；对横向裂缝伴有沉陷唧浆病害，采取铣刨裂缝两侧各1.5m范围内沥青面层，根据基层病害状况处置基层，基层采用水泥稳定碎石回填；沥青面层采用6+7cmAC-20或13cmATB-30沥青混合料回填；2、 对局部块裂并伴有沉陷唧浆路段（雷达检测块裂段），根据弯沉检测与弯沉盆面积计算结果采取局部铣刨回补方式处理，铣刨至上基层底部，基层采用水泥稳定碎石，面层采用6+7cmAC-20或13cmATB-30沥青混

28、合料回填；处理长度与宽度需要现场对应桩号进一步有针对性确定，主要路段根据弯沉与弯沉盆结果如下：序号桩号弯沉盆面积弯沉值(0.01mm)1K469+500491.620.22K468+700566.74.13K467+99057.1625.24K464+665431.622.05K464+487564.930.06K464+384664.017.47K464+000452.78.98K463+175486.010.59K462+920390.419.010K462+264516.25.211K460+780575.226.112K460+280520.68.73、 纵向裂缝类病害路段应进一步对路

29、基状况进行调查分析，以确定路基变形与其稳定性发展。无路基病害存在时应对，伴随基层的开裂沉陷时沿纵缝两侧各铣刨1.5m，开外台阶并铣刨基层，回填方式同块裂处置；仅面层开裂时采用V型槽处置方式；当存在路基病害时，先进行路基的病害处置后采取面层基层铣刨回填方式；4、 轮迹带的表面网裂病害（雷达检测表面网裂段），采取铣刨13cm沥青面层或铣刨（3+4）cm沥青面层方式，回填AC-20沥青混合料。5、 在路面补强处理完成后，最后采用橡胶沥青封层，然后铺筑4cm的AC-13或SMA-13。注：1、应补充路况检测PCI结果、交通量调查与荷载状况分析； 2、具体处置段落，应根据检测中的桩号进行进一步划分段落；

30、裂缝处置长度。附表1 检测段落详细数据一览表序号桩号土基模量(MPa)Area弯沉值(0.01mm)1K470+400106.5701.14.72K470+35082.7591.210.13K470+29079.5613.010.54K470+28985.8645.48.65K470+19064.8718.79.56K470+12083.2696.57.67K470+050122.2693.85.58K469+990122.9591.67.29K469+900236.0618.35.210K469+780197.2668.44.611K469+700116.1595.410.912K469+6

31、00101.5690.47.113K469+50081.7491.620.214K469+45072.7635.913.615K468+854464.5568.04.016K468+770112.7723.35.417K468+700159.2566.74.118K468+600135.5645.53.519K468+50080.2717.08.220K468+39079.0716.87.321K468+270111.6709.04.422K468+190129.3679.34.223K468+10097.0663.46.524K467+99057.1625.224.825K467+880149.3687.85.026K467+78070.3741.08.227K467+66571.5651.712.