水泥混凝土路面板底脫空檢測(cè)技術(shù)研究

　　導(dǎo)致脫空的四種因素路基土的不均勻沉降變形路基的物質(zhì)組成、地質(zhì)構(gòu)造、地貌、地表水、氣候及地下水等條件存在著較大的差異，即使在同一區(qū)域，填方段、挖方段、半填半挖段之間也有很大的不同。

　　將不可避免地導(dǎo)致路基在縱向、橫向上產(chǎn)生不均勻沉降。沉降量大的區(qū)域就形成了板下基礎(chǔ)的不均勻支承。

　　交通荷載的累積作用水泥混凝土面板具有很大的剛度，基礎(chǔ)均勻支撐時(shí)，對(duì)路基的強(qiáng)度要求不高。當(dāng)交通荷載作用于路面時(shí)，面板會(huì)產(chǎn)生一定的彎沉變形，量重復(fù)作用導(dǎo)致了局部的不均勻支承。

　　環(huán)境溫度的影響由于現(xiàn)場(chǎng)澆筑的混凝土的水泥漿下滲，使得板與基礎(chǔ)之間形成一個(gè)具有一定抗剪能力的整體材料，但受溫度的影響，板要伸縮，反反復(fù)復(fù)的作用，使得水平抗剪能力下降。同時(shí)，板內(nèi)的溫度的非線性分布，引起板向上或向下的撓曲，加速了板與基礎(chǔ)的分離，致使水泥混凝土板局部范圍不再與基礎(chǔ)保持連續(xù)接觸，即板下局部出現(xiàn)了脫空。

　　地下水對(duì)路基的影響在自然環(huán)境下，由于縱縫、橫縫的存在，當(dāng)板下基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻支承后，大氣降水或融化雪水會(huì)沿縫隙下滲，并積滯在上述脫空區(qū)域內(nèi)。當(dāng)交通荷載駛過板體時(shí)，板體回彈使板底形成瞬時(shí)真空，這種負(fù)壓進(jìn)一步讓水進(jìn)入原始空隙中，隨著板下水的積累，基礎(chǔ)材料趨向于自由水飽和狀態(tài)，開始表現(xiàn)為汽車荷載駛過時(shí)冒水現(xiàn)象。在重型荷載的頻繁作用下，板后方的邊緣或角隅先向下彎沉，將脫空區(qū)內(nèi)積滯的水?dāng)D向前方，而后車輪行駛到板前方時(shí)，又將水?dāng)D向后方。在相對(duì)狹小的脫空區(qū)域內(nèi)，高壓水的反復(fù)沖刷，使得板下基礎(chǔ)中的細(xì)料部分成為自由水中的懸浮顆粒，隨即被擠出縫隙，這就是唧泥。

　　脫空檢測(cè)的好處工程實(shí)踐證明，在脫空狀態(tài)下受力對(duì)水泥混凝土路面來說是極為不利的。

　　水泥混凝土路面的縫邊板角處，由于基礎(chǔ)的脫空，在汽車等外界荷載作用下，面板近似于懸臂梁的工作狀態(tài)，將產(chǎn)生過大的彎拉應(yīng)力，最終將導(dǎo)致水泥混凝土板開裂。

　　由此可見，路面板下脫空的產(chǎn)生過程總體上是由基礎(chǔ)均勻支承，到非均勻支承，再到局部失去支承（脫空），最后在水和交通荷載的共同作用下，導(dǎo)致斷板、錯(cuò)臺(tái)的過程，因此板底脫空的檢測(cè)與處治是水泥混凝土路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的重要內(nèi)容。

　　目前檢測(cè)板底脫空的主要方法有探地雷達(dá)和落錘式彎沉儀（F W D）檢測(cè)兩種方法。水泥混凝土路面的板底脫空狀況檢測(cè)，宜先采用路面探地雷達(dá)進(jìn)行快速掃描，定性板底脫空輕重狀況及范圍，估算出脫空區(qū)的位置。然后再采用F W D對(duì)該路段進(jìn)行多級(jí)加載測(cè)試，以準(zhǔn)確地測(cè)定具體板塊的脫空情況，為預(yù)防性養(yǎng)護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

　　落錘式彎沉儀對(duì)水泥混凝土路面檢測(cè)落錘式彎沉儀（F W D）是直接量測(cè)行車荷載或模擬的行車荷載下路表的彎沉盆，以分析實(shí)際荷載作用下的路面的動(dòng)力剛度組成，準(zhǔn)確預(yù)估路面承載能力彎沉量測(cè)儀器。

　　FWD檢測(cè)板底脫空的主要方法及原理利用F W D實(shí)測(cè)彎沉盆，用幾種不同的方法來評(píng)定混凝土路面板的脫空狀態(tài)。

　　實(shí)測(cè)彎沉盆曲線判斷板角脫空狀況隨著與荷載作用點(diǎn)距離的不斷增大，均勻支承的水泥混凝土面板在荷載作用下彎沉而不斷減小。如果離荷載作用點(diǎn)較遠(yuǎn)位置的彎沉值大，則可能存在脫空現(xiàn)象。

　　路表彎沉盆評(píng)定混凝土板下基礎(chǔ)的剛度參數(shù)確定脫空狀況路表彎沉盆是路面結(jié)構(gòu)剛度參數(shù)的體現(xiàn)，而地基脫空對(duì)路表彎沉盆的影響是明顯的。因此，這意味著可以通過路表彎沉盆來評(píng)定混凝土路面板的脫空狀況。將混凝土板下地基的脫空理解為地基剛度參數(shù)的衰弱，建立了一種簡便實(shí)用的脫空評(píng)定方法——比較分析法。比較分析法是由F W D實(shí)測(cè)縫邊板角彎沉，評(píng)定出水泥混凝土板下基礎(chǔ)的剛度參數(shù)，再將這一剛度參數(shù)值與基礎(chǔ)均勻支承時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，可檢測(cè)板下地基脫空的位置、預(yù)估脫空的尺寸。

　　截距法判斷脫空通過F W D進(jìn)行水泥混凝土路面板角測(cè)試，按4噸、5噸、6噸的額定荷載進(jìn)行單點(diǎn)三級(jí)加載，各級(jí)一次，通過三級(jí)加載的中央彎沉數(shù)據(jù)評(píng)定水泥混凝土板底脫空狀況。

　　板角彎沉判斷脫空綜合以上幾種方法及我國水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范和《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（J T J073.1-2001）的規(guī)定，在脫空檢測(cè)時(shí)需要將F W D與貝克曼梁進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)，建立動(dòng)態(tài)彎沉與靜態(tài)彎沉的相關(guān)關(guān)系。

　　FWD的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)目前對(duì)于利用F W D判斷板底脫空的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)外尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。我國新版《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（J T JH20-2007）中規(guī)定，將脫空的程度按照外觀調(diào)查分為輕微和嚴(yán)重兩種：車輛駛過時(shí)，有水從板縫或邊緣唧出，或者在板接（裂）縫或邊緣的臨近表面殘留有少量唧出的材料沉淀物判斷為輕微脫空；在板接（裂）縫或邊緣的表面殘留有大量唧出材料的沉淀物，車輛駛過時(shí)，板有明顯的顫動(dòng)和脫空感的板塊判斷為嚴(yán)重。在實(shí)際運(yùn)用中，利用F W D進(jìn)行脫空程度判定時(shí)借鑒此標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)大量的判斷為輕微脫空和嚴(yán)重脫空的板塊進(jìn)行F W D彎沉的測(cè)試，以山西省朔州高速公路為例，得到朔州高速公路普通水泥混凝土板底脫空評(píng)定的經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示： 　　

　　脫空程度的確定由于一種介質(zhì)的介電常數(shù)都要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校對(duì)，使測(cè)定困難，根據(jù)實(shí)踐，用雷達(dá)技術(shù)來探測(cè)的異常體位置時(shí)，也只能采取估算的方法。

　　當(dāng)雷達(dá)發(fā)現(xiàn)第一反射界面A點(diǎn)處時(shí)間突變的信息后，繼續(xù)掃描，最后到達(dá)D點(diǎn)與C點(diǎn)，由于C點(diǎn)已靠邊，因此，又出現(xiàn)了第二個(gè)反射時(shí)間突變(因?yàn)镃點(diǎn)再往右，波又開始正常行程)，同樣可在波形圖中顯示，一樣可得到反射時(shí)間T d與Tc。很明顯，從第一時(shí)間突變A到第二時(shí)間突變C，是途徑的掃描距離，從兩根反射波的間距即能知道水平寬度，如圖1中反射波λa與λc之間的長度S m。最后以同樣方法，用雷達(dá)進(jìn)行路面橫斷面方法掃描，可得到洞穴橫向?qū)挾?，則空洞的等效直徑估算為：