CN112686510B - 一种沥青路面结构性能评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种沥青路面结构性能评价方法，采用分层计算方法，通过层位系数和层间粘结系数，提出结构状态量化评价指标SSR，结构状态量化评价指标SSR通过公式(1)计算获得：

Description

一种沥青路面结构性能评价方法

技术领域

本发明属于一种道路用结构的评价方法，尤其涉及一种沥青路面结构性能评价方法。

背景技术

自20世纪90年代起，随着我国大面积兴建道路工程，公路里程不断攀升，高速公路快速发展。目前，我国道路建设放缓了脚步，并逐渐趋于稳定，其正在从以建设为主的阶段逐步过渡到建养并重的阶段。为了有效指导公路养护工作，必须准确评价路面结构性能。

路面性能评价的概念自提出，已被列入路面长期性研究的重要组成部分。目前国内外主要的结构性评价指标包括基于FWD路况结构评价、基于平整度状况评价、基于路面损坏状况评价、基于材料性能评价指标和方法的研究、基于路面结构内部状态评价等多种评价方法。但是现在研究仍存在对路面整体结构的性能状态缺少合理有效的评价指标，无法对路面结构状态进行定量化评价，对已服役沥青路面结构性能进行原位无损检测与评定时，无法有效考虑路面各层层间粘结性能、检测效率偏低。

有鉴于上述现有的路面结构评价存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年，有着丰富的实务经验及专业知识，熟练和充分地运用化学机理，在实践中不断研究和创新，创设了一种沥青路面结构性能评价方法，对沥青路面结构整体进行性能的评价，提高检测效率。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种沥青路面结构性能评价方法，提高对沥青路面结构整体性能的评价。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

本发明提出的沥青路面结构性能评价方法，采用分层计算方法，通过层位系数和层间粘结系数，提出结构状态量化评价指标SSR，

结构状态量化评价指标SSR通过公式(1)计算获得：

当SSR<0.8时，路面结构强度不足，需要进行结构性补强养护；当SSR≥0.8时，路面结构强度足够，不需要进行结构性补强养护。

作为进一步优选的，SNP_situ通过公式(2)计算获得：

SNP_situ＝a₁D₁I₁+a₂D₂I₂+a₃D₃+a₄D₄ (2)

式中：a₁、a₂、a₃、a₄——分别为面层、基层、底基层、土基的层位系数，

D₁、D₂、D₃、D₄——分别为面层、基层、底基层、土基的厚度，

I₁、I₂——分别为面层与基层、基层与底基层的粘结系数，

SNP_situ的层位系数a_i通过层位反演模量计算获得，

粘结系数I_i通过路面层间粘结不良率的结构完整性评分IPCI_i计算获得；

SNP_in通过公式(3)计算获得：

SNP_in＝a₁D₁I₁+a₂D₂I₂+a₃D₃+a₄D₄ (3)

式中：a₁、a₂、a₃、a₄——分别为面层、基层、底基层、土基的层位系数，

D₁、D₂、D₃、D₄——分别为面层、基层、底基层、土基的厚度，

I₁、I₂——分别为面层与基层、基层与底基层的粘结系数，

SNP_in的层位系数a_i通过路面初始设计材料模量计算获得，

粘结系数I_i通过路面层间粘结不良率的结构完整性评分IPCI_i计算获得。

作为进一步优选的，面层、基层、底基层的层位系数通过公式(4)计算获得：

式中：i＝1或2或3；E₁为面层反演模量；E₂为基层反演模量；E₃为底基层反演模量。

土基层的层位系数通过公式(5)计算获得：

式中：E₄——为土基反演模量。

作为进一步优选的，面层与基层、基层与底基层的粘结系数通过公式(6)计算获得：

式中：i＝1或2；IPCI₁为面层与基层的基于路面层间粘结不良率的结构完整性评分；IPCI₂为基层与底基层的基于路面层间粘结不良率的结构完整性评分。

作为进一步优选的，沥青路面各结构层厚度现场取芯确定或者通过查阅路面的初始设计值获得。

作为进一步优选的，面层、基层、底基层、土基的反演模量通过公式(7)(8)(9)(10)计算获得：

式中：D₀、D₂₀、D₆₀、D₁₂₀分别为激光式高速弯沉仪测得的距离荷载中心点0cm、20cm、60cm、120cm处的弯沉值，单位为0.01mm；

面层反演模量E₁反演理论误差为3.57％；

基层反演模量E₂反演理论误差为2.10％；

底基层反演模量E₃反演理论误差为5.47％；

土基反演模量E₄反演理论误差为2.22％。

作为进一步优选的，D₀、D₂₀、D₆₀、D₁₂₀弯沉值通过所述激光式高速弯沉仪测量时，检测速度达到90km/h以上。

作为进一步优选的，层间不良率的结构完整性评分IPCI_i通过如下步骤获得：

步骤A1：通过高动态探地雷达，检测一个车道路面层间粘结特征信息，获取路面层间粘结特征雷达图像；

步骤A2：根据路面层间粘结特征雷达图像计算路面层间粘结不良率IDR_i；

步骤A3：根据路面层间粘结不良率IDR_i计算路面层间粘结不良率的结构完整性评分IPCI_i。

作为进一步优选的，步骤A2中，路面层间粘结不良率IDR_i通过公式(11)计算获得：

式中，IDR_i为路面层间粘结不良率，A_i为路面结构内部粘结不良病害的长度，A为路面检测的长度。

作为进一步优选的，步骤A3中，路面层间粘结不良率的结构完整性评分IPCI_i通过公式(12)获得：

IPCI_i＝100-13×IDR_i ^0.352 (12)

式中，IPCI_i为路面层间粘结不良率的结构完整性评分，IDR_i为路面层间粘结不良率。

作为进一步优选的，步骤A1中高动态探地雷达的检测速度达到80km/h以上。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

本发明提出了对路面结构性能进行定量化评价的方法，采用了探地雷达和激光式高速弯沉仪联合检测方法，实现了80km/h以上的正常交通速度下的快速检测、对交通零干扰，为路面结构性能网级大数据的收集提供了支持和依据。并根据结构数的概念，提出结构状态量化评价指标，综合考量了路面各层层间粘结性能，增加了土基层位评价，评价体系更加合理、完善，弥补了现有路面评价指标体系中“以路表功能评价为主、缺乏结构性能”的显著弊端，提高了路面养护中结构补强养护的针对性，有利于路面结构性能长期保存，可以提高路面结构使用寿命5～8年。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的沥青路面结构性能评价方法，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。

实施例1

本发明提出了一种路面结构性能量化评价方法；根据结构数的概念采用分层计算法，通过层位系数和层间粘结系数，提出结构状态量化评价指标SSR：

粘结系数I通过路面层间粘结不良率的结构完整性评分IPCI_i计算获得；

结构状态量化评价指标SSR通过公式(1)获得；

通过激光式高速弯沉仪设备获取江广高速相应的弯沉值D₀、D₂₀、D₆₀、D₁₂₀分别为0.073、0.063、0.057、0.046mm，通过公式(7)、公式(8)、公式(9)、公式(10)计算得到各层反演模量，其中面层反演模量E₁＝6131MPa，基层反演模量E₂＝30887MPa，底基层反演模量E₃＝1245MPa，土基反演模量E₄＝141MPa。

根据公式(4)、公式(5)计算层位系数，其中a₁、a₂、a₃、a₄分别为面层、基层、底基层、土基的层位系数，具体数值为0.43、0.74、0.25、0.075。

通过高动态探地雷达检测得到路面层间粘结不良率，通过公式(11)计算得到了基于层间不良的结构完整性评分，其中IPCI₁＝95；IPCI₂＝100。

根据公式(6)计算层间粘结系数，其中I₁、I₂分别为面层与基层、基层与底基层的粘结系数，其值为0.95、1.00。

通过现场取芯确定沥青路面各结构层厚度，其中面层厚度为20cm、基层厚度为42cm、底基层厚度为20cm、土基厚度为80cm。

根据公式(2)计算该路面SNP_situ＝50.55cm。

通过查阅资料得知，该路段面层、基层、底基层、土基初始设计材料模量分别为10000MPa、23000MPa、5000MPa、180MPa，计算相应层位系数为0.51、0.67、0.40、0.09，通过公式(3)计算该路面SNP_in＝54.04cm。

最终通过公式(1)计算该路面结构状态量化评价指标SSR＝50.55/54.04＝0.94，该路面结构状态量化评价指标SSR值大于0.8，因此该路段不需要进行结构性补强养护。

实施例2

本发明提出了一种路面结构性能量化评价方法；根据结构数的概念采用分层计算法，通过层位系数和层间粘结系数，提出结构状态量化评价指标SSR：

粘结系数I通过路面层间粘结不良率的结构完整性评分IPCI_i计算获得；

结构状态量化评价指标SSR通过公式(1)获得；

通过激光式高速弯沉仪设备获取连徐高速相应的弯沉值D₀、D₂₀、D₆₀、D₁₂₀分别为0.098、0.088、0.076、0.051mm，通过公式(7)、公式(8)、公式(9)、公式(10)计算得到各层反演模量，其中面层反演模量E₁＝6342MPa，基层反演模量E₂＝15266MPa，底基层反演模量E₃＝498MPa，土基反演模量E₄＝127MPa

根据公式(4)、公式(5)计算层位系数，其中a₁、a₂、a₃、a₄分别为面层、基层、底基层、土基的层位系数，具体数值为0.44、0.59、0.19、0.067。

通过高动态探地雷达检测得到路面层间粘结不良率，通过公式(11)计算得到了基于层间不良的结构完整性评分，其中IPCI₁＝96.7；IPCI₂＝95.4。

根据公式(6)计算层间粘结系数，其中I₁、I₂分别为面层与基层、基层与底基层的粘结系数，其值为0.967、0.954。

通过查阅相关路段资料获得沥青路面各结构层厚度，分别为面层19cm、基层38cm、底基层20cm、土基80cm。

根据公式(2)计算该路面SNP_situ＝38.63cm。

通过查阅资料得知，该路段面层、基层、底基层、土基初始设计材料模量分别为10000MPa、23000MPa、5000MPa、180MPa，计算相应层位系数为0.51、0.67、0.40、0.09，通过公式(3)计算该路面SNP_in＝50.84cm。

通过公式(1)计算该路面结构状态量化评价指标SSR＝38.63/50.84＝0.76，该路面结构状态量化评价指标SSR值小于0.8，因此该路段需要进行结构性补强养护。

实施例3

本发明提出了一种路面结构性能量化评价方法；根据结构数的概念采用分层计算法，通过层位系数和层间粘结系数，提出结构状态量化评价指标SSR：

粘结系数I通过路面层间粘结不良率的结构完整性评分IPCI_i计算获得；

结构状态量化评价指标SSR通过公式(1)获得；

通过激光式高速弯沉仪设备获取沪宁高速相应的弯沉值D₀、D₂₀、D₆₀、D₁₂₀分别为0.154、0.150、0.138、0.103mm，通过公式(7)、公式(8)、公式(9)、公式(10)计算得到各层反演模量，其中面层反演模量E₁＝13627MPa，基层反演模量E₂＝14564MPa，底基层反演模量E₃＝339MPa，土基反演模量E₄＝68MPa。

根据公式(4)、公式(5)计算层位系数，其中a₁、a₂、a₃、a₄分别为面层、基层、底基层、土基的层位系数，具体数值为0.56、0.58、0.16、0.029。

通过高动态探地雷达检测得到路面层间粘结不良率，通过公式(11)计算得到了基于层间不良的结构完整性评分，其中IPCI₁＝96.4；IPCI₂＝92.3。

根据公式(6)计算层间粘结系数，其中I₁、I₂分别为面层与基层、基层与底基层的粘结系数，其值为0.964、0.923。

通过现场取芯确定沥青路面各结构层厚度，其中面层厚度为20cm、基层厚度为36cm、底基层厚度为20cm、土基厚度为80cm。

根据公式(2)计算该路面SNP_situ＝33.59cm。

通过查阅资料得知，该路段面层、基层、底基层、土基初始设计材料模量分别为10000MPa、23000MPa、5000MPa、180MPa，计算相应层位系数为0.51、0.67、0.40、0.09，通过公式(3)计算该路面结构数SNP_in＝50.01cm。

通过公式(1)计算该路面结构状态量化评价指标SSR＝33.59/50.01＝0.67，该路面结构状态量化评价指标SSR值小于0.8，因此该路段需要进行结构性补强养护。

通过上述实例可以看出，本发明根据结构数的概念，提出结构状态量化评价指标，综合考量了路面各层层间粘结性能，增加了土基层位评价，评价体系更加合理、完善，弥补了现有路面评价指标体系中“以路表功能评价为主、缺乏结构性能”的显著弊端，提高了路面养护中结构补强养护的针对性，可以有效提高路面结构使用寿命5～8年。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种沥青路面结构性能评价方法，其特征在于：采用分层计算方法，通过层位系数和层间粘结系数，提出结构状态量化评价指标SSR，

所述结构状态量化评价指标SSR通过公式(1)计算获得：

当SSR<0.8时，路面结构强度不足，需要进行结构性补强养护；当SSR≥0.8时，路面结构强度足够，不需要进行结构性补强养护；

所述SNP_situ通过公式(2)计算获得：

SNP_situ＝a₁D₁I₁+a₂D₂I₂+a₃D₃+a₄D₄ (2)

式中：a₁、a₂、a₃、a₄——分别为面层、基层、底基层、土基的层位系数，

D₁、D₂、D₃、D₄——分别为面层、基层、底基层、土基的厚度，

I₁、I₂——分别为面层与基层、基层与底基层的粘结系数，

SNP_situ的层位系数a_i通过层位反演模量计算获得，

粘结系数I_i通过路面层间粘结不良率的结构完整性评分IPCI_i计算获得；

所述SNP_in通过公式(3)计算获得：

SNP_in＝a₁D₁I₁+a₂D₂I₂+a₃D₃+a₄D₄ (3)

式中：a₁、a₂、a₃、a₄——分别为面层、基层、底基层、土基的层位系数，

D₁、D₂、D₃、D₄——分别为面层、基层、底基层、土基的厚度，

I₁、I₂——分别为面层与基层、基层与底基层的粘结系数，

SNP_in的层位系数a_i通过路面初始设计材料模量计算获得，

粘结系数I_i通过路面层间粘结不良率的结构完整性评分IPCI_i计算获得；

SNP_situ的层位系数a_i中，所述面层、基层、底基层的层位系数a_i通过公式(4)计算获得：

式中：i＝1或2或3；E₁为面层反演模量；E₂为基层反演模量；E₃为底基层反演模量；

土基层的层位系数通过公式(5)计算获得：

式中：E₄——为土基反演模量；

所述面层与基层、基层与底基层的粘结系数通过公式(6)计算获得：

式中：i＝1或2；IPCI₁为面层与基层的基于路面层间粘结不良率的结构完整性评分；IPCI₂为基层与底基层的基于路面层间粘结不良率的结构完整性评分；

所述沥青路面各结构层厚度现场取芯确定；

所述面层、基层、底基层、土基的反演模量通过公式(7)(8)(9)(10)计算获得：

式中：D₀、D₂₀、D₆₀、D₁₂₀分别为激光式高速弯沉仪测得的距离荷载中心点0cm、20cm、60cm、120cm处的弯沉值，单位为0.01mm；

所述面层反演模量E₁反演理论误差为3.57％；

所述基层反演模量E₂反演理论误差为2.10％；

所述底基层反演模量E₃反演理论误差为5.47％；

所述土基反演模量E₄反演理论误差为2.22％；

所述D₀、D₂₀、D₆₀、D₁₂₀弯沉值通过所述激光式高速弯沉仪测量时，检测速度达到90km/h以上；

所述路面层间粘结不良率的结构完整性评分IPCI_i通过如下步骤获得：

步骤A1：通过高动态探地雷达，检测一个车道路面层间粘结特征信息，获取路面层间粘结特征雷达图像；

步骤A2：根据路面层间粘结特征雷达图像计算路面层间粘结不良率IDR_i；

步骤A3：根据路面层间粘结不良率IDR_i计算路面层间粘结不良率的结构完整性评分IPCI_i；

所述步骤A2中，路面层间粘结不良率IDR_i通过公式(11)计算获得：

式中，IDR_i为路面层间粘结不良率，A_i为路面结构内部粘结不良病害的长度，A为路面检测的长度；

所述步骤A3中，路面层间粘结不良率的结构完整性评分IPCI_i通过公式(12)获得：

IPCI_i＝100-13×IDR_i ^0.352 (12)

式中，IPCI_i为路面层间粘结不良率的结构完整性评分，IDR_i为路面层间粘结不良率。