談水泥混凝土路面板底脫空檢測技術

　　水泥混凝土路面接縫較多，對超載較為敏感，易發生脫空、唧泥、裂縫等先期病害，從而導致路面的破損，影響行車的舒適性和安全性。水泥混凝土路面板底脫空的及早處理是延長混凝土路面使用壽命的關鍵環節。前期可采用落錘式彎沉儀與探地雷達相結合的方法探測板底脫空部位及板下各承層病害，并對病害部位進行處治，對處治效果做出科學評價。

　　導致脫空的四種因素路基土的不均勻沉降變形路基的物質組成、地質構造、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。

　　將不可避免地導致路基在縱向、橫向上產生不均勻沉降。沉降量大的區域就形成了板下基礎的不均勻支承。

　　交通荷載的累積作用水泥混凝土面板具有很大的剛度，基礎均勻支撐時，對路基的強度要求不高。當交通荷載作用于路面時，面板會產生一定的彎沉變形，量重復作用導致了局部的不均勻支承。

　　環境溫度的影響由于現場澆筑的混凝土的水泥漿下滲，使得板與基礎之間形成一個具有一定抗剪能力的整體材料，但受溫度的影響，板要伸縮，反反復復的作用，使得水平抗剪能力下降。同時，板內的溫度的非線性分布，引起板向上或向下的撓曲，加速了板與基礎的分離，致使水泥混凝土板局部范圍不再與基礎保持連續接觸，即板下局部出現了脫空。

　　地下水對路基的影響在自然環境下，由于縱縫、橫縫的存在，當板下基礎出現不均勻支承后，大氣降水或融化雪水會沿縫隙下滲，并積滯在上述脫空區域內。當交通荷載駛過板體時，板體回彈使板底形成瞬時真空，這種負壓進一步讓水進入原始空隙中，隨著板下水的積累，基礎材料趨向于自由水飽和狀態，開始表現為汽車荷載駛過時冒水現象。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，將脫空區內積滯的水擠向前方，而后車輪行駛到板前方時，又將水擠向后方。在相對狹小的脫空區域內，高壓水的反復沖刷，使得板下基礎中的細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。

　　脫空檢測的好處工程實踐證明，在脫空狀態下受力對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，將產生過大的彎拉應力，最終將導致水泥混凝土板開裂。

　　由此可見，路面板下脫空的產生過程總體上是由基礎均勻支承，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，導致斷板、錯臺的過程，因此板底脫空的檢測與處治是水泥混凝土路面預防性養護的重要內容。

　　目前檢測板底脫空的主要方法有探地雷達和落錘式彎沉儀(F W D)檢測兩種方法。水泥混凝土路面的板底脫空狀況檢測，宜先采用路面探地雷達進行快速掃描，定性板底脫空輕重狀況及范圍，估算出脫空區的位置。然后再采用F W D對該路段進行多級加載測試，以準確地測定具體板塊的脫空情況，為預防性養護提供科學依據。

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

　　FWD檢測板底脫空的主要方法及原理利用F W D實測彎沉盆，用幾種不同的方法來評定混凝土路面板的脫空狀態。

　　實測彎沉盆曲線判斷板角脫空狀況隨著與荷載作用點距離的不斷增大，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。如果離荷載作用點較遠位置的彎沉值大，則可能存在脫空現象。

　　路表彎沉盆評定混凝土板下基礎的剛度參數確定脫空狀況路表彎沉盆是路面結構剛度參數的體現，而地基脫空對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的衰弱，建立了一種簡便實用的脫空評定方法——比較分析法。比較分析法是由F W D實測縫邊板角彎沉，評定出水泥混凝土板下基礎的剛度參數，再將這一剛度參數值與基礎均勻支承時的標準值進行比較，可檢測板下地基脫空的位置、預估脫空的尺寸。

　　截距法判斷脫空通過F W D進行水泥混凝土路面板角測試，按4噸、5噸、6噸的額定荷載進行單點三級加載，各級一次，通過三級加載的中央彎沉數據評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計規范和《公路水泥混凝土路面養護技術規范》(J T J073.1-2001)的規定，在脫空檢測時需要將F W D與貝克曼梁進行比對試驗，建立動態彎沉與靜態彎沉的相關關系。

　　FWD的分級標準目前對于利用F W D判斷板底脫空的分級標準，國內外尚無統一的標準。我國新版《公路技術狀況評定標準》(J T JH20-2007)中規定，將脫空的程度按照外觀調查分為輕微和嚴重兩種：車輛駛過時，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，板有明顯的顫動和脫空感的板塊判斷為嚴重。在實際運用中，利用F W D進行脫空程度判定時借鑒此標準，對大量的判斷為輕微脫空和嚴重脫空的板塊進行F W D彎沉的測試，以山西省朔州高速公路為例。

　　探地雷達對水泥混凝土路面進行檢測雷達檢測脫空的原理雷達檢測脫空是利用雷達波的折射——反射原理進行的，按正常情況來講，路面結構各層介質十分均勻，無異常，則入射波繼續向深度穿透，并無明顯的反常現象。從理論上來講，時窗記錄并無信號接受。但如果路面結構層出現異常現象如空洞，根據波的折射——反射原理就會在空洞的上下邊緣出現折射——反射現象，假如空洞中只有空氣，那么在空間的上面邊緣即雷達波是從介電常數大的介質向介電常數小的介質傳播，形成波的異常反射(即出現負波)，從理論上講在時窗記錄中可以看到波形的變化;而在空洞的下邊緣即雷達波是從空氣(介電常數小的介質)向介電常數大的介質傳播，形成波的正常反射。

　　脫空程度的確定由于一種介質的介電常數都要進行現場校對，使測定困難，根據實踐，用雷達技術來探測的異常體位置時，也只能采取估算的方法。

　　當雷達發現第一反射界面A點處時間突變的信息后，繼續掃描，最后到達D點與C點，由于C點已靠邊，因此，又出現了第二個反射時間突變(因為C點再往右，波又開始正常行程)，同樣可在波形圖中顯示，一樣可得到反射時間T d與Tc。很明顯，從第一時間突變A到第二時間突變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。最后以同樣方法，用雷達進行路面橫斷面方法掃描，可得到洞穴橫向寬度，則空洞的等。