水泥混凝土路面板底脱空检测技术研究

水泥混凝土路面板底脱空检测技术研究

水泥混凝土路面接缝较多，对超载较为敏感，易发生脱空、唧泥、裂缝等先期病害，从而导致路面的破损，影响行车的舒适性和安全性。水泥混凝土路面板底脱空的及早处理是延长混凝土路面使用寿命的关键环节。前期可采用落锤式弯沉仪与探地雷达相结合的方法探测板底脱空部位及板下各承层病害，并对病害部位进行处治，对处治效果做出科学评价。

导致脱空的四种因素路基土的不均匀沉降变形路基的物质组成、地质构造、地貌、地表水、气候及地下水等条件存在着较大的差异，即使在同一区域，填方段、挖方段、半填半挖段之间也有很大的不同。

将不可避免地导致路基在纵向、横向上产生不均匀沉降。沉降量大的区域就形成了板下基础的不均匀支承。

交通荷载的累积作用水泥混凝土面板具有很大的刚度，基础均匀支撑时，对路基的强度要求不高。当交通荷载作用于路面时，面板会产生一定的弯沉变形，量重复作用导致了局部的不均匀支承。

环境温度的影响由于现场浇筑的混凝土的水泥浆下渗，使得板与基础之间形成一个具有一定抗剪能力的整体材料，但受温度的影响，板要伸缩，反反复复的作用，使得水平抗剪能力下降。同时，板内的温度的非线性分布，引起板向上或向下的挠曲，加速了板与基础的分离，致使水泥混凝土板局部范围不再与基础保持连续接触，即板下局部出现了脱空。

地下水对路基的影响在自然环境下，由于纵缝、横缝的存在，当板下基础出现不均匀支承后，大气降水或融化雪水会沿缝隙下渗，并积滞在上述脱空区域内。当交通荷载驶过板体时，板体回弹使板底形成瞬时真空，这种负压进一步让水进入原始空隙中，随着板下水的积累，基础材料趋向于自由水饱和状态，开始表现为汽车荷载驶过时冒水现象。在重型荷载的频繁作用下，板后方的边缘或角隅先向下弯沉，将脱空区内积滞的水挤向前方，而后车轮行驶到板前方时，又将水挤向后方。在相对狭小的脱空区域内，高压水的反复冲刷，使得板下基础中的细料部分成为自由水中的悬浮颗粒，随即被挤出缝隙，这就是唧泥。

脱空检测的好处工程实践证明，在脱空状态下受力对水泥混凝土路面来说是极为不利的。

水泥混凝土路面的缝边板角处，由于基础的脱空，在汽车等外界荷载作用下，面板近似于悬臂梁的工作状态，将产生过大的弯拉应力，最终将导致水泥混凝土板开裂。

由此可见，路面板下脱空的产生过程总体上是由基础均匀支承，到非均匀支承，再到局部失去支承（脱空），最后在水和交通荷载的共同作用下，导致断板、错台的过程，因此板底脱空的检测与处治是水泥混凝土路面预防性养护的重要内容。

目前检测板底脱空的主要方法有探地雷达和落锤式弯沉仪（F W D）检测两种方法。水泥混凝土路面的板底脱空状况检测，宜先采用路面探地雷达进行快速扫描，定性板底脱空轻重状况及范围，估算出脱空区的位置。然后再采用F W D对该路段进行多级加载测试，以准确地测定具体板块的脱空情况，为预防性养护提供科学依据。

落锤式弯沉仪对水泥混凝土路面检测落锤式弯沉仪（F W D）是直接量测行车荷载或模拟的行车荷载下路表的弯沉盆，以分析实际荷载作用下的路面的动力刚度组成，准确预估路面承载能力弯沉量测仪器。

FWD检测板底脱空的主要方法及原理利用F W D实测弯沉盆，用几种不同的方法来评定混凝土路面板的脱空状态。

实测弯沉盆曲线判断板角脱空状况随着与荷载作用点距离的不断增大，均匀支承的水泥混凝土面板在荷载作用下弯沉而不断减小。如果离荷载作用点较远位置的弯沉值大，则可能存在脱空现象。

路表弯沉盆评定混凝土板下基础的刚度参数确定脱空状况路表弯沉盆是路面结构刚度参数的体现，而地基脱空对路表弯沉盆的影响是明显的。因此，这意味着可以通过路表弯沉盆来评定混凝土路面板的脱空状况。将混凝土板下地基的脱空理解为地基刚度参数的衰弱，建立了一种简便实用的脱空评定方法——比较分析法。比较分析法是由F W D实测缝边板角弯沉，评定出水泥混凝土板下基础的刚度参数，再将这一刚度参数值与基础均匀支承时的标准值进行比较，可检测板下地基脱空的位置、预估脱空的尺寸。

截距法判断脱空通过F W D进行水泥混凝土路面板角测试，按4吨、5吨、6吨的额定荷载进行单点三级加载，各级一次，通过三级加载的中央弯沉数据评定水泥混凝土板底脱空状况。

板角弯沉判断脱空综合以上几种方法及我国水泥混凝土路面设计规范和《公路水泥混凝土路面养护技术规范》（J T J073.1-2001）的规定，在脱空检测时需要将F W D与贝克曼梁进行比对试验，建立动态弯沉与静态弯沉的相关关系。

FWD的分级标准目前对于利用F W D判断板底脱空的分级标准，国内外尚无统一的标准。我国新版《公路技术状况评定标准》（J T JH20-2007）中规定，将脱空的程度按照外观调查分为轻微和严重两种：车辆驶过时，有水从板缝或边缘唧出，或者在板接（裂）缝或边缘的临近表面残留有少量唧出的材料沉淀物判断为轻微脱空；在板接（裂）缝或边缘的表面残留有大量唧出材料的沉淀物，车辆驶过时，板有明显的颤动和脱空感的板块判断为严重。在实际运用中，利用F W D进行脱空程度判定时借鉴此标准，对大量的判断为轻微脱空和严重脱空的板块进行F W D弯沉的测试，以山西省朔州高速公路为例，得到朔州高速公路普通水泥混凝土板底脱空评定的经验标准如表1所示：

探地雷达对水泥混凝土路面进行检测雷达检测脱空的原理雷达检测脱空是利用雷达波的折射——反射原理进行的，按正常情况来讲，路面结构各层介质十分均匀，无异常，则入射波继续向深度穿透，并无明显的反常现象。从理论上来讲，时窗记录并无信号接受。但如果路面结构层出现异常现象如空洞，根据波的折射——反射原理就会在空洞的上下边缘出现折射——反射现象，假如空洞中只有空气，那么在空间的上面边缘即雷达波是从介电常数大的介质向介电常数小的介质传播，形成波的异常反射（即出现负波），从理论上讲在时窗记录中可以看到波形的变化；而在空洞的下边缘即雷达波是从空气（介电常数小的介质）向介电常数大的介质传播，形成波的正常反射。

脱空程度的确定由于一种介质的介电常数都要进行现场校对，使测定困难，根据实践，用雷达技术来探测的异常体位置时，也只能采取估算的方法。