路面检测技术与机场养护管理

1路面检测技术与设备•路面检测内容•路面检测方法•FWD的应用2路面检测内容平整度IRI（国际平整度指数）车辙车辙深度抗滑抗滑阻力/纹理深度结构结构层厚度与材料结构状况弯沉/裂缝外观可视的破损静态数据路面类型、宽度、路肩等3路面检测方法•有损检测钻孔取芯•无损检测落锤式弯沉仪雷达检测超声波检测4雷达检测技术•概述•基本原理•主要应用路面结构层厚度路面材料密度路面材料弹性模量路面材料破损路面材料含水量5超声波检测技术•概述•基本原理•主要应用动态弹性模量路面结构探伤6路面平整度检测•断面类平整度测定水准测量梁式断面仪优点：可以直接得到轮迹处路表面的实际断面，从而对路面平整度特性进行分析。缺点：速度较慢，不适宜大范围的数据采集。7路面平整度检测•反应类平整度测定颠簸累积仪优点：速度快，可用于大范围的路面平整度快速测定。缺点：时间稳定性差；转换性差；不能给出路面表面的真实断面，无法利用测定结果分析路况的表面特性。解决办法：标定8路面平整度检测•国际平整度指数（IRI）平整度范围IRI，m/km描述性规定约1.5~2.5车速超过120km/h仍然感到舒适表面无凹陷、坑槽或搓板约4.0~5.3车速达100~120km/h仍然舒适表面有少量的凹陷、坑槽或修补约7.0~8.0车速达70~90km/h仍然舒适表面有中等程度的凹陷和修补以及少量坑槽约9.0~10.0车速达50~60km/h仍然舒适表面有频繁的深凹陷和修补以及大量坑槽约11.0~12.0车速要降到50km/h以下表面有许多凹陷和坑槽9路面车辙检测•超声波仪器价格低，使用多个传感器可以测试横断面精度较低，测试结果受湿度影响大•激光测量精度较高，但价格昂贵•3点断面•目视方法1011抗滑力和表面纹理检测•摆式仪•侧向力系数观测车（SCRIM）•锁轮拖车法（GRIPTESTER）•手推式纹理检测12路面厚度测试•根据电磁波在不同介面的反射波情况确定厚度•需要标定并确定不同路面材料的介电常数•采用非接触型雷达13结构状况–裂缝测量•照相或摄像–工作时间短–小范围测定，对光源要求小。•光源–取决照相机的要求–有照相角度时，会产生阴影–由于灯泡寿命问题获得均匀光源比较困难–夜间测量14结构状况–裂缝测量•裂缝测量方法–测量技术更趋向于智能化–多阶段处理–第一阶段•滤除无裂缝的图象•对测得的裂缝增强处理–第二阶段：图象识别与裂缝分类–纹理深度和接缝使混凝土的裂缝测量有一定难度和问题15结构状况–裂缝测量•使用数值摄像的半自动系统（阶段三）–裂缝类别和严重程度标定–使用自动诊断软件确定损坏损坏的区域（的图象）–对裂缝区域进行人工识别更准确地确定裂缝的属性16数值摄像基础上的半自动裂缝识别17路面弯沉测试•静态弯沉测试贝克曼梁自动弯沉仪•动态弯沉测试落锤式弯沉仪18FWD分析方法•应力分析法－力学模型反演理论•挠度值与模量的相关分析－统计分析•挠度指标法－经验力学法19应力分析法解的不唯一性；模型复杂，对操作人员要求较高代表性方法：美国Modulus结构层参数路面力学模型力学响应路面寿命，加铺设计路面结构检测结果20挠度值与模量相关性分析AASHTO的路基模量公式：rDSrPErsg简单明了，适合工程应用地域性强，普适性差21挠度指标法•美WSDOT法：利用最大弯沉、面积数等指标定量判断路面结构状态；•建立弯沉盆指标与路面结构数SNeff的关系；22FWD用于半刚性沥青路面评价23网状裂缝网裂弯沉盆曲线01002003004005006000500100015002000相对距离(mm)弯沉μmA类网裂B类网裂完整路面•高等级公路很少发现由于行车荷载疲劳破坏产生的网裂；•网裂的原因是综合性的，从弯沉盆几何形状可分为A、B两类。24A类网裂路面与完好路面弯沉盆对比网裂FWD弯沉盆曲线01002003004005006000500100015002000距离(mm)弯沉网裂1网裂2网裂3完整路面25B类网裂路面弯沉盆网裂路面弯沉0501001502002503003504004500500100015002000距离mm弯沉μm网裂4网裂5完整路面26纵向裂缝•高等级公路比较常见的结构性损坏•对路面结构性能影响很大27纵向开裂路面弯沉盆形状纵缝弯沉盆0501001502002503003500500100015002000纵缝完好路面28横向裂缝•目前高等级公路最常见的结构性损坏；•明显降低路面承载力；•路面结构损害原因不同，弯沉盆有所差异，大致可分为A、B两类。29横向开裂路面弯沉0501001502002503003504004500500100015002000距离mm弯沉μm横缝1完好路面A类横向开裂路面弯沉盆形状30B类横向开裂路面弯沉盆形状路面弯沉盆01002003004005000500100015002000距离mm弯沉μm横缝横缝完好路面`31块状裂缝•高等级公路常见的严重结构性损坏；•裂缝的间距、裂块的形状对弯沉盆影响很大，弯沉盆的形状也比较复杂；•对路面承载力的影响变化较大。32块状裂缝路面弯沉盆形状0501001502002503003500200400600800100012001400160018002000距离mm弯沉μm块状裂缝A块状裂缝B块状裂缝C完整路面33研究的目的•不同损坏形式与FWD弯沉盆的关系•依靠弯沉盆的特征判断路面结构损坏程度与层位，为养护决策服务•建立以弯沉特征为指标的加铺设计方法34机场道面管理系统•调查计划•调查内容•破损类型•道面评价•可选方案经济分析•资金分配35一、调查计划•日常调查——路况变化和安全审查•双月调查——停机坪、滑行道、跑道•半年调查——季节转换产生的明显损坏•年度调查——一般年度预算开始前的调查•三年调查——对道面状况进行评估36二、调查内容•路面类型——刚性、柔性、复合•路面材料——沥青混凝土、水泥混凝土•基层特性、厚度、材料类型、土基类型•排水设施——地下排水、路边排水•道面使用年限——可以将道面按照年限进行划分，分别制定养护措施•道面使用状况——荷载频率和荷重，确定优先次序•结构强度——交通管制3738三、破损类型道面类型道面损坏类型裂缝类变形类接缝损坏类表面损坏类修补损坏类水泥混凝土路面（1）纵向、横向、斜向裂缝（2）板角断裂（3）交叉裂缝（1）沉陷（2）错台（3）唧泥（4）拱起（1）填缝料损坏（2）接缝破碎（1）网裂、纹裂（2）剥落、起皮（3）坑洞修补损坏沥青混凝土路面（1）横向、纵向裂缝（2）块裂（3）网裂（1）轮辙（2）搓板（3）沉陷（4）胀起（5）泌水、唧泥（1）泛油（2）松散、老化（3）坑槽（4）磨光394041四、道面评价•道面分区•道面测试•道面损坏状况评价•道面结构承载力评价•道面功能性评价424.1、道面分区•道面分区的一般原则道面类型和结构组合相同土基类型基本相同修建时期相同位于同一功能区域，且交通等级相近损坏状况一致（损坏类型和程度）434.2、道面测试•道面功能测试•道面结构承载力测试破损试验——钻孔取芯非破损测试——贝克曼梁、自动弯沉仪、FWD功能性能平整度抗滑性能测试方法断面类（水准仪）反应类（颠簸累积仪）主观评估法摆式仪法锁轮拖车法偏转轮拖车法技术指标断面平整度指标国际平整度指标（IRI）摆值（BPN）横向力系数（SFC）444.3、道面损坏状况评价•PCI——采用扣分法，取值由分区单元内各种损坏类型及其严重程度和损坏密度确定•一般国内机场道面状况评价等级可参照下表进行：道面PCI≥8570～8550～7025～5025状况等级优良中差很差45PimjijjiidtFDSTaCPCI11,,，（3－1-1）式中：C－常数，一般取100；a（）－折减值，与损坏类型Ti、损坏程度Sj和损坏密度Dij有关；i－损坏类型数；j－损坏程度数；P－损坏类型总数；mi－第i种损坏类型的损坏程度数；F（t,d）－多种损坏修正系数，与累计折减值（t）和折减次数（d）有关。46国外某军用机场状况评价等级474.4、道面结构承载力评价•评价指标取芯测试力学特性FWD测得弯沉值FWD模量反算•评价内容和方法将求得的道面力学指标与相应的设计值作比较，评价道面结构的承载能力根据反算得到的各层模量，计算道面所能承受的最大荷载预测道面结构的剩余寿命484.5、道面功能性评价•行驶舒适性•道面平整度标准•道面抗滑性•道面抗滑性能评价标准IRI（m/km）2.02.0～4.04.0～6.06.0～8.08.0评价等级优良中差很差SFC≥0.50.4～0.50.3～0.40.2～0.30.2BPN≥4237～4232～3727～3227状况等级优良中差很差49五、道面修复对策•修复依据现有道面状况结构性能、功能性能损坏成因修复记录已有和未来交通道面用途和费用机场道面修复对策选择准则PCI71～10051～7026～500～25修复对策常规维修常规维修－中修－大修中修－大修大修50六、PCI变化规律与资金需求5152七、养护措施•裂缝和破损修补•沥青层罩面•水泥混凝土罩面•刨除重铺5354PAVER系统•提出PCI临界值的概念，并提出确定方法；•根据道面区域的PCI临界值和结构损坏确定修复对策；•根据道面PCI值、维护对策以及道面等级建立排序模型；•提出道面族（PavementFamily）的概念，根据结构、功能、等级的不同，将各道面区域划归为不同的族；•根据历史数据，回归出每一族道面的使用性能（通常采用PCI）衰变规律，作为该族道面的性能预测曲线；•进行投资预算，列出项目计划。55发展趋势•机场道面管理系统的法定化。•GIS技术的广泛应用。•全寿命费用分析将成为道面运行和维护对策选择的主要依据。•机场跑道平整度作为评价跑道功能的一个重要指标被不断重视。56正在应用GIS29%1999年计划应用GIS13%2000年计划应用GIS11%2001年计划应用GIS9%未计划应用GIS38%图4－2－1美国机场GIS应用情况（1999年）道面管理养护管理管理应用资产管理其他管理租用土地管理灯光管理标志标线管理计划应用GIS已应用GIS图4－2－2美国机场设施管理中GIS的应用情况（1999年）