概括
针对目前公路沥青路面半刚性基层结构剩余寿命缺乏定量评价方法的问题，结合大量公路养护设计项目的经验和数据积累，提出从结构完整性和结构强度衰减两个方面综合评价半刚性基础结构。剩余寿命法。给出了结构完整性的三种计算方法，包括利用探地雷达无损检测数据直接计算、路面病害与取芯数据联合判断、根据路面病害特征估算；给出了结构强度衰减的四种计算方法。包括现场实测模量直接计算、挠度盆特征参数分析、材料参数对比和结构强度指标评价。由于上述方法的技术适用性不同，建议采用定量评价与定性分析相结合的方式计算半刚性基层剩余寿命指标。利用全国代表性省份公路大中修周期的调查结果，将公路大中修周期的分布规律转化为路面结构的寿命衰减规律，并与两个评价指标进行匹配结构完整性和结构模量衰减。关系，从而实现现有路面结构剩余寿命的定量计算。对上述成果进行总结和提炼，建立了一套完整的理论分析模型和分析流程，并在实际项目中得到了验证。结果表明，评价结果与路面结构的实际损伤特征相符，可用于指导半刚性基层沥青路面的养护。设计实践。
关键词
道路工程|剩余寿命评估方法|保养周期|半刚性基础结构|结构完整性 |强度衰减
介绍
半刚性基层结构是我国高等级公路沥青路面的主要结构形式。目前，公路路面技术状况评价指标主要基于路面功能性能评价，但无法准确表征半刚性基层结构的实际损伤状况和剩余强度[1-2] 。因此，在实际维修设计项目中，设计人员只能通过经验判断或小规模开挖验证，对半刚性基层的使用状况进行定性评价和分析[3]，这很容易导致维修设计薄弱、病害处理效果不佳。 。治疗不彻底或过度等问题。本研究主要针对半刚性基层的结构完整性和强度衰减问题，采用定量评价与定性分析相结合的方法，分析其使用性能衰减规律与公路养护周期的相关性，从而提出一套半刚性基层的导则。 -刚性基层。剩余使用寿命评价方法用于指导半刚性基层沥青路面养护设计实践。
评价指标及评价方法
沥青路面半刚性基层是指采用水泥、石灰、粉煤灰等无机粘结剂稳定材料的路面基层的结构形式。它主要起到提供路面结构承载力的作用。路面结构寿命的结束通常以基础结构完全破坏和承载能力丧失为标志[4]。因此钢结构寿命，本研究主要从结构完整性和结构强度衰减两个方面对沥青路面半刚性基层结构的整体性能进行综合评价[5-6]，并预测结构的剩余使用寿命。
半刚性底座结构完整性
本研究借鉴路面结构损伤状况指数（PCI）[7]的定义，采用基层结构损伤状况指数来评价半刚性基层结构的完整性。由于基层结构损伤是路面结构的隐病，目前尚无直接检测方法。本研究主要通过间接检测与实证判断相结合的方式进行分析评价。
(1)探地雷达数据计算方法：利用探地雷达检测路面结构内部缺陷的应用越来越广泛。依靠高精度检测天线，可以识别路面基层结构的裂缝、松动、空洞、含水率高、局部沉降等病害[8-9]。因此，建议该方法直接利用探地雷达探测数据来识别路面基层结构的损伤位置和受影响区域，并计算基层结构损伤指数BCI。该指标是通过实际测试得出的，可以作为定量评价指标。
注：该方法是利用检测数据直接计算，是最准确的计算方法。当有检测设备时，应首先采用该方法计算基础结构的损伤率。
（2）结合钻芯取样的路面病害验证计算方法：沥青路面病害的发生和发展主要包括两个方面：病害自上而下发展，主要包括温度收缩裂缝、疲劳裂缝等；病害自下而上发展，主要包括基层反射裂缝、结构裂缝等。在维修设计项目中，往往需要对病害位置进行取芯，分析病害原因和结构水平损害。该方法将与钻芯取样数据相结合，间接评估基层的结构完整性。根据现有路面病害的分布特点，选取典型病害及代表位置，进行钻芯取样，检测各典型病害位置下半刚性基层结构的损伤发展层及影响面积。通过统计分析，得到各典型病害部位下半刚性基层发生损坏的概率，然后根据路面病害情况，计算出基层结构损坏指数BCI。该指标是通过实际测试得出的，可以作为定量评价指标。
说明：该方法利用路面病害分布情况寻找典型病害并进行岩心验证，间接判断下部半刚性基层的损坏状况。由于严重病害的发生往往是由于基层损坏反射到表层造成的，因此该方法通过现场取芯验证，具有一定的精度，但其计算精度低于探地雷达直接探测方法。在没有探地雷达设备的情况下，应首先采用该方法计算基础结构的损伤状况指数。
（3）路面病害特征计算方法：由于半刚性基层结构损坏而对沥青路面造成的损坏主要包括遍及整个路面的横向裂缝、轮迹区长度较大的纵向裂缝、淤浆、严重裂纹。等待。因此，本方法针对上述路面病害，利用大数据统计分析病害分布特征与结构破坏程度的相关性，如图1所示。结果发现，随着交通轴荷数的不断增加，随着增加，整个路面的横向裂缝间距逐渐变小，从建成通车时的大于500m，到结构寿命结束时逐渐发展到20m，且该指标呈现快速衰减的趋势前期逐渐减少，后期逐渐减少。稳定的变化模式。严重的纵向裂缝一般为结构裂缝，主要是半刚性基层的破坏逐渐反映到表层造成的。根据统计数据分析发现，随着交通轴荷数量的不断增加，纵向裂缝的长度逐渐增大，由刚出现时的20m，发展到结构末端的150m以上。生命周期，呈现出早期相对稳定、后期加速的阶段。发展趋势。基于上述规则，该方法将病害发展阶段与路面结构寿命相结合，提取出因半刚性基层损坏而反映到表层的各种常见病害，构建出一套特殊的病害防治方法。半刚性基层结构完整性评价指标体系该指标体系估算了半刚性基础结构的破坏程度，如表1所示。
注：本方法为经验计算方法，来源于大量的工程经验和数据统计。对具体项目路段和病害没有实际检测或抽样验证，无法定量计算基础损坏率。利用这个指标体系，可以对基层受损程度进行定性分级。在没有特殊检测条件的情况下，只能利用路面病害数据来定性分析基层破损程度。在网络级道路状况评价分析中，该方法还可用于对路网中每条路线的底层结构状况进行定性评价。
半刚性基础结构强度衰减程度
由于路面基层结构是路面结构的主要承载层，其性能评价需要对其结构承载能力进行分析[10]。本研究采用基础模量衰减指数来评价半刚性基础结构的强度衰减。结合目前常用的结构层模量专用测试方法，提供了五种半刚性基层模量衰减的计算方法，对应不同的数据要求和计算精度。路面各结构层模量的测试方法应符合《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20-2019）的要求。 ）。
(1)现场实测模量法：该方法采用承重板法逐层开挖现有路面，测量各结构层的模量，并与原设计模量或新基层结构模量进行比较以获得基层模量。数量衰减[11-13]。该指标是通过实际测试得出的，可以作为定量评价指标。
注：目前检测路面基层模量最准确的方法是直接开挖路面面层，用承重板测量基层顶面的弹性模量。但这种方法对原有路面破坏较大，施工作业困难，对现有交通也有干扰，所以一般不大规模采用。在重点工程或公路大修工程等工程中，可采用该方法测量基础模量。
(2)弯沉盆特征参数分析法：该方法采用落锤式弯沉仪(FWD)检测路面弯沉盆数据，通过模量反算的方法计算出现有路面半刚性基层的模量，将基层的等效模量与基层的初始模量进行比较，计算出模量衰减。计算公式与现场测量方法相同。该指标是通过实际测试得出的，可以作为定量评价指标。
注：该方法主要计算基层的模量衰减。通过无损手段检测基础结构模量的主要方法是用落锤式挠度计（FWD）检测挠度盆数据，然后利用挠度盆反算模量。由于本研究采用的指标是模量衰减（即模量比），因此通过不同反算方法得到的两种状态下的模量比应该具有相对的稳定性和可信度，可以用于后期的评估和分析。
(3)材料试验数据计算方法：对钻取岩心取样采集的路面基层结构芯样进行无侧限抗压强度试验，测量基层结构材料的强度指标，并与新建路面结构的强度进行比较层，计算模量衰减度[15-16]，见表2。计算公式与现场测量方法相同。
注：本方法适用于实验室测试现场采样和强度衰减分析。但由于室内试验无法完全恢复路面结构原有受力状况，且无法对破损材料进行室内加载试验，因此试验数据的代表性和准确性均低于上述两种方法，只能用于定性检测。评估基础结构的强度衰减。
（4）路面结构强度指数评价方法：路面结构强度指数（PSSI）由自动弯沉仪或贝克曼梁弯沉仪检测的路面回弹弯沉值计算得出，并通过下式间接确定基层模量： PSSI。衰减程度[17]见表3。
注：通过PSSI确定路面整体结构强度是当前公路养护设计路况评价的常用做法。但PSSI指数代表的是路面整体结构强度与原设计结构强度的衰减情况，并不能直接反映基层结构的强度衰减情况。一般认为，半刚性基层结构是提供路面结构承载力的主要层。因此，该方法采用代表整体结构强度的指标来间接反映半刚性基础结构的强度，具有一定的代表性。但这种评价方法只能作为定性分级的标准。
衰变定律分析
模型形式
鉴于现有的研究基础和可用数据资源，并参考“沥青路面长期性能研究（LAPP）”项目的研究成果，本研究采用修正的S形模型对改变路面结构剩余寿命的模式。模型形式如下：
确定关键控制点
(1) 由于本方法计算的指标为结构剩余寿命指标，因此新建路面结构寿命RCImax可取100，结构寿命结束时RCImin可取0。
(2) 模型参数a1代表结构剩余寿命的衰减率。通过对不同参数值结果对实际路面结构使用寿命的变化进行对比分析，该方法选取a1值0.06，符合度最高。
（3）通过对国家公路大、中修周期的调查和统计分析，统计计算出不同交通条件下半刚性基层路面结构的大修周期，如表4所示；在各种使用条件下，将功能性大修周期和中修期与结构的使用寿命进行比较，即可计算出结构在各维护阶段的剩余寿命指数，如表5所示。
建立新的指标体系和维修类型之间的关系
根据养护设计工程实践，结合我国公路沥青路面养护设计的相关标准和规范，提出了半刚性基层沥青路面大修和中修的路况边界条件，涉及半刚性基层沥青路面大修和中修的路况边界条件。 -刚性基层结构损伤指数和半刚性基层结构模量。衰减程度的两个指标建立了相关性[18]，如表6所示。
确定分析模型
根据已知的剩余寿命指标RCI值和半刚性基础结构的损伤指数衰减值或半刚性基础结构的模量衰减值A，可以计算出模型参数a0，如下式所示:
计算不同使用条件下的模型参数a0值，如表7所示，并绘制半刚性基础结构剩余寿命对应关系图，如图3、图4所示。
分析过程及方法
利用上述建立的模型，可以对沥青路面半刚性基层结构的剩余使用价值进行评价和分析。在分析之前，需要通过现有的专用测试方法或现有的测试数据来确定基础结构完整性和基础结构模量衰减这两个指标。测定方法如下：
(1)当半刚性基层结构完整性评价只能得到定性评价结果，而半刚性基层强度衰减评价只能得到本研究的定量评价数据时，图3的方法可以用于计算结构的剩余寿命指数。
(2) 当半刚性基层结构完整性评价能够获得定量评价数据，但半刚性基层强度衰减评价只能获得定性评价结果时，可采用图4的方法进行计算结构的剩余寿命指数。
(3)当两个评价指标都能获得定量评价数据时，可以同时使用两种方法并进行综合比较。
(4) 当两项评价指标均无法获得定量计算结果时，本研究中的半刚性基层剩余寿命评价方法将不适用。
方法应用与验证
案例1：重载级
河北省某高速公路为重交通等级，沥青混凝土路面。 2005年建成通车，2014年对路况进行详细测试，路面平均PCI指数值为86，平均PSSI指数值为85；该路段典型病害类型为横向裂缝。 、纵向裂纹和凹坑。典型病害部位钻取岩芯后发现，横向裂纹处基层70%受损，纵向裂纹处基层80%开裂，坑位基层结构100%被损坏。该路段于2015年进行了中修工程。
方法验证：利用上述检测数据，可计算出本段半刚性基础结构损伤指数为88，衰减值为12；基础结构模量衰减定性评价为中等；利用下图计算本节剩余的半刚性基层寿命为90%。因此，对于该段道路，可以认为基础结构基本保持良好，没有发生大面积破坏，可以继续保持原有状态。这一结论与2015年采取的养护方案一致，采取中间修复工程，重点治理沥青表层病害。
案例2：特大流量等级
广东省某高速公路，特重交通等级，沥青混凝土路面，于2001年建成通车，2015年对路况进行了详细检查，测量了基层顶面等效弹性模量通过现场代表性位置处的承重板为242MPa。原基层顶面设计等效回弹模量为300MPa；另外，对该断面代表性病害分布特征调查发现，横向裂缝平均间距为20m，纵向裂缝平均长度为350m/km。该路段于2016年进行了重大维修保养工程。
方法验证：利用上述检测数据钢结构寿命，可计算出本段半刚性基础结构的模量衰减指数为81，衰减值为19；基础结构完整性定性评价较差；图6用于计算本节半刚性基础结构的剩余寿命为60%。因此，对于该路段，可以认为整体基础结构仍具有一定强度，但部分路段基础结构损坏严重，应进行彻底处理和加固。这一结论与2016年某大修项目采取的维护方案一致，重点处理整体结构层病害，并增设沥青混凝土加强层。
综上所述
本研究通过大量研究和数据统计分析，系统提出了一套高等级公路沥青路面半刚性基层结构剩余寿命评价方法。主要研究结论包括以下几个方面：
(1)采用结构完整性和结构模量衰减两个指标评价半刚性基础结构的使用状况。同时，结合现有的特殊路况调查方法，提出了采用定量计算和定性评价相结合的方法对这两个指标进行分析。 。
(2)将全国大中型养护周期分布规律的统计分析结果转化为路面结构的寿命衰减规律，并与结构完整性和结构模量衰减两个评价指标建立匹配关系，从而实现评估现有路面结构。剩余寿命的定量计算。
(3)经实际养护设计项目验证，该方法的评价结果与路面结构实际损伤特征较为吻合，可用于指导半刚性基层沥青路面养护设计实践。
完整的文字。 2021年4月首次发表于《公路交通技术》。作者简介：林翔（1985-），男，广西百色人，硕士学位，副研究员。 ()添加主编微信CNLQLM99链接中国沥青路面资源。
