公路路面交通結(jié)構(gòu)病害成因分析及防治措施

摘要 隨著公路路網(wǎng)建設(shè)的逐漸完善，路面結(jié)構(gòu)病害的檢測成為道路維護(hù)中不可缺少的一環(huán)。文章為了全面分析路面結(jié)構(gòu)病害的形式及相應(yīng)的防治和檢測技術(shù)，首先總結(jié)了各種常見的病害，包括裂縫類病害、變形類病害、松散類病害等，并分析其成因；然后，從材料選擇、施工工藝、設(shè)備選擇等方面給出了各種病害的防治措施；最后，總結(jié)了幾種常用和有發(fā)展?jié)摿Φ牟『z測技術(shù)，包括彎沉儀檢測、探地雷達(dá)、三維激光掃描、基于計(jì)算機(jī)視覺的圖像識別技術(shù)等。在實(shí)際檢測項(xiàng)目中，應(yīng)根據(jù)場地環(huán)境選擇合適的檢測技術(shù)，找到對應(yīng)的病害類型，有針對性地進(jìn)行防治。

關(guān)鍵詞 道路病害；裂縫；無損檢測；彎沉儀；圖像識別

中圖分類號 U418.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）02-0087-03

0 引言

隨著我國高速公路和城市道路網(wǎng)絡(luò)的迅速擴(kuò)張，公路路面的各類病害問題逐漸凸顯，對行車的平穩(wěn)性和安全性產(chǎn)生了較大影響，同時也加大了道路的維護(hù)負(fù)擔(dān)。常見的公路路面交通結(jié)構(gòu)病害主要有裂縫[1-2]、變形[3]和路面材料松散[4]等幾類，其形成機(jī)制相當(dāng)復(fù)雜，設(shè)計(jì)、施工及養(yǎng)護(hù)等多個環(huán)節(jié)都可能成為誘因。該文首先對路面裂縫病害進(jìn)行分類討論。其次，對于裂縫類病害，提出采取灌縫或貼縫的方法進(jìn)行修補(bǔ)；對于變形類病害，則可以通過處理車轍、擁包和波浪等問題進(jìn)行整治[5-9]；而對于松散類病害，坑槽的填補(bǔ)、麻面和脫皮的修復(fù)等都是有效的解決方法。最后，總結(jié)了一系列路面病害的檢測技術(shù)，可根據(jù)不同的項(xiàng)目、路況、檢測要求進(jìn)行針對性的選擇。

1 公路路面病害成因分析

1.1 裂縫類

路面材料選擇及配比不合理、質(zhì)量控制不嚴(yán)或配合比設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)?，均會降低材料的抗裂性，進(jìn)而在溫濕度變化時出現(xiàn)裂縫。氣候的頻繁變化，特別是溫帶季風(fēng)氣候區(qū)的溫濕度大幅波動，對路面穩(wěn)定性造成沖擊，易產(chǎn)生裂縫，常見的路面裂縫如圖1（a）所示。作為省際高速公路，大交通流量和重載車輛的長期作用、路基壓實(shí)不均、路面材料質(zhì)量，以及環(huán)境因素、交通量的持續(xù)增長等也會導(dǎo)致路面疲勞裂縫。此外，施工工藝不合理，如壓實(shí)不充分或?qū)娱g結(jié)合不牢，也是裂縫產(chǎn)生的原因。特別是重型車輛的增多，使得路面在重復(fù)荷載下逐漸疲勞，從而產(chǎn)生裂縫。路基壓實(shí)不均會導(dǎo)致內(nèi)部空隙和微裂縫，在交通荷載作用下會逐漸擴(kuò)展為路面裂縫。此外，使用質(zhì)量不達(dá)標(biāo)或老化的路面材料也易引發(fā)裂縫，而環(huán)境因素如溫度和濕度的變化同樣會對路面材料產(chǎn)生影響，進(jìn)而導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。

1.2 變形類

變形類病害，如車轍、擁包和波浪，主要由車輛反復(fù)碾壓和路面材料疲勞引起。重載車輛長期行駛易形成車轍，尤其在高溫下路面材料變軟時更為明顯。而路面材料的非均勻沉降或施工問題則可能導(dǎo)致?lián)戆筒ɡ耍@些變形會導(dǎo)致路面起伏不平，影響行車安全，如圖1（b）所示。隨著交通量的增加，特別是重型車輛的頻繁通行，對路面的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提出了更高要求。長期重復(fù)的荷載會導(dǎo)致路面材料疲勞，進(jìn)而出現(xiàn)車轍、擁包等變形。同時，路面設(shè)計(jì)不合理或材料選擇不當(dāng)也可能導(dǎo)致路面在荷載下出現(xiàn)不均勻沉降。此外，路基施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)同樣會引發(fā)變形類病害。

1.3 松散類

常見的松散類病害有坑槽、麻面和脫皮等，如圖1（c）所示。松散類病害的成因涉及路面材料質(zhì)量、施工工藝、交通荷載及環(huán)境因素等。如果路面材料的強(qiáng)度和耐久性不足，或材料配比不合理，在車輛荷載下易出現(xiàn)松散、脫落。施工工藝不規(guī)范，如瀝青混凝土壓實(shí)不足、施工縫處理不當(dāng)，也會導(dǎo)致路面松散。重載車輛的反復(fù)通行會使路面產(chǎn)生疲勞損傷，進(jìn)而引發(fā)松散。此外，雨水侵蝕、紫外線照射等環(huán)境因素也會加速松散類病害的產(chǎn)生。為有效防治此類病害，應(yīng)從源頭控制材料質(zhì)量、優(yōu)化施工工藝、合理設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理。

1.4 其他類型

隨著時間的推移，路面材料老化、性能下降，還會出現(xiàn)其他多種病害。這些病害與設(shè)計(jì)、施工、交通荷載及環(huán)境因素緊密相關(guān)。例如，沉降可能因路基處理不當(dāng)引起，車轍可能與材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理有關(guān)，如圖1（d）所示。為確保路面處于良好狀態(tài)和延長使用壽命，應(yīng)及時檢測并防治各類病害，包括預(yù)防性養(yǎng)護(hù)和特定病害治理，同時應(yīng)用新型技術(shù)與材料不斷提升路面性能和耐久性。

2 公路路面病害防治技術(shù)

2.1 裂縫類病害防治技術(shù)

（1）灌縫技術(shù)。灌縫是處理路面裂縫的有效方法，通過在裂縫中注入專用密封材料，可達(dá)到防水、防塵及延緩裂縫擴(kuò)展的目的。灌縫分為開槽灌縫和不開槽灌縫兩種類型，其中開槽灌縫最關(guān)鍵的設(shè)備是灌縫機(jī)。灌縫機(jī)包括瀝青熱熔箱、瀝青噴槍、點(diǎn)火加熱系統(tǒng)、液壓驅(qū)動系統(tǒng)等。通常步驟為在開槽機(jī)完成開槽后，灌縫機(jī)通過加熱系統(tǒng)對瀝青加熱，通過噴槍將密封膠均勻灌入裂縫中，由液壓驅(qū)動系統(tǒng)負(fù)責(zé)為灌縫機(jī)提供動力，在裂縫路線上行走，實(shí)現(xiàn)一次密封完整。

（2）貼縫技術(shù)。貼縫處理是另一種有效的裂縫修復(fù)方法。在裂縫處貼上專用貼縫帶，不僅能快速修復(fù)裂縫，還能增強(qiáng)路面的耐用性。這種方法施工簡便、效果顯著，且對交通影響較小。貼縫技術(shù)適用于寬度小于4 mm的裂縫，而大于4 mm的裂縫則適用于灌縫。貼縫前應(yīng)對裂縫周邊路面進(jìn)行清理，保證無碎石、無凸起和凹陷，在貼縫過程中應(yīng)盡量保證裂縫位于貼縫帶中間，避免內(nèi)部形成氣泡。

2.2 變形類病害防治技術(shù)

（1）車轍處理。車轍分為失穩(wěn)型車轍和結(jié)構(gòu)型車轍，多數(shù)是路面瀝青結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)骨架的破壞導(dǎo)致。對于車轍的預(yù)防，可以從路面材料選擇、配合比設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、添加改性材料、把控施工質(zhì)量等方面進(jìn)行優(yōu)化。而對于已出現(xiàn)的車轍，對輕微車轍可采用切割和熱再生處理，以恢復(fù)路面的平整度；對于較嚴(yán)重車轍可采用瀝青路面再生技術(shù)和水泥路面修補(bǔ)技術(shù)進(jìn)行處理，以提高路面的耐久性和抗車轍性能，加強(qiáng)排水設(shè)計(jì)，防止水損害。

（2）擁包和波浪處理。對于瀝青配合比偏小或由于瀝青用量、施工等導(dǎo)致的各層瀝青黏結(jié)性能較差而產(chǎn)生的擁包，應(yīng)采用專業(yè)設(shè)備對隆起部位完全銑削至路面以下，同時填涂符合要求的瀝青集料。如果擁包是由于基層的推擠而產(chǎn)生，應(yīng)挖除部分路段并重新鋪筑。修補(bǔ)所用的材料應(yīng)盡量與原路面材料相同或強(qiáng)度高于原材料。路面波浪的處治類似于擁包，對于小面積波浪，可在波谷內(nèi)填補(bǔ)瀝青混合料找平；而對于起伏大的波浪，應(yīng)鏟除波峰部分重新鋪筑。

2.3 松散類病害防治技術(shù)

（1）坑槽處理。對于坑槽的預(yù)防，應(yīng)對原材料嚴(yán)格篩選，盡量使用改性瀝青。加強(qiáng)路面污染的治理，防止酸性物質(zhì)對路面的腐蝕。加強(qiáng)超載車輛管理，防止過大荷載對路面的損壞。注意路面防水措施，防止路面水匯集對材料的侵蝕。做好施工管理，在施工中保證下臥層的整潔、無污染，同時壓路機(jī)應(yīng)均勻壓實(shí)，并保證壓實(shí)次數(shù)合理。對于坑槽的治理，可分為坑槽冷補(bǔ)工藝和熱修補(bǔ)工藝，其中冷補(bǔ)工藝采用2～3 cm厚的冷料分層填放，攤鋪夯實(shí)；熱修補(bǔ)工藝是一種新型的修補(bǔ)技術(shù)，采用加熱設(shè)備快速加熱原瀝青路面，待達(dá)到攤鋪溫度后，使用舊料再生工藝修補(bǔ)坑槽，該技術(shù)能提高修補(bǔ)質(zhì)量，且瀝青舊料的再生能夠減少環(huán)境污染。

（2）麻面和脫皮處理。對于大面積的麻面和脫皮，同樣可以采用熱再生技術(shù)，以提高再生層和路面下承材料間的黏結(jié)強(qiáng)度。對于瀝青老化或油石比不足引起的麻面、脫皮松散，在就地?zé)嵩偕┕み^程中可以添加適量的再生劑和熱瀝青，以優(yōu)化再生后瀝青混合料的油石比，從而提高瀝青混合料的路用性能。

3 公路路面病害檢測技術(shù)

路面檢測早期采用人工檢測，隨著檢測技術(shù)的發(fā)展，發(fā)展為半自動化檢測，再到現(xiàn)在大部分路面檢測都采用無損檢測技術(shù)。無損檢測可將攝影設(shè)備、探地雷達(dá)、激光掃描器、彎沉儀及其他檢測設(shè)備集成在檢測車上，實(shí)現(xiàn)高度的智能化和自動化，對路面平整度、車轍、強(qiáng)度、損壞情況、線形等進(jìn)行全方位檢測。

（1）目前，彎沉儀是國內(nèi)廣泛采用的一種檢測技術(shù)。落錘式彎沉儀（Falling Weight Deflectometer， FWD）是較為常見的一種，F(xiàn)WD可搭載于檢測拖車上，通過液壓泵站控制落錘施加沖擊荷載，不同距離橫梁上的位移傳感器能夠記錄路面變形，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲杉?，再由終端的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。不同位置的傳感器數(shù)據(jù)可以得到路基的彎沉盆數(shù)據(jù)，從而推算路面結(jié)構(gòu)的模量。

（2）探地雷達(dá)（Ground Penetrating Rada， GPR）。探地雷達(dá)原理是通過發(fā)射和接收高頻電磁波探測路面內(nèi)部結(jié)構(gòu)。探地雷達(dá)車的組成結(jié)構(gòu)有傳感器、電池、固定支架、電池電纜、顯示器、顯示單元、傳感器支持鏈等。測量方式也分為多種，包括剖面法、寬角法、透射波法等。由于不同介質(zhì)的介電常數(shù)不同，電磁波在路下傳遞過程中在不同介質(zhì)層界面產(chǎn)生折射和反射，對接收到的信號進(jìn)行處理可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的檢測識別和定位。通過波形圖的異常，可以判斷地表下管線、鋪筑不密實(shí)、坑槽、水位等信息。

（3）三維激光掃描。三維激光掃描技術(shù)是一種十分高效的無損檢測技術(shù)，通過掃描地面或物體，獲得包含大量三維坐標(biāo)信息的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，獲取路面的空間位置信息，從而判斷病害情況。尤其對于裂縫等病害的判斷，激光掃描可以準(zhǔn)確判斷裂縫位置和寬度等信息。三維激光掃描技術(shù)通常需結(jié)合GPS實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，以獲取車輛的軌跡數(shù)據(jù)，檢測車需保持勻速行駛，確保點(diǎn)云數(shù)據(jù)的穩(wěn)定獲取。獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)過濾波去噪處理，并進(jìn)行特征分類，可以得出裂縫、坑槽、車轍等不同類型的路面缺陷。在路面平整度檢測方面，傳統(tǒng)的直尺測量法精度較低且效率不高，而激光掃描法可以適用于車速80 km/h的情況，其精度可以控制在0.1 mm，同時收集的數(shù)據(jù)可以和數(shù)字高程模型（DEM）相結(jié)合，計(jì)算得到國際平整度指標(biāo)（IRI）和平整度標(biāo)準(zhǔn)差，可以有效判斷路面波浪、線形不平順、麻面、坑槽等病害。

（4）圖像識別技術(shù)。計(jì)算機(jī)視覺（Computer Vision，

CV）技術(shù)是人工智能的一大領(lǐng)域，最初多用于人臉檢測、智能汽車、圖像檢索等領(lǐng)域，近年來工程師們逐漸將其運(yùn)用于道路檢測中。傳統(tǒng)的CV技術(shù)需要提取圖像中的特征，如采用閾值分割、邊緣檢測、角點(diǎn)檢測等算法進(jìn)行特征提取以形成目標(biāo)類別的定義，并用于其他圖像的檢測，這需要工程師對其中的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)圖像類別增多時，這項(xiàng)工作將變得尤為煩瑣。隨著深度學(xué)習(xí)的發(fā)展，CV技術(shù)有了進(jìn)一步的發(fā)展，深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以自動提取特征，性能遠(yuǎn)超過一些傳統(tǒng)CV算法。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Convolutional Neural Network， CNN）作為CV中常用的一種深度學(xué)習(xí)模型，更是在檢測領(lǐng)域有相當(dāng)多的應(yīng)用，使用編程語言也較為容易實(shí)現(xiàn)，例如使用python語言，通過pytorch、tensorflow、caffe、yolo等API可以快速構(gòu)建自身的CNN模型。路面病害圖像輸入CNN模型中，需要經(jīng)過若干個卷積層和池化層的轉(zhuǎn)化，最后在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行預(yù)測、識別。

4 結(jié)語

該文總結(jié)了公路路面的常見病害形式，對病害成因進(jìn)行了分析，給出了各類病害的防治措施，并且描述了現(xiàn)階段主流的路面病害檢測技術(shù)，具體如下：

（1）公路路面病害的主要類型可分為裂縫類、變形類、松散類、其他類型。對于裂縫的處置，可采用灌縫或貼縫技術(shù)，而對于變形類、松散類病害的預(yù)防和處置，可從材料選擇、配合比設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工把控等方面入手。

（2）路面病害檢測技術(shù)包括彎沉儀、探地雷達(dá)、三維激光掃描、圖像識別技術(shù)等。其中，彎沉儀可用于推算路面結(jié)構(gòu)模量；探地雷達(dá)可根據(jù)電磁波反射信號得到病害出現(xiàn)的具體位置，尤其是路面以下的缺陷；三維激光掃描則可用于路面平整度、裂縫、坑槽、道路線形等方面的檢測；圖像識別技術(shù)結(jié)合深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)高精度的不同類型病害的識別，需要注意的是模型的搭建和數(shù)據(jù)集的制作、訓(xùn)練等。

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