瀝青路面主要病害形式與病害檢測(cè)應(yīng)用分析

摘要 瀝青路面因長(zhǎng)期受到自然環(huán)境、交通荷載等因素的共同作用，容易出現(xiàn)裂縫、坑槽、車轍等多種病害?；诖耍撐囊劳芯唧w工程，分析紅外熱像法和無人機(jī)檢測(cè)法在裂縫識(shí)別中的精度問題，探討3m直尺、鉆芯取樣、三維探地雷達(dá)在路面病害檢測(cè)中的應(yīng)用，研究結(jié)果表明：在裂縫識(shí)別方面，無人機(jī)檢測(cè)法具有更好的檢測(cè)效果，同時(shí)通過3m直尺、鉆芯取樣及三維探地雷達(dá)等技術(shù)的檢測(cè)，可判斷出依托工程中面層病害最為嚴(yán)重。

關(guān)鍵詞 瀝青路面；病害形式；病害檢測(cè)技術(shù)

中圖分類號(hào) U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）04-0115-03

0 引言

瀝青路面因其良好的平整度、行車舒適性及抗滑性等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于各等級(jí)公路中，然而長(zhǎng)期服役過程中，瀝青路面在自然環(huán)境、交通荷載、材料老化等因素的共同作用下會(huì)產(chǎn)生各種病害，這些病害的出現(xiàn)嚴(yán)重影響著道路的路用性能和使用壽命，因此，快速準(zhǔn)確識(shí)別并評(píng)估瀝青路面的病害狀況，對(duì)于制定科學(xué)合理的養(yǎng)護(hù)方案、延長(zhǎng)道路使用壽命具有重要意義。基于此，該文依托具體工程，探討紅外熱像法、無人機(jī)檢測(cè)法、3 m直尺、鉆芯取樣及三維探地雷達(dá)等技術(shù)在瀝青路面病害檢測(cè)中的應(yīng)用。

1 瀝青路面主要病害形式

1.1 裂縫

裂縫是瀝青路面服役過程中常見的病害形式，根據(jù)裂縫形成機(jī)理可將裂縫分為溫縮裂縫、反射裂縫和荷載型裂縫。（1）溫縮裂縫主要是由溫度變化所引起的，在寒冷地區(qū)或冬季氣溫較低的環(huán)境下，瀝青材料會(huì)隨著溫度的下降而發(fā)生收縮變形，當(dāng)收縮應(yīng)力超過瀝青混合料的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致溫縮裂縫的產(chǎn)生。（2）反射裂縫通常出現(xiàn)在半剛性基層或舊路面的瀝青加鋪層中，當(dāng)基層或舊路面中存在裂縫時(shí)，在車輛荷載或溫度變化的反復(fù)作用下，這些裂縫會(huì)逐漸擴(kuò)展到瀝青加鋪層中，最終在瀝青路面中形成貫穿性的反射裂縫。（3）荷載型裂縫主要是由于車輛荷載的反復(fù)作用導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)層底部產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過材料的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)導(dǎo)致荷載型裂縫的產(chǎn)生[1]。

1.2 車轍

車轍是指在車輛荷載的反復(fù)作用下，瀝青路面沿車道線處產(chǎn)生的凹凸變形現(xiàn)象，根據(jù)形成機(jī)理可將車轍分為結(jié)構(gòu)型車轍、磨耗型車轍、失穩(wěn)型車轍和壓密型車轍。根據(jù)以往研究表明：瀝青路面車轍產(chǎn)生的原因可歸結(jié)為兩類，分別為內(nèi)因和外因，其中外因是指外部環(huán)境因素，如高溫、重載等，內(nèi)因是指瀝青混合料本身所帶來的因素，如瀝青混合料抗剪強(qiáng)度、瀝青用量、集料級(jí)配等。

1.3 坑槽

瀝青路面坑槽是指在行車荷載作用下瀝青混合料局部脫落而產(chǎn)生的坑洼。瀝青路面坑槽出現(xiàn)的原因可歸結(jié)為兩點(diǎn)：（1）公路在承受車輪荷載作用時(shí)，如果荷載過大或分布不均，會(huì)導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)受損，從而形成坑狀或槽狀凹陷；（2）雨水沿著瀝青混凝土孔隙滲透到路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部后，在行車荷載產(chǎn)生的動(dòng)水壓力作用下，會(huì)削弱瀝青結(jié)合料與集料表面的黏結(jié)力，從而導(dǎo)致瀝青從集料表面剝落，進(jìn)而造成瀝青混凝土的局部松散，最終在車輪荷載作用下出現(xiàn)坑槽現(xiàn)象[2]。

1.4 泛油

泛油是指瀝青混合料中的瀝青溢出至公路表面后在路面上形成的一層油膜現(xiàn)象。究其原因是瀝青路面施工工藝不當(dāng)，在外界氣溫較高的環(huán)境下，瀝青混合料中的自由瀝青從路面空隙溢出，最終出現(xiàn)的路面黏輪和反光現(xiàn)象。

1.5 推移

瀝青混合料推移是指路面在車輛荷載作用下，瀝青混合料沿著路面層間或?yàn)r青與基層間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的現(xiàn)象。這種推移現(xiàn)象會(huì)降低路面的平整度，從而增加交通事故的風(fēng)險(xiǎn)，瀝青混合料推移產(chǎn)生的原因較多，如層間黏結(jié)力較差、瀝青混合料中細(xì)集料較多、瀝青用量較大以及頻繁的重載交通等。

2 瀝青路面病害檢測(cè)應(yīng)用分析

2.1 工程概況

某公路工程為面層+半剛性基層+路基的結(jié)構(gòu)組合形式，設(shè)計(jì)時(shí)速為120 km/h，通車多年后，在車輛荷載和外界環(huán)境的反復(fù)作用下，路表面出現(xiàn)了多種類型的病害，工程中采用不同技術(shù)對(duì)路面病害進(jìn)行檢測(cè)。

2.2 病害檢測(cè)技術(shù)

2.2.1 紅外熱像法

根據(jù)相關(guān)研究表明，材料內(nèi)部的損傷往往伴隨著微觀結(jié)構(gòu)的改變，如裂紋、孔隙的增多以及晶粒的細(xì)化等，這些微觀結(jié)構(gòu)的改變會(huì)阻礙熱能的傳播路徑，導(dǎo)致熱阻增加，進(jìn)而造成熱導(dǎo)率下降。例如，瀝青混合料內(nèi)部存在裂縫或孔隙時(shí)，熱能在傳播過程中會(huì)在這些區(qū)域發(fā)生散射和反射，從而降低熱能的傳播效率。紅外熱像法檢測(cè)路面裂縫的原理主要基于材料熱傳導(dǎo)性質(zhì)的差異（見圖1所示），當(dāng)路面存在裂縫時(shí)，這些裂縫區(qū)域與周圍完好的路面在熱傳導(dǎo)能力上會(huì)有顯著差異，具體來說，裂縫處由于材料的不連續(xù)性和可能的空氣填充，其熱傳導(dǎo)能力會(huì)相對(duì)較弱，而周圍完好的路面則具有更好的熱傳導(dǎo)性能[3]。

2.2.2 無人機(jī)檢測(cè)法

目前對(duì)于瀝青路面裂縫的快速檢測(cè)可采用無人機(jī)檢測(cè)法進(jìn)行，無人機(jī)通過搭載高清相機(jī)、激光雷達(dá)和測(cè)量模塊等組件而為裂縫檢測(cè)提供全面精確的數(shù)據(jù)支持，其中高清相機(jī)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)拍攝瀝青路面的裂縫走向、寬度等形態(tài)，而激光雷達(dá)、測(cè)量模塊則負(fù)責(zé)快速掃描整個(gè)路面區(qū)域，并生成大量的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，由于無人機(jī)采集高度過高會(huì)造成圖像分辨率下降，因而該工程中規(guī)定無人機(jī)采集高度不得超過100 m，同時(shí)為了確保檢測(cè)結(jié)果的精度和準(zhǔn)確性，整個(gè)檢測(cè)過程中對(duì)行車道和應(yīng)急車道逐道拍攝。

2.2.3 三維探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)

三維探地雷達(dá)主要用于檢測(cè)路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷，其檢測(cè)原理是通過發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻電磁波，這些電磁波在地下介質(zhì)中傳播時(shí)，遇到存在電性差異（如介電常數(shù)、電導(dǎo)率等）的分界面時(shí)會(huì)發(fā)生反射或散射[4]。反射或散射的電磁波隨后被接收天線接收，通過對(duì)接收到的電磁波信號(hào)進(jìn)行處理、分析和解譯，可以準(zhǔn)確推斷地下介質(zhì)的空間位置、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和埋藏深度，三維探地雷達(dá)檢測(cè)原理示意圖見圖2所示，圖中X——探地雷達(dá)天線距離，單位（m），H——目標(biāo)體埋深，單位（m），h1、h2、h3——介質(zhì)層厚度，單位（m）。該工程中所用三維探地雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)見表1所示。

2.3 上面層病害檢測(cè)分析

2.3.1 上面層裂縫病害檢測(cè)

采用紅外熱像法和無人機(jī)檢測(cè)法對(duì)瀝青上面層裂縫進(jìn)行檢測(cè)，以驗(yàn)證兩種方法在檢測(cè)裂縫時(shí)的精度和識(shí)別效果，具體檢測(cè)結(jié)果見表2所示。

從表2中可以看出：K1+320～K2+320段裂縫總數(shù)為22條，紅外熱像法識(shí)別裂縫數(shù)為15條，識(shí)別率為68.2%，無人機(jī)檢測(cè)法識(shí)別裂縫數(shù)為18條，識(shí)別率為81.8%；K2+320～K3+320段裂縫總數(shù)為34條，紅外熱像法識(shí)別裂縫數(shù)為26條，識(shí)別率為76.5%，無人機(jī)檢測(cè)法識(shí)別裂縫數(shù)為29條，識(shí)別率為85.3%；K3+320～K4+

320段裂縫總數(shù)為30條，紅外熱像法識(shí)別裂縫數(shù)為24條，識(shí)別率為80.0%，無人機(jī)檢測(cè)法識(shí)別裂縫數(shù)為26條，識(shí)別率為86.7%。從兩種檢測(cè)技術(shù)的裂縫識(shí)別率來看，無人機(jī)檢測(cè)法的裂縫識(shí)別率大于紅外熱像法的裂縫識(shí)別率，表明在裂縫識(shí)別方面，無人機(jī)檢測(cè)法具有更好的檢測(cè)效果。

2.3.2 上面層車轍檢測(cè)

從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況來看，該工程中車轍主要發(fā)生在渠化位置處，在車輪作用時(shí)間增加、路面摩擦與沖擊不斷增大的情況下，該區(qū)間車轍現(xiàn)象較為嚴(yán)重，因而，該工程中利用3 m直尺進(jìn)行車轍長(zhǎng)度與深度的檢測(cè)，具體檢測(cè)結(jié)果見表3所示，同時(shí)在車轍位置處進(jìn)行取芯檢測(cè)，并測(cè)定芯樣厚度與穩(wěn)定度，具體檢測(cè)結(jié)果見表4所示。

從表3中可以看出，所檢路段每延米車轍平均深度在60 mm左右，從表4中可以看出，該路段車轍類型主要為壓密型車轍，其中中面層壓密現(xiàn)象最為嚴(yán)重，實(shí)際施工過程中，由于過度追求壓實(shí)度和平整度而導(dǎo)致路面出現(xiàn)車轍現(xiàn)象，此時(shí)瀝青混合料處于半固膠狀態(tài)，在道路投入運(yùn)營(yíng)后的初期，在車輛荷載的反復(fù)作用下，瀝青混凝土發(fā)生緩慢變形，部分區(qū)域體積逐漸收縮，路面開始發(fā)生剪切變形，隨著車載軸重的增加，車輛荷載產(chǎn)生的剪切應(yīng)力逐漸超過瀝青混合料的極限承載能力，內(nèi)部混合料由于受到較大的擠壓作用而出現(xiàn)排列擠密現(xiàn)象，最終導(dǎo)致面層出現(xiàn)嚴(yán)重的車轍現(xiàn)象[5]。

2.4 瀝青路面病害檢測(cè)分析

為進(jìn)一步探明整個(gè)瀝青面層內(nèi)部的缺陷，現(xiàn)采用三維探地雷達(dá)進(jìn)行病害檢測(cè)，整個(gè)檢測(cè)過程分快車道與慢車道兩個(gè)車道進(jìn)行，并按車道檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，具體檢測(cè)結(jié)果見表5所示。

從上表中可以看出，上面層病害主要為橫向裂縫、縱向裂縫和坑槽，中面層病害主要為橫向裂縫和縱向裂縫，下面層病害主要為橫向裂縫、縱向裂縫和網(wǎng)狀裂縫；從快車道和慢車道病害統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，慢車道病害數(shù)量及病害程度均重于快車道。究其原因是：與快車道相比，慢車道上車輛作用時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致車輛產(chǎn)生的剪切應(yīng)力長(zhǎng)時(shí)間作用于瀝青路面上，最終造成慢車道病害程度重于快車道病害程度。此外，從層間病害檢測(cè)結(jié)果來看，三個(gè)面層中中面層病害程度最為嚴(yán)重，與其他面層相比，由于車輛荷載的反復(fù)作用，中面層容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，尤其是在路面不平整或車輛行駛軌跡固定的情況下，這種應(yīng)力集中現(xiàn)象更為明顯，同時(shí)高溫環(huán)境下，面層中溫度最大值往往出現(xiàn)在中面層，因而在長(zhǎng)時(shí)間高溫重載環(huán)境下，中面層病害程度最為嚴(yán)重。

3 結(jié)語

該文通過對(duì)瀝青路面主要病害形式與病害檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用開展研究，得出如下結(jié)論：

（1）瀝青路面主要病害形式包括裂縫、車轍、坑槽、泛油及推移等，這些病害類型均是由荷載、外界環(huán)境因素及瀝青混合料本身性質(zhì)等多種因素共同作用的結(jié)果。

（2）通過紅外熱像法和無人機(jī)檢測(cè)法對(duì)瀝青上面層裂縫進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)比結(jié)果顯示，在裂縫識(shí)別方面，無人機(jī)檢測(cè)法具有更好的檢測(cè)效果。

（3）通過采用3 m直尺及鉆芯取樣對(duì)車轍路段進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)依托工程中面層壓密現(xiàn)象最為嚴(yán)重。

（4）通過采用三維探地雷達(dá)對(duì)整個(gè)面層病害進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)依托工程面層病害類型主要包括橫向裂縫、縱向裂縫、網(wǎng)狀裂縫及坑槽等，從三個(gè)面層病害統(tǒng)計(jì)情況來看，中面層病害最為嚴(yán)重。

參考文獻(xiàn)

[1]陳江，原野，郎洪，等.基于多分支深度學(xué)習(xí)的瀝青路面多病害檢測(cè)方法[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2023，53（01）：123-129.

[2]張永福，童景盛，康聯(lián)國(guó).瀝青路面車轍病害檢測(cè)分析及探討[J].城市道橋與防洪， 2022（12）：68-70+15.

[3]魏育奇，吳延凱，盧旭，等.舊瀝青路面改擴(kuò)建工程內(nèi)部病害無損檢測(cè)研究[J].路基工程， 2022（5）：192-197.

[4]胡德雄.探地雷達(dá)在瀝青路面隱性病害檢測(cè)中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代交通技術(shù)， 2021（4）：20-25.

[5]吳玉榮.普通公路瀝青路面病害數(shù)據(jù)的檢測(cè)及運(yùn)用[C].中國(guó)公路學(xué)會(huì)養(yǎng)護(hù)與管理分會(huì).中國(guó)公路學(xué)會(huì)養(yǎng)護(hù)與管理分會(huì)第十一屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.貴州省公路局， 2021：6.

收稿日期：2024-08-05

作者簡(jiǎn)介：徐?。?987—），男，本科，工程師，研究方向：試驗(yàn)檢測(cè)。