公路沥青路面病害检测与养护.pdf

总651期2023年第21期（7月 下）1 公路沥青路面主要病害分级及成因分析1.1 沥青路面病害分级标准公路沥青路面病害产生原因复杂，受交通量、气候气象条件、沥青混合料性能、施工技术、排水条件等因素的影响，导致不同区域的公路沥青路面病害类型多样1。本文利用结合沥青路面病害调查统计数据及公路技术状况评定标准（JTG 52102018），对裂缝、坑槽、车辙等典型的病害进行分级，具体分级指标如表1所示2。表1 公路沥青路面病害分级标准沥青路面主要病害类型裂缝类车辙坑槽横缝纵缝龟状裂缝块状裂缝分级轻重轻重轻中重轻重轻重轻重计算指标主要裂缝宽度/m主要裂缝宽度/mm块度/m，平均缝宽/mm块度/m，平均缝宽/mm深度/mm面积/m23333块度在0.20.5块度0.2，平均缝宽25块度0.2，平均缝宽5块度1，平均缝宽12块度在0.51，平均缝宽21015150.10.11.2 沥青路面病害成因1.2.1 裂缝根据产生机理不同，沥青路面裂缝包括温缩裂缝、反射裂缝、荷载裂缝等，具体阐述如下：温缩裂缝。在环境温度周期性反复变化作用下，部分公路沥青混合料的应力松弛性能较差，难以抵抗温度应力的增长。当温度应力大于路面材料抗拉强度，路面会温缩裂缝；反射裂缝。多出现在设置半刚性基层的沥青路面。沥青路面周边环境温度降低会使半刚性基层剧烈收缩，从而在面层细微裂缝处产生拉应力，导致细微裂缝不断扩展变宽；荷载裂缝。如果沥青路面结构设计不合理、材料性能不满足设计要求、施工质量控制不当，路面在反复车辆荷载作用下会产生的拉应力大于路面材料抗拉强度，从而形成荷载裂缝。1.2.2 车辙车辙是指沥青路面在车轮反复作用下产生形成的凹凸变形，可分为结构性车辙、失稳性车辙、磨损性车辙三类，其中失稳性车辙最常见。沥青路面车辙产生的原因有内因和外因两大类，其中内因主要指沥青混合料的抗剪强度，与沥青用量、集料粒径、沥青混合料级配、压实度等相关，计算见式（1）；外因包括气候、气象条件、交通量、交通组成、施工质量控制。=tan+c（1）式（1）中：为沥青混合料所受正应力，单位kPa；为沥青和集料间的黏聚力，单位kPa；为沥青混合料内摩擦角，单位。1.2.3 坑槽公路沥青路面坑槽病害具有突发性、高发性和蔓延性等特点。坑槽容易出现沥青混合料空隙较大或压实度不足的路段，具体层位是表面层和中面层。这是因为雨水沿着沥青混合料的空隙渗入路面结构层后，会使沥青与石料间黏附力降低。在车辆荷载作用下，石料剥落。需要注意，桥面铺装层的沥青混合料剥落原因有所不同，主要原因在于3：水泥混凝土与沥青混合料间材料性能差异大，层间变形不一致。2 公路沥青路面病害检测方法2.1 工程概况本文以某高速公路项目为研究对象，探讨公路沥青路面病害检测新技术的应用。该高速公路全长56.8km，路线起讫桩号为 K0+000K56+800，设计速收稿日期：2023-01-09作者简介：王兆昌（1987），男，河北邢台人，工程师，从事高速公路养护、检测等工作。公路沥青路面病害检测与养护王兆昌（河北高速公路集团有限公司大广分公司，河北 衡水 053000）摘要：为提升公路沥青路面养护管理水平，首先分析了沥青路面主要病害形式及成因，随后以某高速公路项目为研究对象，探讨了路面裂缝、坑槽、车辙等病害的检测技术，同时提出了路面病害的养护原则、养护时机计算方法及具体的养护措施，研究成果可为同类公路沥青路面养护提供参考。关键词：沥青路面；病害成因；检测方法；养护技术；效果评价中图分类号：U418文献标识码：B72交通世界TRANSPOWORLD度为120 km/h，设计荷载为公路-I级，主线为双向4车道，路基横断面宽度27m，沥青路面结构厚70 cm，路面结构组合为4 cm细粒式沥青混凝土AC-13C+6 cm中粒式沥青混凝土 AC-20C+8 cm粗粒式沥青混凝土 AC-25-25+18 cm水稳碎石上基层+18 cm水稳碎石下基层+18 cm低剂量水稳碎石底基层。项目位于平原地带，地形较平坦，地表覆盖层以黏土、粉质黏土等为主，地下水丰富，雨水较充足，年平均降雨量约1 028 mm，主要集中在710月份。经过多年运营，路面出现裂缝、车辙、坑槽等病害，路面服务水平降低，需结合路面状况采取一定的养护措施。2.2 裂缝病害检测2.2.1 无人机检测法无人机通常是由高清相机、激光雷达、测量模块等组成。在公路沥青路面裂缝检测中，可利用无人机巡航实时拍摄影像画面，其中高清相机拍摄裂缝形态，激光雷达、测量模块来获取点云数据，进而建立路面裂缝三维模型。为保证采集裂缝信息的准确性，无人机采集高度不宜超过100 m，并对行车道和应急车道逐个拍摄4。2.2.2 红外热像法由相关研究成果可知，材料内部损伤后，其热导特性会出现一定程度的衰减，影响热能在材料内部的传播。因此，红外热像法检测路面裂缝的原理就是利用路面裂缝处的热传导能力与路面其他部位不同，两处温差较大，会在图像形成强烈对比，即路面存在裂缝时，红外图像上的整体温度会存在异常，此异常值可能为极大值或极小值（具体结合外界气候环境分析）。2.2.3 裂缝检测精度利用上述方法对 K25+000K30+000段、K12+000K17+000段、K30+000K35+000段进行检测（路段分别命名为1#路段、2#路段、3#路段），以验证无人机检测法、红外热像法的合理性，不同检测方法的识别精确度见表1。表1 沥青路面裂缝检测结果检测方法无人机检测法红外热像法路段1#路段2#路段3#路段1#路段2#路段3#路段裂缝总数/条324225324225识别裂缝/条273622243319识别率/%84.385.788.075.078.676.0由表1可知，在同一路段，无人机检测法的裂缝识别率大于红外热像法，应用效果更好。2.3 车辙、坑槽病害检测公路沥青路面的车辙、坑槽病害可借助三维激光检测系统。三维激光检测系统是基于“激光三角测量法”对物体进行测量，对于被测物体的材质没有特殊要求，不仅能检测金属，还能检测非金属，具有精度高、非接触、检测速度快等优势，但成本相对较高。沥青路面车辙和坑槽的深度h按式（2）计算5：h=ahbsin-hcos（2）式（2）中：a为激光器与被测物体表面虚拟交点至透镜的距离，单位cm；b为透镜至感光面的距离，单位cm；为激光束法线与成像镜头光轴的夹角，单位cm；h为像点在成像面上的位移，单位cm。2.4 路面病害检测结果对公路全线的裂缝、车辙、坑槽等病害处进行检测，得到不同病害的占比如图1所示。图1 沥青路面病害占比由图1可知，该项目沿线病害整体较轻，以各种裂缝为主，裂缝占比高达56.6%，车辙和坑槽占比相差不大，分别为20.8%和15.6%，泛油、松散、沉陷等病害占比较低，仅为7%。3 公路沥青路面病害养护技术3.1 沥青路面养护原则为保证路面在未来运营期间具备良好的使用性能，选择路面养护方案时应遵循以下原则：考虑未来交通量增长。随着经济的发展，未来交通量及重载车辆会增加，为避免将来交通量激增使沥青路面再次破损，应组织技术人员对沿线交通量详细调查预测；节约工程造价。在选择沥青路面养护方案时应结合具体病害特点，对养护方案进行技术性和经济性比选，不得盲目参考临近项目的处治措施；减小干扰。沥青路面养护时产生的噪音、材料乱堆乱放等问题会影响周边居民生活，为避免居民投诉，应选择合适的养护工艺。此外，还要积极协调交管部门，尽量减少对现有车辆通行的影响；生态环保。公路沥青路面病害养护时不得破坏周边生态环境，减少水土损失。3.2 沥青路面养护时机确认公路沥青路面的使用性能是随运营时间不断衰减的，但衰减速度先慢后快。在公路运营初期，路面结构层承载能力强，能抵抗车辆荷载。但随着运营时间增加，路面开始出现裂缝、坑槽、车辙等病害，会加快路面损73总651期2023年第21期（7月 下）坏速度。这说明在路面开始出现病害就进行养护，会大幅提高养护成本，需选择合适的养护时机。沥青路面养护实际分析可根据运营时间和路况来确定。根据运营时间来确定路面养护时需要养护单位根据以往养护经验制定养护措施，比如高速公路运营13年采用雾状封层养护、运营35年采用稀浆封层养护、运营510年采用薄层罩面养护；而根据路况来确定路面养护时间需要结合现状路况调查数据，建立路面状况指数PCI和公路运营时间的函数关系，以预测路面未来某一时期的PCI值，见式（3）：PCI=100-aXb（3）式（3）中：a为斜率；X为路面运营时间，单位月；b为修正系数。查阅公路技术状况评定标准（JTG 52102018），建议PCI值对应的路面状况评价等级为良、中时可开展大中修和改建，评价等级为优的路段采取预防性养护。3.3 沥青路面养护技术3.3.1 裂缝养护路面裂缝采用开槽灌缝法进行处治，具体施工步骤为：开槽和清槽。利用开槽机沿裂缝开出一条宽1.52.0 cm、深23 cm的槽，并用空气泵气枪将槽内的碎渣、灰尘吹扫干净；灌缝。将密封胶加热至设定温度，用灌缝机将密封胶均匀地灌入槽内，并在裂缝两侧轻微拖动，使密封胶条形成T形封带，提升裂缝密封效果；养护。密封胶灌缝需充分冷却（至少冷却15 min）方可开放交通。3.3.2 车辙养护利用微表处技术（以改性乳化沥青为黏结料）可以迅速恢复和改善车辙处沥青路面的平整度、防水性、抗滑性等。由于车辙处的横断面是凹型曲线，黏结料填补厚度不是固定量，需将骨料粒径按照车辙槽的断面正态分布。同时，需给摊铺机配置一个V形摊铺槽，以保证黏结料充分压实。3.3.3 坑槽养护沥青路面坑槽处理采用挖补式技术，具体工艺流程大致为：划定维修面处理坑槽洒布黏层油回填碾压沥青混合料封缝防水，其中回填碾压沥青混合料是最关键的环节。为使坑槽能填满沥青混合料时，填料顺序应为从坑槽周边向中央移动，并在碾压前推匀、调平混合料。同时，根据坑槽的面积和深度来选择碾压方法，小坑槽使用振动平板夯碾压即可，大坑槽需使用振动钢轮压路机，以保证坑槽中混合料的压实度。3.4 沥青路面养护效果评价公路沥青路面施工规范（JTG F402004）中对高速公路平整度标准差的要求为：上面层不大于 1.2mm、中面层不大于1.5 mm、下面层不大于1.8 mm。为检验该项目路面养护技术的可行性，以平整度为评价指标。笔者从对 K25+000K30+000 段、K12+000K17+000段、K30+000K35+000段右幅各选2 km为检测路段，在面层养护结束后使用连续式平整度仪采集路面平整度数据，采样点20个，检测结果见图2。图2 路面平整度数据由图2可知：该高速公路沥青路面在养护后的平整度标准差和变异系数均满足规范，但各路段路面平整度均存在变异性，且变异性水平不同，2#路段变异系数小，1#路段变异系数大。4 结论本文研究了公路沥青路面病害成因、病害检测技术及相应的处治技术，并对养护效果进行评价，主要得到以下结论：公路沥青路面病害机理复杂，影响因素多，不同区域病害类型多样，主要有裂缝、坑槽、车辙等典；路面裂缝可采用无人机检测、红外热像法等，车辙、坑槽病害可借助三维激光检测系统；公路沥青路面养护应考虑未来交通量增长，并坚持节约工程造价、减小干扰、生态环保等选择，以选择合理的养护时间；路面裂缝、车辙、坑槽病害分别采用开槽灌缝法、微表处技术、挖补回填进行养护，处治效果显著。参考文献：1 董思佳.公路工程常见病害及试验检测方法J.交通世界，2021（36）：78-79.2 苗守举，陈水生.公路沥青路面病害分析及养护J.江西建材，2021（2）：147-148.3 刘雄，唐斌峰.高速公路沥青路面检测与评定研究J.公路与汽运，2021（1）：79-82.4 王钊栋，彭勇均，熊春龙.三维探地雷达在路面内部病害检测中的应用J.黑龙江交通科技，2020，43（12）：3-5.5 雷适瑄.陕西省公路沥青路面使用性能监测评价与养护对策研究D.西安：长安大学，2019.74