水泥路面裂缝管理系统研究_高燕.pdf

针对水泥路面养护管理存在的问题，特别是裂缝数据的管理、分析技术的落后，提出了一套水泥路面裂缝管理分析方法，实现采集、分析及预测等功能，有助于改善水泥路面管养水平，为科学化、精细化的道路管养理论与实践提供参考。关键词:道路工程;水泥路面;裂缝;养护方法中图分类号:TU997文献标识码:A文章编号:1009 6825(2023)15 0132 030引言水泥混凝土路面是高等级路面的重要结构形式，与沥青路面相比，它具有寿命长、养护工作量小，能源消耗少，施工简便，对集料品质的要求低等优点，但随着交通运输行业的迅速发展，路面交通量的猛增，不少新建路面结构在短期内就出现大量的裂缝、断板等病害，造成行驶质量和服务水平急剧下滑，使得水泥混凝土路面不仅没有体现出结构承载力高、适应性强、使用寿命长和使用期内养护维修量小等优点，反而使其维修技术难度高、费用昂贵以及对交通干扰大等弱点进一步凸现，严重制约了水泥混凝土路面的发展1 2。针对这些问题，开展水泥路面裂缝管理系统研究，探索裂缝的发展规律，从而对裂缝进行有效抑制，有助于管养单位对水泥路面进行有效管理。1裂缝检测技术整个水泥路面裂缝图像识别过程非常复杂，如图 1所示，首先使用小波分解将原始路面图像分解为低分辨率图像和高分辨率图像，在低分辨率图像中，使用 P 分位二值化方法结合方格法识别修补区块，屏蔽修补区块后，在剩余图像中使用 LoG 算子对修补裂缝进行识别，同时，剔除交通标线、接缝和长条状污渍等几类普遍存在的干扰;针对复杂噪声下细微裂缝、纹所具有的弱对比度、不连续性的难点，对高分辨率图像，首先屏蔽低分辨率中识别的修补块、修补裂缝及各类典型干扰，之后，通过傅里叶变换和反变换在频域中消除刻槽，接着，使用 LoG 算子对强边缘图像进行检测，通过过滤、拼接等技术实现新生裂缝识别;并设计了人工辅助校验系统，在少量人工介入的条件下，大幅度提高自动识别的正确率，如图 2 所示。结合图像的位置信息，可实现对裂缝细节的长期发展情况的跟踪观测，如图 3 所示。长条状污渍新生裂缝接缝汇总识别结果结束过滤、拼凑LOG 检验交通标线干扰噪声修补裂缝傅里叶变换方格法检测修补块开始获取路面图像小波分解低分辨率图像高分辨率图像P 分位二值化屏蔽屏蔽LoG 检测频域去除刻槽傅里叶反变换图 1裂缝识别流程图图 2裂缝识别效果图 3不同年份的裂缝对比231第 49 卷 第 15 期2 0 2 3 年 8 月山西建筑SHANXIACHITECTUEVol 49 No 15Aug20232裂缝数据管理21裂缝数据的空间管理将水泥路面裂缝投影到同一块板上，绘制同板裂缝空间分布投影图，如图 4 所示，横向裂缝聚集在面板两侧接缝附近，距离板边中部位置仍比较远，预示着可能板中未必是最危险的地方;而纵向裂缝并不是均匀的分布在板块上，也未集中于板中地带抑或均衡地分布在轮迹带附近，而是向一侧轮迹带集中，同样地，角禹及斜向裂缝也出现类似聚集效应，由此可见，造成水泥混凝土面板开裂的主要原因为脱空，面板在远未达到设计规范所预想的疲劳程度时，就因基层支撑条件的恶化开裂了，这给我们水泥混凝土路面设计与养护理论带来了新的启示。图 4裂缝位置投影角禹横向斜向纵向22裂缝数据的时间管理图 5 为某高速公路 2011，2012，2013 及 2015 四年的横向裂缝发展变化情况，A，B 和 C 点为三个考察点，观察发现，A 点 在 2011，2012 和 2013 年 度 均 在 增 长，到2015 年度，缩小了几乎一倍，这是由于 A 段代表的路面破碎板过多导致大量的换板，从而致使统计数字的异常;B 点的裂缝数量在2011 和2012 年都不突出，属于裂缝的低密度路段，但在 2013 年、2015 年发展迅猛，一跃成为裂缝最多的地方，结合 2011 年错台量的观测，之所以造成此种情况，是由于此段 3 mm 以上的错台最多，由此判断此路脱空严重，是典型的“后来者居上”;C 点的情况也较为典型，属于裂缝多发的地段，但后期的发展速度滞后，从图 5 中看，2012，2013，2015 观测的数据“裹足不前”，几乎没变，因此，并没有“前期裂缝多、后期裂缝就一定多”的说法，通过以上分析，裂缝的发展是不均匀的、成因非常复杂，单单从裂缝整体统计数据的表象难以揭示它们发展的内在联系，而现阶段的做法，大多管养单位根据路段 PCI、断板率等统计指标指导养护实践，由于数据判读的失误，可能难以做到针对性、预见性和时效性。图 5路段裂缝统计过程中的复杂变化历史2011201320152012CCCCBBBBAAA40604030A3裂缝的预测由于裂缝发展规律受到众多因素的影响，很难用统一的数学模型描述，针对不同用途，给出了板块级裂缝和路段级裂缝两种预测方法。对于板块级裂缝预测，旨在发现哪些板块存在较大的开裂风险。针对不同路面结构，首先建立预警模型的特征集合，包括当前累积交通量、裂缝特征(新生裂缝类型、长度及角度，旧裂缝类型、长度、角度及旧裂缝产生时累积交通量，临近板块旧裂缝类型、长度、角度及裂缝产生时的累积交通量，板块所在路段裂缝数量、连续断板区域的平均板块数量及最大板块数量等)、错台特征(板块两侧错台类型、错台量及增量，临近板块错台类型、错台量及增量，板块所在路段错台空间分布、错台平均值及最大值)、填缝料损坏特征(板块两侧填缝料损坏类型、程度及增量，临近板块填缝料损坏类型、程度及增量，板块所在路段填缝料损坏空间分布、填缝料损坏平均值及最大值)、脱空特征(板角脱空量及增量，临近板块脱空量及增量，板块所在路段脱空分布、脱空均值及最大值);接着根据观测路段获取的累积交通量、裂缝、错台、填缝料和脱空数据作为训练样本，利用人工智能方法建立板块裂缝风险预测模型(见图 6)，得到路段中每个板块近期产生裂缝的风险，并对风险预测结果进行排序;最后，结合该路段的裂缝总量预测结果设置预警水平的阈值，从而实现对近年可能产生断板的板块进行准确定位。同板扩散邻板扩散生长模式423图 6板块裂缝风险模型对于路段级的裂缝预测，需在完成裂缝类型库及分类标准的基础上，通过对历年路网和观测路段的海量裂缝图像数据处理，以路面结构、裂缝发展 扩散规律的相似性原则，结合基层养护站点辖区对路网进行路段划分，在综合考虑路面结构、气候条件、交通量等因素下，分析初生裂缝时间点分布、同板扩散时长分布、邻板扩散时长分布、裂纹到断板的时长分布、路段裂缝时间发展情况、路段裂缝空间分布的演变情况及脱空、错台、II 对裂缝增长的影响关系;在此基础上，考虑历史维修状况建立路段裂缝预测模型(见图 7)，能够较为准确的预测未来时段路段裂缝总量、各类裂缝在未来时段的发展状态以及裂缝向周边板块扩散的态势，为把握路网、路段裂缝发展、扩散的总体态势提供依据。当年裂缝类型分布当年错台等级分布当年 IRI 分布图 7路段裂缝预测模型(下转第 174 页)331第 49 卷 第 15 期2 0 2 3 年 8 月高燕，等:水泥路面裂缝管理系统研究 J 中国水运，2023(2):98 99 7 胡松 探究钢栈桥设计与施工技术控制 C 上海筱虞文化传播有限公司，中国智慧工程研究会智能学习与创新研究工作委员会 Proceedings of2022 Shanghai Forum on Engineering Technology andNew Materials(ETM2022)(VOL 2)Proceedings of2022 Shanghai Forum on Engineering Technology andNew Materials(ETM2022)(VOL2)，2022:32 33 8 钟德明，张煜梓 钢栈桥设计优化与成本控制 J 山西建筑，2020，46(5):158 160Calculation of temporary steel trestleconstruction for expressway constructionXu Haibin(Zhejiang Communications Construction Group Co，Ltd，Hangzhou Zhejiang 310051，China)Abstract:This paper takes a practical engineering as the background and conducts construction calculations on a Bailey beamsteel trestle bridge Through Midas Civil established a three-dimensional spatial model and structure is calculated and analyzedThe results show that，it was found that the force and deformation of the main beam，bridge deck，and substructure of the Bai-ley beam steel trestle meet the requirements for the design load combination，and the overall stability of the structure also meetsthe requirementsKey words:steel trestle;Bailey beam;steel pipe pile(上接第 133 页)板块裂缝预警模型与路段裂缝预测模型的区别，两者研究对象不同，前者是近期路段中每个板块产生裂缝风险预测，后者为对路段裂缝宏观预测。预测方式不同，前者是通过当前裂纹、错台、填缝料损坏、脱空等断板潜兆特征直接进行预测，它对脱空、错台等要素的考虑是定量的、具体的;后者则是考虑路段脱空、错台和维修状况等影响因素下，根据路段历史裂缝数据的回归预测，它对脱空、错台和维修状况的考虑是定性的。用途不同，前者用于日常及时性养护，能够对高断板风险的板块进行定位，是精细化养护的体现;后者用于脱空维修时机确定，是科学化养护的体现。4结语目前，虽然我国水泥路面总体比重不低，但在高等级路面的新建工程中几乎消失殆尽，由于失去这个市场，导致设计、施工、养护、人才培养长期迟滞，而面对沥青材料大量进口，这对筑路资源的战略安全是不利的，而养护方式、方法的落后无疑是导致目前尴尬局面的重要一环，因此，构建科学化、精细化的水泥路面裂缝管理系统，有助于改善当前水泥路面管养水平，提高管养单位的工作效率，克服水泥路面管养难题，延长道 路 的 使 用 寿 命，促 进 水 泥 路 面 在 我 国 顺 利发展。参考文献:1 潘玉利 路面管理系统原理 M 北京:人民交通出版社，1998 2 孙立军 道路与机场设施管理学 M 北京:人民交通出版社，2009esearch on crack management system of cement pavementGao Yan1，Ying Hong2(1 Hengshui Municipal Engineering Management Center，Hengshui Hebei 053000，China;2 College of Architecture and Transportation Engineering，Guilin University of Electronic Science and Technology，Guilin Guangxi 541004，China)Abstract:In view of the problems existing in cement pavement maintenance management，especially the backward managementand analysis technology of crack data，a set of cement pavement crack management and analysis method is proposed，which re-alizes the functions of collection，analysis and prediction，which is helpful to improve the level of cement pavement managementand maintenance，and provides a reference for scientific and refined road management and maintenance theory and practiceKey words:road engineering;cement pavement;crack;curing method471第 49 卷 第 15 期2 0 2 3 年 8 月山西建筑