市政施工中路面裂縫的控制方法

董博

（太原市政建設(shè)集團有限公司，山西太原 030000）

0 引言

瀝青路面基層以半剛性基層為主，在道路運營中易受諸多因素的影響而發(fā)生各類裂縫等病害，必須給予重視。道路工程項目在建時，經(jīng)常會出現(xiàn)不同程度的裂縫問題，尤其橫向裂縫最為常見，其主要誘因是受到基層裂縫反射影響，導致瀝青面層出現(xiàn)嚴重的橫向裂縫。針對瀝青路面橫向裂縫問題，需采取有針對性的處置措施。為了對瀝青路面裂縫產(chǎn)生及其發(fā)展規(guī)律進行深入了解，需要對路面裂縫病害展開科學合理的調(diào)查和分析，提出有針對性的解決措施。

1 瀝青混凝土路面裂縫成因

瀝青混凝土路面施工基本工藝主要包括以下4 個方面。

（1）瀝青混凝土混合料的配制。瀝青混凝土混合料的配制是道路工程建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，也是影響道路路面施工質(zhì)量的關(guān)鍵步驟。瀝青混凝土混合料配制需要根據(jù)道路工程的總體建設(shè)目標科學計算各種材料的配比，并按照配制工藝進行流程化標準化操作，從而得到符合道路工程質(zhì)量要求的混合料；在混合料配制時還應當對原材料的質(zhì)量進行檢測與控制，若瀝青針入度、混凝土密度等原材料指標不達標則可能導致路面裂縫形成。

（2）瀝青混凝土混合料的運輸?；旌狭系倪\輸也是瀝青混凝土路面施工的基本工藝，在客觀條件不滿足的情況下，瀝青混凝土混合料無法在施工現(xiàn)場進行制備，因此制備好的瀝青混凝土混合料需要通過專用車輛運輸?shù)焦こ态F(xiàn)場，保證配制好的混合料符合運輸質(zhì)量要求[1]。

（3）瀝青混凝土混合料的攤鋪與壓實?；旌喜牧系臄備伵c壓實作業(yè)是道路路面工程施工中的關(guān)鍵步驟，在攤鋪與壓實施工過程中需要協(xié)調(diào)壓實機作業(yè)長度與攤鋪速度間的關(guān)系，從而保證壓實施工作業(yè)的穩(wěn)定性與質(zhì)量。瀝青混凝土混合料的攤鋪與壓實過程中應根據(jù)環(huán)境溫度、濕度和風速等條件靈活調(diào)整攤鋪與壓實速度，從而保證瀝青混凝土混合料溫度處于適宜狀態(tài)，避免攤鋪不當增加路面開裂風險。

（4）路面保護。在混合材料的攤鋪與壓實作業(yè)完成后，還應對瀝青混凝土面層的平整度進行檢查，其中尤其應當重點檢查路面接縫、下水道井蓋等特殊部位。

2 市政施工中路面裂縫處理方法

2.1 路面裂縫識別

裂縫識別深度學習模型基于VGG 網(wǎng)絡(luò)中塊的設(shè)計思路和SegNet 網(wǎng)絡(luò)中編譯碼器（Encoder-Decoder）思想進行設(shè)計，通過多尺度誤差函數(shù)對模型識別精度進行量化評價。VGG 網(wǎng)絡(luò)中塊的設(shè)計思路將圖像信息的識別和提取逐級抽象化，將特定卷基層和池化層組成可重復的單元塊。圖像在該單元塊時，信息抽象化程度逐級提高，形成一系列不同尺度的中間處理結(jié)果。這些中間處理結(jié)果保留了裂縫等缺陷圖像對噪聲敏感但邊界清晰的低尺度信息和對噪聲魯棒性強但邊界模糊的高尺度信息。這些中間處理結(jié)果根據(jù)通過Encoder-Decoder 還原成與輸入圖像同大小的數(shù)據(jù)以進行該尺度下的誤差分析，由此可以得到裂縫圖像不同尺度下的誤差。通過將這些多尺度下的誤差圖進行巧妙融合，組成新的誤差函數(shù)，網(wǎng)絡(luò)每次訓練以減少該多尺度誤差為目標。由于模型同時考慮了裂縫的具象信息（邊界信息）和抽象信息（是否為裂縫），對于裂縫的識別準確率和定位準確率有明顯提升。

2.2 路面裂縫檢測

傳統(tǒng)的裂縫檢測以人工檢測為主，但這種方法效率低下且依賴工人的經(jīng)驗，具有一定的局限性?，F(xiàn)階段，隨著計算機視覺及模式識別領(lǐng)域的快速發(fā)展，國內(nèi)外的一些專家學者提出了多種以目標檢測網(wǎng)絡(luò)為主體的裂縫檢測網(wǎng)絡(luò)，例如，基于深度學習的橋梁裂縫檢測算法，通過滑動窗口算法切分圖像解決了數(shù)據(jù)樣本不足的問題，通過深度橋梁裂縫分類模型（DBCC）結(jié)合改進的滑動窗口算法對裂縫進行檢測，但滑動窗口切分法得到的圖像需人工判讀才能找出包含裂縫的圖像，因此這種數(shù)據(jù)擴增方法效率較低；改進了以ResNet-50為特征提取網(wǎng)絡(luò)結(jié)合多任務增強RPN（區(qū)域選?。┑腇asterR-CNN 目標檢測網(wǎng)絡(luò)，并對大壩裂縫進行檢測；利用SSD（單點多尺度目標檢測器）目標檢測算法對混凝土結(jié)構(gòu)裂縫進行高精度檢測。這些以目標檢測網(wǎng)絡(luò)為主體的裂縫檢測網(wǎng)絡(luò)雖可以通過目標檢測框輸出裂縫在圖片背景的相對位置與目標區(qū)域塊，但裂縫分布路徑不規(guī)整，形態(tài)延展非線性，具有特殊的拓撲結(jié)構(gòu)，而這些裂縫檢測網(wǎng)絡(luò)無法捕獲裂縫的分布路徑、拓撲結(jié)構(gòu)、形狀延展和密度信息等[2]。然而，這些信息往往非常重要，也可為更深入地提取像素級的可量化信息提供幫助，如計算裂縫的長度、平均寬度、最大寬度、面積等。為此，一些專家學者提出并改進了以圖像處理技術(shù)與圖像分割網(wǎng)絡(luò)為主體的裂縫分割網(wǎng)絡(luò)，例如，提出了基于OpenCV 開源平臺和改進Canny 算子的路面裂縫分割算法來提取分割路面裂縫；基于DeeplabV3+語義分割網(wǎng)絡(luò)提出了一種分割瀝青路面裂縫的方法，并通過FPT（正交骨架線法）算法對裂縫進行量化計算。這些以圖像處理算法與圖像分割網(wǎng)絡(luò)為主體的裂縫分割網(wǎng)絡(luò)雖然能獲取裂縫的分布路徑、拓撲結(jié)構(gòu)、形狀延展和密度等信息，但是在動態(tài)地對路面裂縫進行分割時缺乏裂縫在圖像中的相對位置信息，而帶有裂縫缺陷的路面往往少于正常路面，從而很難從諸多分割圖像中篩選并定位含有裂縫的圖像。為解決這些問題，筆者提出一種針對路面裂縫的檢測分割網(wǎng)絡(luò)，選用高精度的YOLOV5 目標檢測網(wǎng)絡(luò)作為主框架，并為YOLOV5添加分割模塊，以實現(xiàn)同時對路面裂縫進行檢測和分割；針對裂縫數(shù)據(jù)集不足的問題，提出了應用生成對抗網(wǎng)絡(luò)對裂縫數(shù)據(jù)集進行擴增的方法。

2.3 溶劑型灌縫技術(shù)

路面裂縫是影響道路使用性能的嚴重病害問題之一，對路面的美觀性及使用性能產(chǎn)生極其嚴重的影響。當前的路面灌縫技術(shù)主要包括溶劑型灌縫技術(shù)和灌縫膠灌縫技術(shù)。溶劑型灌縫技術(shù)即采用溶劑型改性瀝青對裂縫進行灌注處理，利用氣泵將瀝青緩慢壓入裂縫中，通過反復加壓，直至灌縫材料與路面平齊。該技術(shù)的主要應用材料為改性劑，它在常溫條件下的流動性較差，因此在施工過程中，需要對其持續(xù)加熱，施工流程煩瑣，易使工期延長。灌縫膠灌縫技術(shù)屬于裂縫修補的新技術(shù)，它采用高分子聚合物作為灌縫材料，在高溫下形成液體狀態(tài)，并與混合物充分混合后灌入裂縫中。該技術(shù)施工后裂縫的密封性較好，且不易變形，但所需灌縫材料的價格昂貴，會增加施工成本[3]。根據(jù)路面裂縫形成原因，考慮實際地質(zhì)條件，通過對灌縫施工主要設(shè)備進行選型及裂縫處治最佳時間的確定等施工前準備，對施工工藝進行設(shè)計，根據(jù)施工流程，完成灌縫施工。對試驗路段進行施工效果檢測，檢測結(jié)果表明，灌縫施工后的路面彎沉值相比于施工前有所降低，提高了路面平整度，證明所設(shè)計的灌縫施工技術(shù)具有可行性。

2.4 微創(chuàng)注漿修復技術(shù)

半剛性基層瀝青路面在道路建設(shè)中應用較為廣泛，半剛性基層可提高道路的整體穩(wěn)定性，降低瀝青路面面層的攤鋪厚度，從而降低施工成本。但是，從實際應用效果來看，半剛性基層瀝青路面在經(jīng)受車輛長期軸向荷載、高溫和凍融等環(huán)境的共同作用后，其材料強度、力學性能均出現(xiàn)大幅下降，從而導致路面出現(xiàn)大面積裂縫、坑槽、車轍等病害，影響行車的舒適度和安全。因此，需要對半剛性基層瀝青路面進行預防性養(yǎng)護處理，抑制病害的發(fā)展[4]。通過對半剛性基層瀝青路面裂縫進行現(xiàn)場檢測，選取裂縫深度達到基層的部位實施非開挖的微創(chuàng)注漿修復技術(shù)。經(jīng)試驗段注漿試驗，確定了注漿材料性能參數(shù)及機具要求，應用有機材料微創(chuàng)注漿施工工藝，并通過鉆芯取樣的方式對注漿效果實施綜合評價。檢測數(shù)據(jù)顯示，漿液在壓力作用下，對基層之間的空隙進行了填充加固；而芯樣劈裂試驗顯示，漿液能有效實現(xiàn)對半剛性基層的補強加固，且劈裂強度高于1MPa，對修復半剛性基層瀝青路面裂縫具有較好的效果。

3 市政施工中路面裂縫的控制策略

3.1 提高地基強度及穩(wěn)定性

路基設(shè)計時要結(jié)合沿線濕度、溫度變化規(guī)律，確保路基具有一定的強度、穩(wěn)定性。路基施工時，要對路基填筑材料進行有效管控，完善填筑工藝手段，保障路基的穩(wěn)定性。填筑材料的選擇和利用要嚴格遵守現(xiàn)有規(guī)范要求，確保強度達標，要壓實到規(guī)定的密實度并形成穩(wěn)定的填方砂礫土質(zhì)，切忌選擇淤泥或沼澤土等。路堤填筑施工環(huán)節(jié)要符合施工標準，無論選擇黃土還是膨脹土，都必須嚴格按照施工流程進行操作，避免帶來不良影響[5]。在橋涵回填施工時，保證砂礫具有良好的透水性，從而保證碾壓施工處理效果。通過試驗，對各種不同類型填土的最大干密度和最佳含水量等進行管控，同時要按照分層填筑、分層碾壓的方式進行施工。另外，施工前期必須確定填土分層的壓實厚度，通常不超過20cm。

3.2 完善道路工程項目前期設(shè)計環(huán)節(jié)中的質(zhì)量把控

從現(xiàn)場踏勘入手，考慮當?shù)厥┕きh(huán)境氣候變化、使用人群對構(gòu)件本身功能需求、橋梁位置功能性要求等方面，做好論證與數(shù)據(jù)梳理工作，確保經(jīng)現(xiàn)場初勘和相關(guān)論證等系列工作后將各類干擾因素的影響降到最低。前期設(shè)計質(zhì)量直接影響橋梁投入運營階段使用功能和安全功能。要抓好質(zhì)量控制及措施落實，做好各系列設(shè)計參數(shù)及數(shù)據(jù)驗證與校準工作。運用創(chuàng)新思維和創(chuàng)新理念，論證過程中依托先進的儀器和設(shè)備繪制出精準安全的設(shè)計圖紙方案，為下一步工序提供保障。

3.3 道路保養(yǎng)與人員培訓

在保證施工質(zhì)量的前提下，高效科學的道路保養(yǎng)措施也是延長瀝青道路使用壽命、預防后期路面開裂的關(guān)鍵步驟。在瀝青路面的各類型裂縫中，載荷型裂縫、反射型裂縫均與道路保養(yǎng)、管理質(zhì)量有密切關(guān)聯(lián)，因此相關(guān)從業(yè)人員應當采取積極有效的管理控制制度規(guī)范建成后瀝青道路的使用標準，通過定期保養(yǎng)與車輛載荷管控，避免反射型裂縫與載荷型裂縫的形成。路面工程建設(shè)過程中各種施工工藝都需要由具備相關(guān)專業(yè)技能的人員操作，因此人員素質(zhì)與技術(shù)水平是影響道路工程質(zhì)量的關(guān)鍵因素，若人員技術(shù)水平低下，可能導致施工工藝出現(xiàn)錯誤從而增加裂縫形成風險。項目管理者應當在人員招聘、人員培訓和人員考核等方面加強管理，建立完善的人力資源制度，對關(guān)鍵施工崗位的人員招聘應當設(shè)置最低技術(shù)標準要求，并在人員入職后定期進行人員系統(tǒng)培訓，以提高項目建設(shè)相關(guān)人員的職業(yè)素質(zhì)，提高人員對各種施工工藝的掌握程度，同時也應當通過人員培訓提高員工的責任心，避免工程建設(shè)過程中員工責任心不足或缺失而增加工程安全隱患，延長瀝青路面使用壽命。

3.4 裂縫養(yǎng)護方法

對于道路表面產(chǎn)生的開裂，常規(guī)的養(yǎng)護方法是利用熱瀝青或灌縫膠對開裂處進行灌縫處理。目前，常用的灌縫方式為人工操作灌縫機，手持灌縫槍對裂縫填充灌縫料。灌縫過程中，裂縫容積未知。因此，灌縫裝置出料流量由目測決定，灌縫自動化程度和效率不高。在灌縫的同時，對裂縫容積進行檢測，灌縫裝置出料流量根據(jù)裂縫容積檢測結(jié)果進行控制，實現(xiàn)灌縫過程中灌縫出料流量的自動控制，提高灌縫效率。針對灌縫裝置出料流量無法根據(jù)裂縫容積進行自動控制的問題，提出了一種利用線結(jié)構(gòu)光三維測量的裂縫容積檢測方法[6]。針對此方法，搭建了裂縫容積實驗檢測平臺對裂縫模型進行檢測。裂縫容積檢測通過全局相機對全局裂縫進行采樣，提取出全局裂縫后，使線結(jié)構(gòu)光與全局裂縫法線方向保持一致，沿全局裂縫軌跡對裂縫截面進行掃描，從而準確識別裂縫容積，便于控制灌縫出料流量。

4 結(jié)語

道路為人們的日常生活提供便利，但道路的養(yǎng)護是一項挑戰(zhàn)。研究表明，當一條質(zhì)量合格的道路使用時間達到其壽命的75%后，如果沒有進行養(yǎng)護，那么隨著使用時間的延長，其養(yǎng)護成本和養(yǎng)護難度也會隨之增大。道路要做到建好、管好、護理好、運營好，而護理好不僅關(guān)系到道路運營，還關(guān)系到規(guī)劃建設(shè)、道路管理。在道路養(yǎng)護中，裂縫是結(jié)構(gòu)表面維護中最常見的病害之一。因此，對道路表面裂縫的提取是養(yǎng)護工作中決策的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。橫向反射裂縫通常由基層向上擴展到面層，受荷載的影響，橫向裂縫間距與累計當量軸次相互之間存在一定的密函數(shù)相關(guān)性，提升面層材料抗裂性能能有效緩解裂縫出現(xiàn)時間。但需要注意，面層材料抗裂性能的提升并不能阻止裂縫的產(chǎn)生，因此，要結(jié)合實際情況，積極采取有針對性的措施，將瀝青路面橫向裂縫發(fā)展規(guī)律、影響因素等進行有效整合，以促進瀝青路面裂縫問題的有效防治。