公路瀝青路面病害及檢測(cè)技術(shù)研究

劉興隆，吳世東

（貴州順康檢測(cè)股份有限公司，貴陽(yáng) 550014）

完善的交通體系是促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基建舉措，近些年來(lái)我國(guó)公路網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)張，其中瀝青公路占有較大比例，瀝青是我國(guó)公路建設(shè)中較為常用的工藝手段，其特點(diǎn)是駕駛感受優(yōu)良、可無(wú)縫銜接及施工速度快等，但與此同時(shí)公路瀝青路面也存在一定弊端，目前常見(jiàn)的病害包括裂縫坑槽及車(chē)轍等問(wèn)題，與施工工藝、施工環(huán)境和施工溫度都有著較大關(guān)系，應(yīng)引起相關(guān)部門(mén)及人員的充分重視。公路發(fā)展對(duì)我國(guó)社會(huì)意義重大，因此有針對(duì)地分析公路瀝青路面病害成因及檢測(cè)技術(shù)尤為重要，相關(guān)部門(mén)必須針對(duì)瀝青路面病害的種類(lèi)及成因進(jìn)行探索和分析，形成科學(xué)良好的施工及養(yǎng)護(hù)意識(shí)，采用合理的工藝進(jìn)行修復(fù)保養(yǎng)，以減輕瀝青路面的損壞程度，以此提高公路路面的使用壽命。

1 公路瀝青路面的病害成因分析

1.1 裂縫病害及成因

瀝青材料受環(huán)境溫度影響較大，當(dāng)出現(xiàn)溫度差值時(shí)很容易造成公路路面的瀝青裂縫，瀝青裂縫主要分為縱向裂縫、橫向裂縫及網(wǎng)狀裂縫。首先，橫向裂縫是與車(chē)輛行駛方向互相垂直，主要是溫度影響造成的自身收縮或變形，加上上部的荷載力量，從而導(dǎo)致橫向裂縫產(chǎn)生。其次，縱向裂縫產(chǎn)生的原因較為復(fù)雜，主要與上部荷載的應(yīng)力傳導(dǎo)有較大關(guān)系，同時(shí)也可能受到其他外界因素影響，一般認(rèn)為小于3 mm的縱向裂縫屬于輕微病害，但是如果瀝青路面平整度不達(dá)標(biāo)，則有可能加速縱向裂縫的快速擴(kuò)張，從而影響行駛質(zhì)感。網(wǎng)狀裂縫是縱向裂縫和橫向裂縫同時(shí)出現(xiàn)產(chǎn)生的，又被稱(chēng)為龜裂，一般而言是瀝青路面長(zhǎng)期缺少維護(hù)或大量超載車(chē)輛行駛造成的結(jié)構(gòu)性路面分離[1]。

1.2 坑槽病害及成因

坑槽病害在以往的公路瀝青路面上較為常見(jiàn)，是由上部荷載或外力沖擊造成的坑狀或槽狀凹陷，而且隨著自然降雨的逐步滲透，會(huì)使公路的面層和基層出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性分離問(wèn)題。早期的坑槽病害主要是施工時(shí)骨料與瀝青結(jié)合不均勻造成，因此經(jīng)過(guò)外界應(yīng)力剪切作用使得形成坑槽損傷，后期的坑槽病害則是應(yīng)力與水溫穩(wěn)定性問(wèn)題共同作用造成了路面抗穩(wěn)定性下降?？硬鄄『θ绻L(zhǎng)期不進(jìn)行管理維護(hù)則可能導(dǎo)致極具惡化，輕則路面凹凸不平，無(wú)法行駛車(chē)輛，重則結(jié)構(gòu)層分離或塌陷[2]。

1.3 車(chē)轍病害及成因

隨著我國(guó)電子商務(wù)的快速發(fā)展，各個(gè)地區(qū)的物流運(yùn)輸行業(yè)出現(xiàn)了爆發(fā)式增長(zhǎng)，各個(gè)區(qū)之間的物資交換頻率加大，因此規(guī)模龐大的大型車(chē)輛、重型車(chē)輛行駛時(shí)會(huì)對(duì)公路造成一定的疲勞性沖擊，尤其是反復(fù)碾壓后形成的路面局部變形，如果不及時(shí)進(jìn)行維護(hù)或修整，則會(huì)加劇瀝青路面的病害擴(kuò)張。瀝青路面本身具有一定彈性，可以提高車(chē)輛行駛質(zhì)感，但是也很容易因?yàn)橥饨鐟?yīng)力作用造成變形，一旦出現(xiàn)形變則很難恢復(fù)。車(chē)轍病害的產(chǎn)生就是因?yàn)橹匦蛙?chē)輛或大型車(chē)輛的碾壓，最為嚴(yán)重的問(wèn)題是一旦出現(xiàn)車(chē)轍后，其他后續(xù)車(chē)輛仍會(huì)沿著已經(jīng)出現(xiàn)車(chē)轍的路線(xiàn)行駛，致使車(chē)轍問(wèn)題逐漸擴(kuò)大化。產(chǎn)生車(chē)轍病害后，很容易造成車(chē)輛輪胎的磨損，而與車(chē)轍不同寬度的車(chē)輛行駛過(guò)程中則容易產(chǎn)生失穩(wěn)問(wèn)題。

1.4 泛油病害及成因

公路瀝青路面的泛油問(wèn)題是由早期的施工工藝不滿(mǎn)足需求或不能抵抗外界溫度造成的形變，由于瀝青具有一定的流動(dòng)性，當(dāng)溫度升高時(shí)這種流動(dòng)性能會(huì)有明顯的提升，而瀝青中所包裹的粗細(xì)骨料，此時(shí)也會(huì)隨之移動(dòng)并與下部的混凝土基層產(chǎn)生分離現(xiàn)象。一般而言，行人踩上時(shí)會(huì)有黏連感，但是如果車(chē)輛行駛后，則可能造成基層與面層的分離，也就是常見(jiàn)的泛油病害。近些年來(lái)，隨著瀝青路面工藝水平的上升，更多的改性瀝青被廣泛使用，因此泛油病害已經(jīng)逐漸減少，與此同時(shí)改性瀝青也使得公路的使用壽命有所提升，對(duì)于節(jié)約整個(gè)公路工程的周期壽命成本具有積極意義[3]。

1.5 路面松散與推移問(wèn)題

瀝青公路面的材料是瀝青與其他骨料進(jìn)行混合灌筑所形成的公路表層，由于處在整個(gè)工程的最外層，因此受到外界因素干擾較大，同時(shí)如果瀝青與骨料的級(jí)配不合理就會(huì)產(chǎn)生松散流動(dòng)等問(wèn)題，從整體工程而言就會(huì)形成推移現(xiàn)象。路面松散與推移問(wèn)題造成整個(gè)公路變形，并對(duì)路基造成很大影響，車(chē)輛在行駛過(guò)程中會(huì)由于不平路面產(chǎn)生側(cè)向滑動(dòng)或變向，因此對(duì)安全行駛具有影響，同時(shí)在維護(hù)過(guò)程中需要消耗大量的人力物力[4]。

2 公路瀝青路面檢測(cè)技術(shù)分析

2.1 瀝青路面彎沉檢測(cè)

由于瀝青公路路面是軟性材料，因此在車(chē)輪反復(fù)碾壓過(guò)程中有可能出現(xiàn)裂縫或車(chē)轍，而路面彎沉檢測(cè)技術(shù)則是根據(jù)車(chē)輪軌跡縫隙出現(xiàn)的垂直變形或回彈變形值進(jìn)行檢測(cè)，最為著名和常用的是貝克曼聯(lián)法，另外還包括自動(dòng)彎沉測(cè)定儀法、激光彎沉測(cè)定儀法及落錘式彎沉儀測(cè)定法。貝克曼聯(lián)法操作較為簡(jiǎn)單，但是受到外界因素影響較大，包括溫度因素、日照因素等，同時(shí)也會(huì)受到測(cè)量人員主觀(guān)意識(shí)支配[5]。目前最為精準(zhǔn)的方式是激光彎沉測(cè)定，依法利用激光發(fā)射器計(jì)算路面回彈變形數(shù)值，由于激光射程遠(yuǎn)且精度高，因此這種方法的未來(lái)發(fā)展較為可觀(guān)，尤其對(duì)于剛性路面彎沉檢測(cè)仍具有較高效率，且造價(jià)低廉、讀數(shù)穩(wěn)定。

2.2 瀝青路面平整度檢測(cè)

路面平整度是指路面縱向的凹凸量偏差值，路面平整度是評(píng)定瀝青路面的重要技術(shù)指標(biāo)即道路面的形式安全，同時(shí)也能體現(xiàn)路面的使用壽命。當(dāng)路面平整度過(guò)大時(shí)，會(huì)造成行車(chē)阻力并形成震動(dòng)顛簸，這既影響高速行車(chē)的安全，同時(shí)也會(huì)對(duì)路面結(jié)構(gòu)層造成破壞，而影響路面平整度的因素較多，包括不均勻沉降、攤鋪工藝水平及碾壓質(zhì)量和下層病害等。目前常用的瀝青路面平整度檢測(cè)手段包括定長(zhǎng)度直尺法、斷面描繪法和順簸累積法，其中以順簸累積法最為方便快捷，可以通過(guò)車(chē)輛傳感器對(duì)測(cè)量路段平整度進(jìn)行檢測(cè)。尤其對(duì)于槽坑較多的瀝青路面使用比較方便。但是如果瀝青路面破壞較為嚴(yán)重時(shí)，則不易采用此法，更建議使用定長(zhǎng)度直尺法和斷面描繪法的結(jié)合方式[6]。

2.3 瀝青路面滲水系數(shù)檢測(cè)

較為傳統(tǒng)的滲水檢測(cè)方法適用于在路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定瀝青路面的滲水系數(shù)，主要使用滲水儀進(jìn)行檢測(cè)上部。滲水儀的滲水量筒由透明有機(jī)玻璃制成，一般容積為600 mL，并在玻璃外部標(biāo)明刻度，檢測(cè)路段應(yīng)至少設(shè)定5個(gè)測(cè)點(diǎn)，并用粉筆在路面畫(huà)上標(biāo)記。眾所周知，瀝青路面長(zhǎng)期暴露在戶(hù)外環(huán)境下，自然界的各類(lèi)因素對(duì)其影響較大，尤其是自然降水會(huì)隨著路面逐漸向下滲透，造成路基結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，因此測(cè)定瀝青路面的滲水性是對(duì)瀝青路面常見(jiàn)病害的有效控制手段。但是近些年來(lái)，隨著海綿城市的建設(shè)理念被提出，部分公路建設(shè)還需要瀝青路面具有較高的滲水性，然后從底部進(jìn)行排除加下部蓄水能力，同時(shí)為了更好地反映真實(shí)滲水情況，也常采用常規(guī)室內(nèi)簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)檢測(cè)。另外，由于不同區(qū)域的降水量以及環(huán)境要求差別較大，在進(jìn)行公路瀝青路面滲水檢測(cè)過(guò)程中，要以實(shí)際情況及建設(shè)需求為準(zhǔn)[7]。

2.4 瀝青路面抗滑性檢測(cè)

公路一般按照所適應(yīng)的年平均晝夜交通量及其使用任務(wù)和性質(zhì)劃分為若干技術(shù)等級(jí)，包括高速公路和四個(gè)級(jí)公路，車(chē)輛行駛過(guò)程中路面與車(chē)輪之間的摩擦力直接影響車(chē)輛的穩(wěn)定性和運(yùn)轉(zhuǎn)速度，目前常見(jiàn)的瀝青路面抗滑性檢測(cè)包括擺式儀法、構(gòu)造深法、橫向抗滑系數(shù)法。首先，擺式儀法是通過(guò)儀器的擺動(dòng)臂末端橡膠片與路面形成的摩擦力測(cè)量抗滑值，屬于動(dòng)力擺沖擊型儀器，但同時(shí)會(huì)受到底座不穩(wěn)定、升降把手與緊固把手調(diào)整、擺頭下落與儀器產(chǎn)生碰撞等因素影響。其次，構(gòu)造深法主要是運(yùn)用鋪沙方式，公路路面的粗糙程度決定了路面與輪胎之間的摩擦力，對(duì)路面表面的構(gòu)造深度進(jìn)行檢測(cè)，可以評(píng)定宏觀(guān)粗糙度、排水性及抗滑能力，構(gòu)造深度法還可分為手工鋪砂法和電動(dòng)鋪砂法，通過(guò)計(jì)算陷入表面空隙的沙粒體積與覆蓋面積之比，求得構(gòu)造深度，但是人工鋪沙的誤差率較大，目前電動(dòng)法比較常用。最后，橫向抗滑系數(shù)法是利用摩擦系數(shù)測(cè)定在潮濕路面行駛時(shí)測(cè)定輪與行車(chē)方向角度，被稱(chēng)為側(cè)向力系數(shù)計(jì)算法，汽車(chē)的行駛過(guò)程中會(huì)受到橫向力和豎向力2個(gè)因素影響，橫向力為不穩(wěn)定因素、豎向力是穩(wěn)定因素，采用橫向力系數(shù)計(jì)算法可以在測(cè)定時(shí)不妨礙交通，并連續(xù)快速測(cè)定，尤其是高等級(jí)公路，常用此方法測(cè)評(píng)路面抗滑性能。

3 公路瀝青路面病害防治方法及措施

3.1 非承載式瀝青路面病害防治措施

瀝青具有一定彈性，是瀝青公路路面的自身優(yōu)勢(shì)，但是瀝青的彈性受到溫度變化影響較大，例如，北方地區(qū)溫度下降較快，瀝青還未進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)溫度就已經(jīng)達(dá)到下線(xiàn)，從而形成裂縫問(wèn)題，這又被稱(chēng)為非承載型裂縫，因此很容易造成混合料應(yīng)力松弛。應(yīng)對(duì)方式如下：首先，要注重公路路基的有效夯實(shí)，防止不均勻沉降造成路面變形，同時(shí)要根據(jù)當(dāng)?shù)刈匀磺闆r選擇抗變形抗低溫的改性瀝青[8]。其次，對(duì)于一些較為微型的裂縫現(xiàn)象，可在后期進(jìn)行修補(bǔ)，采用灌入式瀝青或者開(kāi)槽壓實(shí)放入混合料，如果非承載式瀝青路面裂縫較多，甚至達(dá)到了網(wǎng)狀裂縫的程度，則應(yīng)該全部剔除，并加入瀝青混凝土封層，再用乳化稀漿封層，以達(dá)到瀝青路面表面抗壓、抗磨的目的。

3.2 瀝青路面坑槽病害防治措施

公路瀝青路面坑槽問(wèn)題主要是骨料分離及雨水滲透情況，因此要從問(wèn)題的主要成因入手進(jìn)行病害預(yù)防或改正，而且要注重個(gè)性化的施工問(wèn)題容錯(cuò)方法，根據(jù)施工當(dāng)?shù)氐那闆r選擇正確的預(yù)防措施，包括低溫天氣、陰雨天氣問(wèn)題的避免措施。首先，在進(jìn)行施工前要充分了解當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)環(huán)境及歷史氣候變化，可根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)提高瀝青混合料等級(jí)，有針對(duì)性地添加外加劑，包括抗低溫外加劑、抗形變外加劑及抗老化外加劑等。其次，注重瀝青路面表面的防水性能或者導(dǎo)水性能，防水性能則可以在瀝青表面加設(shè)封層，讓天然降水順著封層表面落入排水溝，如果是海綿城市則應(yīng)該注重瀝青表面的滲水性，讓雨水滲過(guò)瀝青表面層進(jìn)入下層的排水結(jié)構(gòu)[9]。最后，如果瀝青中含蠟量較多，其流動(dòng)性也較好、也便于施工，但是也容易造成表面的結(jié)構(gòu)滑動(dòng)，因此要根據(jù)施工要求選擇含蠟量較為合適的瀝青，并配合粗骨料拌合，以此提高路面瀝青的整體穩(wěn)定性。

3.3 瀝青路面車(chē)轍病害防治措施

車(chē)轍病害一直以來(lái)都是瀝青路面施工關(guān)注的重點(diǎn)，需要從多個(gè)方面進(jìn)行預(yù)防。首先在設(shè)計(jì)階段應(yīng)注重公路路線(xiàn)規(guī)劃，避免穿過(guò)地質(zhì)較為復(fù)雜的區(qū)域，減少由地質(zhì)環(huán)境造成的不均勻沉降，同時(shí)也要根據(jù)環(huán)境做好公路排水設(shè)計(jì)，保證自然降水能夠快速排除，不影響結(jié)構(gòu)層的含水量。其次，在公路基層要有意識(shí)地提高混凝土配合比，以此提高基層的承載力，在瀝青面層也要注重優(yōu)化混合料的級(jí)配，并選用符合需求的外加劑。最后，根據(jù)造價(jià)成本選用乳化瀝青稀漿封層，可以有效提升路面的耐磨性，而且可以將自然降水快速排除，但是也要做好公路的排水設(shè)施，防止通過(guò)土壤滲透，建議封層厚度不宜大于5 mm，如此可以保證分層對(duì)瀝青路面的有效養(yǎng)護(hù)，同時(shí)也杜絕了經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，是當(dāng)前公路發(fā)展中較為經(jīng)濟(jì)適用的厚度。

3.4 微觀(guān)表面養(yǎng)護(hù)處理技術(shù)

近些年來(lái)，隨著我國(guó)瀝青路面施工工藝的不斷完善，很多公路都不會(huì)出現(xiàn)大范圍的病害，但是由于車(chē)輛密度逐漸增加，很多瀝青路面還存在著微小性的病害問(wèn)題，如淺層的裂縫或凹陷。面對(duì)這種問(wèn)題相關(guān)工作人員也不能掉以輕心，因秉承科學(xué)、謹(jǐn)慎的態(tài)度進(jìn)行修復(fù)和處理，這類(lèi)裂紋或凹陷，如果長(zhǎng)期不進(jìn)行修整，則可能擴(kuò)大面積造成更大的危害，因此建議采用微觀(guān)表面養(yǎng)護(hù)處理技術(shù)。其特點(diǎn)是施工時(shí)間短、資源耗費(fèi)少且黏結(jié)力強(qiáng)，短時(shí)間內(nèi)就可完成修補(bǔ)，并不影響公路交通通行，對(duì)于10 cm以?xún)?nèi)的裂縫凹陷具有較好的修復(fù)效果，同時(shí)也要根據(jù)病因深度，有針對(duì)性地選擇單層攤鋪方式或雙層攤鋪方式，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇材料配合比例，如此對(duì)于我國(guó)公路修復(fù)技術(shù)的發(fā)展具有重要意義[10]。

3.5 合理控制路面平整度

車(chē)輛在瀝青路面行駛時(shí)會(huì)有一定的彈性能量吸收，因此駕駛感受較好，但是如果瀝青路面的平整度不符合要求，則降低了瀝青路面自身的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也使得瀝青路面局部受到上部荷載的應(yīng)力壓強(qiáng)變大，因此可能造成局部區(qū)域的瀝青路面破壞，由此可見(jiàn)合理控制路面平整度對(duì)于提高瀝青路面使用壽命意義重大。首先，路面平整度要從基層設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行考慮，盡量以穩(wěn)定土石為主，并采用夯實(shí)碾壓方式進(jìn)行施工控制，但如果基層為碎石時(shí)，則要關(guān)注基層的施工工藝及施工順序，確保碎石地基材料平整均勻，結(jié)構(gòu)層由上至下能夠有效保證作用力的垂直傳遞，避免應(yīng)力過(guò)于集中或者分散。其次，平整度控制要結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，采用因地制宜的應(yīng)對(duì)策略，例如在路面接縫裝環(huán)節(jié)及瀝青碾壓環(huán)節(jié)，要格外注重溫度、降水及日照等多種因素影響，同時(shí)也要注重后期的重面養(yǎng)護(hù)，未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度前不得讓車(chē)輛或行人上路。

3.6 公路路面預(yù)防性破損檢測(cè)

公路作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)于區(qū)域性的物資交流及經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用，傳統(tǒng)的路面病害及檢測(cè)技術(shù)通常都是針對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)問(wèn)題的情況進(jìn)行事后處理，隨著當(dāng)前科技的快速發(fā)展，還需針對(duì)表面并無(wú)癥狀的問(wèn)題進(jìn)行深化分析，實(shí)現(xiàn)事前預(yù)防，以此降低維護(hù)成本。瀝青路面破損檢測(cè)技術(shù)對(duì)于路面養(yǎng)護(hù)具有重要意義，目前常用的測(cè)量方法包括肉眼觀(guān)察法、攝像測(cè)量法、激光測(cè)量法及屏幕測(cè)讀法等。攝像檢測(cè)技術(shù)主要是通過(guò)汽車(chē)上安裝高速攝像機(jī)，按一定速度行駛，然后將各種病害進(jìn)行成像化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)視覺(jué)計(jì)算機(jī)任務(wù)進(jìn)行檢測(cè)，將數(shù)據(jù)集中圖像進(jìn)行分析測(cè)算，避免了傳統(tǒng)人工檢測(cè)的主觀(guān)錯(cuò)誤判斷，同時(shí)也提高了工作效率。另外，目前常用的方法還包括探地雷達(dá)，當(dāng)車(chē)輛保持一定的行駛速度時(shí)通過(guò)探地雷達(dá)向路面發(fā)出電磁脈沖信號(hào)，通過(guò)信號(hào)返回?cái)?shù)據(jù)收集，可以得到不連續(xù)電介質(zhì)常數(shù)的突變情況，數(shù)據(jù)的異常及波速的變化會(huì)反映出路面結(jié)構(gòu)層的厚度、破壞位置及含水量等詳細(xì)數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，瀝青公路作為我國(guó)連接不同區(qū)域的重要交通基礎(chǔ)設(shè)施，在施工使用及維護(hù)過(guò)程中常出現(xiàn)一些常見(jiàn)路面病害，不僅會(huì)影響交通安全，同時(shí)也可能降低瀝青路面的使用壽命，相關(guān)部門(mén)及工作人員應(yīng)針對(duì)瀝青路面病害成因進(jìn)行分析探討，從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)及后期保養(yǎng)環(huán)節(jié)進(jìn)行有效預(yù)防，注重科學(xué)化的檢測(cè)技術(shù)運(yùn)用，提高我國(guó)公路瀝青路面的整體質(zhì)量，減少駕車(chē)行駛隱患，促進(jìn)我國(guó)公路交通事業(yè)穩(wěn)步提升。