高速公路路面病害檢測技術與研究

羅曉卿

廈門合誠工程檢測有限公司（361000）

高速公路路面病害檢測技術與研究

羅曉卿

廈門合誠工程檢測有限公司（361000）

受工程建設質量及運營過程中諸多因素影響，高速公路路面不斷出現病害。這里主要對常見的高速公路路面病害檢測技術進行簡要論述，以期為高速公路路面養護提供參考依據。

高速公路；路面病害；檢測技術

0 引言

近年來，我國汽車保有量及物流業發展迅猛，使得高速公路行車荷載逐漸增加，外加上自然災害等因素作用，導致高速公路路面在投入使用之后的較短時間內出現了不同程度的病害，最終降低高速公路的服務功能和使用性能。因此，對高速公路路面病害情況進行檢測評價是非常重要的。本文對高速公路路面病害檢測技術的適用范圍進行研究，并對高速公路路面破損檢測技術、平整度檢測技術、路面抗滑能力檢測技術、探地雷達技術進行簡要論述。

1 高速公路路面病害檢測技術的選用原則

在進行高速公路路面病害檢測前應對檢測工程概況進行了解，并對檢測技術指標進行確定，以便選擇合適的檢測方法和技術。檢測方法選擇原則有以下幾點：

首先，適用性原則。在選擇高速公路路面病害檢測技術時，應對路面狀況進行充分了解，并選擇合適的檢測方法。

其次，效率性原則。因為高速公路路面病害檢測工作多數是在高速公路運營過程中進行的，因此，就需要檢測人員選擇高效、快速的檢測方式，從而有效保護檢測人員的人身安全。

再次，準確性原則。在選擇高速公路路面檢測方法時，應選擇多種方法對檢測技術及檢測結果進行校對及補充，使檢測結果可以切實反映出路面的病害情況[1]。

2 高速公路路面病害常見檢測技術

2.1 路面破損檢測技術

高速公路路面病害主要有以下四種：變形類路面破損、松散類路面破損、其他類路面破損、裂縫類路面路基破損。其中變形類路面路基破損病害的主要形式是波浪、搓板、車轍、沉陷等，松散類路面破損病害的主要形式是松散、啃邊、脫皮、麻面、坑槽等；其他類路面路基破損病害主要的形式是翻漿、凍脹、磨光、泛油等，裂縫類路面路基破損病害主要的形式是龜裂、裂縫。

因為高速公路路面病害類型眾多，計算方法復雜，且多數病害發生在公路運營過程中，為檢測病害而封閉交通，可造成較大的經濟損失。所以應利用路面損壞視頻檢測系統進行檢測。這種檢測方法集計算機、通信、攝影、測量、激光等技術于一體，綜合利用GPS定位、里程編碼定位、激光輔助三維測量以及數字成像等多種技術，完成對路面破損數據的自動采集處理和分析。這種方法主要是利用拍攝、測量和計算，根據路面破壞的各種類型自動計算出某一段公路的路面損壞狀況指數PCI，從而直觀地判斷出公路路面的健康情況。這種方法可以較好地反映出路面病害程度，并且可以識別出病害所在的具體位置及病害類型，對路面的精準養護有較強的實際指導意義。

2.2 平整度檢測技術

路面平整度是評定路面使用質量、施工質量及現有路面破壞程度的一個重要指標。傳統的3 m直尺法檢測效率底、精度差；連續平整度儀的機械性能對數據的精度影響較大，測試速度較低，對于通車運營的高速公路檢測不適應；車載式顛簸累積儀時間穩定性差、轉換性差，不能給出路面的真實斷面。所以道路激光平整度檢測車是針對高速公路進行平整度檢測的最佳選擇。

激光平整度檢測系統是一種基于激光技術，采用激光傳感器和垂直加速度傳感器組合成慣性參照路面縱斷面剖面檢測系統，實時檢測包括短波長及長波長的路面縱斷面剖面曲線（直線式檢測類）。激光平整度檢測系統通過激光傳感器測量車輛距離路面的高度，通過傳感器記錄汽車在行駛中產生的振動，結合加速度傳感器記錄的數據進行疊加扣除，最終得到路面的縱向斷面情況，經過計算機軟件分析得出最終的評價指標，如國際平整度指數IRI、平整度標準差等。

激光平整度儀的檢測原理如圖1所示。

圖1 激光平整度儀檢測原理圖

激光平整度檢測系統和其他的檢測方法相比具有檢測速度快的優勢，其檢測速度可以達到傳統檢測方法的幾倍甚至幾十倍。激光平整度檢測還大大提高了路面的檢測準確性，能將檢測精度提高到0.1 mm，采集間距也縮短到了0.13 mm，檢測車速也能達到80 km/h。因此，激光平整度儀在規模較大的路面如高速公路、城市道路、機場跑道等的檢測中有較高的實用價值。

2.3 路面抗滑能力檢測技術

道路安全是道路使用者對道路的基本要求。隨著交通流與車速的大幅增加，交通安全問題日漸凸顯。有資料表明，路面的抗滑性能對道路安全的影響最大。因此，合理地評價路面抗滑性能意義重大。

抗滑性能是表征路面的表面特性，用輪胎與路面間的摩阻系數來表示。表面特性包括路表面微觀構造和宏觀構造。微觀構造是指集料表面的粗糙度，通常采用石料磨光值（PSV）表征。宏觀構造是指一定面積的路表面凹凸不平的開口孔隙的平均深度，通常由構造深度表征。微觀構造在低速50 km/h以下時對路表抗滑性能起決定作用，高速時主要作用的是宏觀構造。路面抗滑性能測試方法可分為摩擦系數測定法（主要有擺式儀法、橫向力系數測試車法）和構造深度測定法（主要有鋪砂法、車載式激光構造深度儀法）等。

擺式儀的主要原理是利用底面裝有橡膠滑塊的擺錘從一定高度自上向下擺動，當滑塊面同路面接觸時，由于兩者間的摩擦而損耗部分能量，使擺錘只能回擺到一定高度。路面摩擦阻力越大，回擺高度越小（即擺值越大）。測試指標為摩擦擺值，用BPN表示。其特點為定點測量，原理簡單，但受人為因素影響大，檢測速度較慢，只適用于一般公路或里程較短的路面抗滑性能檢測。

橫向力系數測試車檢測時，承受恒定豎向荷載的測試輪與地面緊密接觸，并與車輛前進方向成20°角，這樣當車輛前進時就在測試輪上產生一個橫向滑動摩阻力。橫向力由一個壓力傳感器測得,且與路面的摩擦系數成比例,橫向力與豎向荷載的比值即SFC。橫向力系數測試車的特點是測試速度快，橫向力系數測試車輪的測試指標橫向力系數可用于竣工驗收或運營期評定路面抗滑能力。橫向力系數測試車設備如圖2所示。

圖2 橫向力系數測試車及測試輪示意圖

鋪砂法被廣泛用于檢測路面的構造深度，其原理是將已知體積的細砂攤鋪在所要測試的路表測點上，然后將砂攤成圓形，測量計算砂攤鋪的面積，其與體積的比值即為構造深度TD。鋪砂法檢測原理簡單，但受人為因素影響較大，且檢測速度較慢。所以在高速公路大面積檢測構造深度時，一般應采用激光構造深度儀法。激光構造深度儀的原理是將中子源發射的多束光線照射到路表面的不同深度處，并用多個二極管接收返回的光束，即可通過二極管被點亮的時間差算出所測路面的構造深度。該方法測試速度較快、精度高，且與鋪砂法具有良好的相關性。

2.4 探地雷達檢測技術

對路面底下空洞等病害的無損檢測是通過探地雷達技術來實現的，探地雷達是一種采用短脈沖寬帶高頻電磁波信號檢測地下介質分布的新技術。根據電磁波在有耗介質中的傳播特性，通過天線連續拖動的方法以寬頻短脈沖的形式向地下發射高頻電磁波，電磁波信號在地下介質內部傳播時遇到不同介質的界面時，就會發生反射、透射，其反射系數（反射信號的強度）主要由上、下層介質的相對介電常數決定。上、下層介質的介電常數差異越大，反射的電磁波能量也越大，反之則越小。反射的電磁波被與發射天線同步移動的接收天線接收后，通過雷達主機精確記錄反射回的電磁波的運動特征，獲得地下介質的掃描圖像。通過對掃描圖像進行處理,對地質雷達剖面上目標層的反射波時間延遲、波形特征、剖面的宏觀和微觀形態組合進行解譯，達到識別地下目標物和道路結構層內缺陷的目的。探地雷達檢測高效快速，對路面不造成破壞，因此可以為高速公路路面病害檢測提供精準的數據支持。

3 結語

路面病害及道路破損程度的檢測評價為高速公路的安全運營起到至關重要的作用，因此，檢測人員應該對相關檢測技術進行深入研究，優化并完善高速公路路面病害檢測方法。同時在高速公路路面檢測過程中，檢測人員應該根據高速公路實際病害情況，選擇科學合理的檢測方法，從而提高檢測結果的準確性。

[1]郭豪.高速公路路基路面病害的科學檢測及預防養護[J].山西建筑,2015(30)：140-142.