公路瀝青路面病害及檢測技術研究

劉興隆，吳世東

（貴州順康檢測股份有限公司，貴陽 550014）

完善的交通體系是促進我國經濟發展的重要基建舉措，近些年來我國公路網絡不斷擴張，其中瀝青公路占有較大比例，瀝青是我國公路建設中較為常用的工藝手段，其特點是駕駛感受優良、可無縫銜接及施工速度快等，但與此同時公路瀝青路面也存在一定弊端，目前常見的病害包括裂縫坑槽及車轍等問題，與施工工藝、施工環境和施工溫度都有著較大關系，應引起相關部門及人員的充分重視。公路發展對我國社會意義重大，因此有針對地分析公路瀝青路面病害成因及檢測技術尤為重要，相關部門必須針對瀝青路面病害的種類及成因進行探索和分析，形成科學良好的施工及養護意識，采用合理的工藝進行修復保養，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

瀝青材料受環境溫度影響較大，當出現溫度差值時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、橫向裂縫及網狀裂縫。首先，橫向裂縫是與車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，從而導致橫向裂縫產生。其次，縱向裂縫產生的原因較為復雜，主要與上部荷載的應力傳導有較大關系，同時也可能受到其他外界因素影響，一般認為小于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標，則有可能加速縱向裂縫的快速擴張，從而影響行駛質感。網狀裂縫是縱向裂縫和橫向裂縫同時出現產生的，又被稱為龜裂，一般而言是瀝青路面長期缺少維護或大量超載車輛行駛造成的結構性路面分離[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，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，會使公路的面層和基層出現結構性分離問題。早期的坑槽病害主要是施工時骨料與瀝青結合不均勻造成，因此經過外界應力剪切作用使得形成坑槽損傷，后期的坑槽病害則是應力與水溫穩定性問題共同作用造成了路面抗穩定性下降。坑槽病害如果長期不進行管理維護則可能導致極具惡化，輕則路面凹凸不平，無法行駛車輛，重則結構層分離或塌陷[2]。

1.3 車轍病害及成因

隨著我國電子商務的快速發展，各個地區的物流運輸行業出現了爆發式增長，各個區之間的物資交換頻率加大，因此規模龐大的大型車輛、重型車輛行駛時會對公路造成一定的疲勞性沖擊，尤其是反復碾壓后形成的路面局部變形，如果不及時進行維護或修整，則會加劇瀝青路面的病害擴張。瀝青路面本身具有一定彈性，可以提高車輛行駛質感，但是也很容易因為外界應力作用造成變形，一旦出現形變則很難恢復。車轍病害的產生就是因為重型車輛或大型車輛的碾壓，最為嚴重的問題是一旦出現車轍后，其他后續車輛仍會沿著已經出現車轍的路線行駛，致使車轍問題逐漸擴大化。產生車轍病害后，很容易造成車輛輪胎的磨損，而與車轍不同寬度的車輛行駛過程中則容易產生失穩問題。

1.4 泛油病害及成因

公路瀝青路面的泛油問題是由早期的施工工藝不滿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性，當溫度升高時這種流動性能會有明顯的提升，而瀝青中所包裹的粗細骨料，此時也會隨之移動并與下部的混凝土基層產生分離現象。一般而言，行人踩上時會有黏連感，但是如果車輛行駛后，則可能造成基層與面層的分離，也就是常見的泛油病害。近些年來，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，因此泛油病害已經逐漸減少，與此同時改性瀝青也使得公路的使用壽命有所提升，對于節約整個公路工程的周期壽命成本具有積極意義[3]。

1.5 路面松散與推移問題

瀝青公路面的材料是瀝青與其他骨料進行混合灌筑所形成的公路表層，由于處在整個工程的最外層，因此受到外界因素干擾較大，同時如果瀝青與骨料的級配不合理就會產生松散流動等問題，從整體工程而言就會形成推移現象。路面松散與推移問題造成整個公路變形，并對路基造成很大影響，車輛在行駛過程中會由于不平路面產生側向滑動或變向，因此對安全行駛具有影響，同時在維護過程中需要消耗大量的人力物力[4]。

2 公路瀝青路面檢測技術分析

2.1 瀝青路面彎沉檢測

由于瀝青公路路面是軟性材料，因此在車輪反復碾壓過程中有可能出現裂縫或車轍，而路面彎沉檢測技術則是根據車輪軌跡縫隙出現的垂直變形或回彈變形值進行檢測，最為著名和常用的是貝克曼聯法，另外還包括自動彎沉測定儀法、激光彎沉測定儀法及落錘式彎沉儀測定法。貝克曼聯法操作較為簡單，但是受到外界因素影響較大，包括溫度因素、日照因素等，同時也會受到測量人員主觀意識支配[5]。目前最為精準的方式是激光彎沉測定，依法利用激光發射器計算路面回彈變形數值，由于激光射程遠且精度高，因此這種方法的未來發展較為可觀，尤其對于剛性路面彎沉檢測仍具有較高效率，且造價低廉、讀數穩定。

2.2 瀝青路面平整度檢測

路面平整度是指路面縱向的凹凸量偏差值，路面平整度是評定瀝青路面的重要技術指標即道路面的形式安全，同時也能體現路面的使用壽命。當路面平整度過大時，會造成行車阻力并形成震動顛簸，這既影響高速行車的安全，同時也會對路面結構層造成破壞，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量和下層病害等。目前常用的瀝青路面平整度檢測手段包括定長度直尺法、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，可以通過車輛傳感器對測量路段平整度進行檢測。尤其對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重時，則不易采用此法，更建議使用定長度直尺法和斷面描繪法的結合方式[6]。

2.3 瀝青路面滲水系數檢測

較為傳統的滲水檢測方法適用于在路面現場測定瀝青路面的滲水系數，主要使用滲水儀進行檢測上部。滲水儀的滲水量筒由透明有機玻璃制成，一般容積為600 mL，并在玻璃外部標明刻度，檢測路段應至少設定5個測點，并用粉筆在路面畫上標記。眾所周知，瀝青路面長期暴露在戶外環境下，自然界的各類因素對其影響較大，尤其是自然降水會隨著路面逐漸向下滲透，造成路基結構失穩，因此測定瀝青路面的滲水性是對瀝青路面常見病害的有效控制手段。但是近些年來，隨著海綿城市的建設理念被提出，部分公路建設還需要瀝青路面具有較高的滲水性，然后從底部進行排除加下部蓄水能力，同時為了更好地反映真實滲水情況，也常采用常規室內簡化實驗檢測。另外，由于不同區域的降水量以及環境要求差別較大，在進行公路瀝青路面滲水檢測過程中，要以實際情況及建設需求為準[7]。

2.4 瀝青路面抗滑性檢測

公路一般按照所適應的年平均晝夜交通量及其使用任務和性質劃分為若干技術等級，包括高速公路和四個級公路，車輛行駛過程中路面與車輪之間的摩擦力直接影響車輛的穩定性和運轉速度，目前常見的瀝青路面抗滑性檢測包括擺式儀法、構造深法、橫向抗滑系數法。首先，擺式儀法是通過儀器的擺動臂末端橡膠片與路面形成的摩擦力測量抗滑值，屬于動力擺沖擊型儀器，但同時會受到底座不穩定、升降把手與緊固把手調整、擺頭下落與儀器產生碰撞等因素影響。其次，構造深法主要是運用鋪沙方式，公路路面的粗糙程度決定了路面與輪胎之間的摩擦力，對路面表面的構造深度進行檢測，可以評定宏觀粗糙度、排水性及抗滑能力，構造深度法還可分為手工鋪砂法和電動鋪砂法，通過計算陷入表面空隙的沙粒體積與覆蓋面積之比，求得構造深度，但是人工鋪沙的誤差率較大，目前電動法比較常用。最后，橫向抗滑系數法是利用摩擦系數測定在潮濕路面行駛時測定輪與行車方向角度，被稱為側向力系數計算法，汽車的行駛過程中會受到橫向力和豎向力2個因素影響，橫向力為不穩定因素、豎向力是穩定因素，采用橫向力系數計算法可以在測定時不妨礙交通，并連續快速測定，尤其是高等級公路，常用此方法測評路面抗滑性能。

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勢，但是瀝青的彈性受到溫度變化影響較大，例如，北方地區溫度下降較快，瀝青還未進入穩定狀態溫度就已經達到下線，從而形成裂縫問題，這又被稱為非承載型裂縫，因此很容易造成混合料應力松弛。應對方式如下：首先，要注重公路路基的有效夯實，防止不均勻沉降造成路面變形，同時要根據當地自然情況選擇抗變形抗低溫的改性瀝青[8]。其次，對于一些較為微型的裂縫現象，可在后期進行修補，采用灌入式瀝青或者開槽壓實放入混合料，如果非承載式瀝青路面裂縫較多，甚至達到了網狀裂縫的程度，則應該全部剔除，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題主要是骨料分離及雨水滲透情況，因此要從問題的主要成因入手進行病害預防或改正，而且要注重個性化的施工問題容錯方法，根據施工當地的情況選擇正確的預防措施，包括低溫天氣、陰雨天氣問題的避免措施。首先，在進行施工前要充分了解當地的地質環境及歷史氣候變化，可根據設計標準適當提高瀝青混合料等級，有針對性地添加外加劑，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水性能，防水性能則可以在瀝青表面加設封層，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該注重瀝青表面的滲水性，讓雨水滲過瀝青表面層進入下層的排水結構[9]。最后，如果瀝青中含蠟量較多，其流動性也較好、也便于施工，但是也容易造成表面的結構滑動，因此要根據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定性。

3.3 瀝青路面車轍病害防治措施

車轍病害一直以來都是瀝青路面施工關注的重點，需要從多個方面進行預防。首先在設計階段應注重公路路線規劃，避免穿過地質較為復雜的區域，減少由地質環境造成的不均勻沉降，同時也要根據環境做好公路排水設計，保證自然降水能夠快速排除，不影響結構層的含水量。其次，在公路基層要有意識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化混合料的級配，并選用符合需求的外加劑。最后，根據造價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施，防止通過土壤滲透，建議封層厚度不宜大于5 mm，如此可以保證分層對瀝青路面的有效養護，同時也杜絕了經濟浪費，是當前公路發展中較為經濟適用的厚度。

3.4 微觀表面養護處理技術

近些年來，隨著我國瀝青路面施工工藝的不斷完善，很多公路都不會出現大范圍的病害，但是由于車輛密度逐漸增加，很多瀝青路面還存在著微小性的病害問題，如淺層的裂縫或凹陷。面對這種問題相關工作人員也不能掉以輕心，因秉承科學、謹慎的態度進行修復和處理，這類裂紋或凹陷，如果長期不進行修整，則可能擴大面積造成更大的危害，因此建議采用微觀表面養護處理技術。其特點是施工時間短、資源耗費少且黏結力強，短時間內就可完成修補，并不影響公路交通通行，對于10 cm以內的裂縫凹陷具有較好的修復效果，同時也要根據病因深度，有針對性地選擇單層攤鋪方式或雙層攤鋪方式，根據標準選擇材料配合比例，如此對于我國公路修復技術的發展具有重要意義[10]。

3.5 合理控制路面平整度

車輛在瀝青路面行駛時會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勢，同時也使得瀝青路面局部受到上部荷載的應力壓強變大，因此可能造成局部區域的瀝青路面破壞，由此可見合理控制路面平整度對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計環節進行考慮，盡量以穩定土石為主，并采用夯實碾壓方式進行施工控制，但如果基層為碎石時，則要關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，結構層由上至下能夠有效保證作用力的垂直傳遞，避免應力過于集中或者分散。其次，平整度控制要結合當地實際情況，采用因地制宜的應對策略，例如在路面接縫裝環節及瀝青碾壓環節，要格外注重溫度、降水及日照等多種因素影響，同時也要注重后期的重面養護，未達到標準強度前不得讓車輛或行人上路。

3.6 公路路面預防性破損檢測

公路作為重要的基礎設施，對于區域性的物資交流及經濟發展具有重要作用，傳統的路面病害及檢測技術通常都是針對已經出現問題的情況進行事后處理，隨著當前科技的快速發展，還需針對表面并無癥狀的問題進行深化分析，實現事前預防，以此降低維護成本。瀝青路面破損檢測技術對于路面養護具有重要意義，目前常用的測量方法包括肉眼觀察法、攝像測量法、激光測量法及屏幕測讀法等。攝像檢測技術主要是通過汽車上安裝高速攝像機，按一定速度行駛，然后將各種病害進行成像化數據轉換，并利用神經網絡視覺計算機任務進行檢測，將數據集中圖像進行分析測算，避免了傳統人工檢測的主觀錯誤判斷，同時也提高了工作效率。另外，目前常用的方法還包括探地雷達，當車輛保持一定的行駛速度時通過探地雷達向路面發出電磁脈沖信號，通過信號返回數據收集，可以得到不連續電介質常數的突變情況，數據的異常及波速的變化會反映出路面結構層的厚度、破壞位置及含水量等詳細數據。

4 結束語

綜上所述，瀝青公路作為我國連接不同區域的重要交通基礎設施，在施工使用及維護過程中常出現一些常見路面病害，不僅會影響交通安全，同時也可能降低瀝青路面的使用壽命，相關部門及工作人員應針對瀝青路面病害成因進行分析探討，從設計環節及后期保養環節進行有效預防，注重科學化的檢測技術運用，提高我國公路瀝青路面的整體質量，減少駕車行駛隱患，促進我國公路交通事業穩步提升。