公路瀝青路面裂縫檢測方法及處治措施研究

鐘洪衛 陳桂梅

和天（湖南）國際工程管理有限公司 湖南 長沙 410221

近年來，隨著公路建設的飛速發展，瀝青路面在公路工程中得到了廣泛應用。由于其具有胎噪低、施工方便和養護簡單等特點，瀝青路面相比其他類型的路面更受歡迎。然而，瀝青路面在長期荷載和環境因素的作用下容易出現各種裂縫病害，例如縱橫向裂縫、龜裂和塊裂等，這些問題嚴重影響了路面的使用質量。如果不對這些裂縫進行及時處理，它們可能會進一步擴大，導致嚴重的安全事故。然而，目前很多養護人員在進行瀝青路面裂縫檢測或處治時過于依賴個人經驗，缺乏對項目實際情況的深入理解，這導致了檢測或處治方案的適用性較差[1]。因此，我們有必要進一步研究公路瀝青路面裂縫的檢測方法和處治措施，以提高公路瀝青路面的養護質量和安全性。

1 瀝青路面裂縫類型和成因

（1）裂縫類型

瀝青路面裂縫按照表現形式有橫向裂縫、縱向裂縫、龜裂、塊狀裂縫等，按照產生原因可分為反射裂縫、荷載型裂縫、溫度裂縫等。根據《公路技術狀況評定標準》（JTG 5210-2018），裂縫可按縫寬、塊度等進行分級，見表1[2]。

表1 瀝青路面裂縫分級

（2）瀝青路面裂縫成因

裂縫產生的原因可以從路基結構穩定性、基層結構完整性、面層結構完整性及表面層材料性能等四個方面進行分類及分析：

A、路基結構不穩定會造成路面變形破壞，如路基塌方、軟土土基不均勻沉陷、地下水位過高導致路基浸水等，會造成瀝青路面嚴重縱向裂縫。

B、基層結構破壞并反射至瀝青面層形成路面整體結構破壞，如半剛性基層溫縮開裂形成面層反射裂縫、強度不足引起的結構性破壞、強度過高引起的嚴重收縮開裂等，均會形成瀝青路面龜裂、塊裂、縱橫向裂縫等。

C、瀝青面層整體或個別層位結構破壞而導致路面功能性損壞，如瀝青面層溫度應力裂縫、疲勞裂縫、瀝青面層抗剪強度不足等，均會形成瀝青路面龜裂、塊裂、縱橫向裂縫等。

D、表面層混青混合料由于長期受到自然環境變化等因素的作用，發生瀝青材料老化等性能衰減現象，會引起細微裂縫等。

2 瀝青路面裂縫檢測方法

從裂縫產生部位來看，可以分為表面和內部裂縫，前者可以直觀地檢測，后者在瀝青結構層內部，檢測難度大。

2.1 瀝青路面表面裂縫檢測技術

（1）二維圖像檢測法

瀝青路面裂縫圖像采集可使用高清攝像機。為了準確提出裂縫的特征尺寸，需對檢測寬度、裂縫最小識別寬度、識別準確率進行驗證。

裂縫圖像獲取后，要對圖像進行降噪、增強、閾值分割、開閉運算等[3]。

圖像降噪是基于中值濾波法，即將裂縫及周邊區域內的多個像素點灰度值進行排序，以灰度的中值作為降噪標準，將裂縫與其它點位區分開；圖像可基于巴特沃斯低通濾波器進行增強處理，以提高圖像的清晰度、對比度等。裂縫圖像經閾值分割后仍可能存在小的孤立點或裂縫斷裂的現象，影響裂縫特征參數的提出，需對圖像進行開閉運算，以消除裂縫孤立點，并改善裂縫不連續現象。

（2）三維圖像檢測法

三維圖像檢測法是利用激光掃描設備和三維相機來拍攝裂縫，在二維圖像的基礎上加入深度數據，就可得到三維圖像，并可配合自動分析過程，來提取裂縫信息。目前，最常用的瀝青路面三維圖像檢測法是三維檢測車，可通過車輛左、右兩側的相機對車道連續拍攝，得到整個車道范圍內的三維圖像，大大提高了瀝青路面裂縫檢測效率。

（3）無人機檢測法

隨著技術進步，無人機技術在公路工程中的應用日益廣泛。一般情況下，無人機包括高清相機、RTK定位系統，激光雷達等部分，其中高清相機是用于獲取裂縫圖像信息，激光雷達是用于獲取點位數據，從而建立路面三維模型。需注意，無人機的巡航高度不宜過高或過低，巡航高度過高對細小裂縫的識別精度低；巡航高度過低，會使裂縫圖像的拍攝視角受限。結合類似項目檢測經驗，建議無人機檢測瀝青路面裂縫時的巡航高度不宜超過100m[4]。

（4）紅外熱像法

瀝青混合料產生裂縫病害后，其熱導特性會改變，熱能在材料內部的傳播路徑也不同，從而使裂縫與周邊瀝青混合料的溫度差異較大，紅外熱像法就是利用這一原理來檢測瀝青路面裂縫。

當瀝青路面上有裂縫時，紅外圖像上的整體溫度會存在異常，異常值可能是為極大值或極小值，主要取決于外界氣溫情況。在冬季采用紅外熱像法檢測瀝青路面裂縫會呈“裂縫溫度高、周邊溫度低”的趨勢，在夏季則會呈“裂縫溫度低、周邊溫度高”的趨勢，這是因為：路面暴露在寒冷空氣中，而裂縫具有一定的深度，會起到一定的“保溫”效果，反之亦然。

（5）人工調查法

兩人組成一個測試組，沿路肩徒步調查；量測路段的路面長度及寬度，沿路面仔細觀察并在損壞記錄表格上填寫瀝青路面裂縫的樁號、位置、類型及尺寸等信息。根據周圍交通狀況采用量尺量測裂縫寬度及長度。具體記錄方式如下：縱橫向裂縫和其他不規則裂縫等單根裂縫，主要采用鋼卷尺量測其長度與寬度，縫寬按照該條裂縫寬度最大值計，寬度準確至1mm；縫長按照沿裂縫走向累計長度計算，檢測結果準確至0.01m.龜裂、塊裂等面積形裂縫，主要量測其面積，按照矩形量測其橫斷面切向和垂直方向最外邊的長度和寬度，矩形應覆蓋該處面積，檢測結果準確至0.0001m2。

（6）不同裂縫檢測技術對比

每種裂縫檢測技術都有其自身的優勢和缺陷。本文從檢測精度、檢測效率、經濟性三個方面對不同檢測方法進行對比，見表2[5]。

表2 裂縫檢測技術對比

2.2 瀝青路面內部裂縫檢測技術

（1）檢測原理

公路瀝青路面內部裂縫檢測采用三維探地雷達技術。三維探地雷達由主機、天線組組成，主機控制發射天線組來發射高頻電磁波，并以脈沖波形式在路面結構層內傳播。由于瀝青路面內部裂縫及周邊部分（尤其充滿水后）與正常部分的介電常數不同，一旦電磁波遇到裂縫會發生反射，產生的反射信號被雷達接收，利用計算機軟件處理反射信號后即可得到瀝青路面裂縫特征參數[6]。

通常，發射頻率越高，探地雷達法的檢測深度越小，因此需根據檢測深度要求分別配置適合頻率的檢測天線。

（2）檢測方法

根據相關研究成果，存在內部裂縫的瀝青路面雷達圖像局部呈“倒V”型。在實際項目中，先利用三維探地雷達在行車道上連續檢測，對發現“倒V”型的可疑路段進行加密檢測，探地雷達檢測裂縫應提供路面結構狀況雷達圖譜，應能識別出路面各結構層厚度和結構內部裂縫等缺陷的位置、類型及影響范圍，一般可采用鉆芯法進行驗證，鉆芯取樣深度應達到路面基層底部，記錄各結構層厚度、結構層材料類型、裂縫所處層位、發展形態、結構層黏結情況、結構層芯樣密實程度等。

3 瀝青路面裂縫檢測實例分析

3.1 工程概況

研究對象為某公路瀝青路面，探討不同檢測技術在瀝青路面裂縫檢測中的應用效果。該公路長36.6km，設計速度100km/h，設計荷載為公路—I級，路基橫斷面雙向四車道，寬度為25.5m，以填方路基為主，中心填高在2.5～5.5m。路面為瀝青路面，厚度為70cm，路面結構組合如下：4cmAC-13+5cmAC-20C+7cmAC-25+18cm水泥穩定碎石上基層+18cm水泥穩定碎石下基層+18cm石灰土底基層。同時，該公路所在區域年降雨量較大，且冬季溫度低，存在季節性凍土。瀝青路面經過長期運營，出現各種裂縫，影響了行車安全性和舒適性。為了改善瀝青路面的路用性能，擬對路面裂縫病害進行檢測和處治。

3.2 路面表面裂縫檢測結果

（1）檢測精度對比

以K 1 0+2 0 0 ～K 1 2+5 0 0 路段為例開展瀝青路面檢測，對比了不同檢測方法對瀝青路面裂縫的識別率:K10+200～K12+500路段瀝青路面共有裂縫30條，二維圖像檢測法、三維圖像檢測法、無人機檢測法、紅外熱像法分別識別出了26、29、18、23，對應的識別率分別為86.7%、96.7%、60.0%、76.7%。這說明三維圖像檢測法對瀝青路面裂縫的檢測精度最高，二維圖像檢測法次之，而無人機檢測法的檢測精度最低，可能是因為無人機巡航高度過高，細小裂縫難以識別。

（2）檢測效率對比

在檢測期間，二維圖像檢測法、三維圖像檢測法的檢測效率較高，分別可達60～80km/h、80～10km/h，但是二維圖像檢測法所獲取的數據需要大量的人工復合，耗費時間長，而三維圖像檢測法在數據采集完成后能自動處理采集數據，快速識別裂縫，需要人工輔助較少，耗費時間短。同時，無人機檢測法、紅外熱像法檢測效率的檢測效率較低，尤其是無人機檢測法，在檢測結束后需利用點云數據構建三維模型，需要的時間過長,檢測效率最低者為人工調查法。

（3）經濟性對比

本文統計了二維圖像檢測法、三維圖像檢測法、無人機檢測法、紅外熱像法、人工調查法檢測瀝青路面裂縫的單位費用，二維圖像檢測法、三維圖像檢測法、人工調查法的檢測費用較低，這是因為已有完整的設備。而無人機檢測法涉及到三維建模，整體費用高，經濟性較差。同時，紅外熱像法需要多人配合才能完成，檢測費用也較高。

綜合考慮各個檢測方法的精度、效率及經濟性，三維圖像檢測法在瀝青路面裂縫檢測中的適用性最強。

3.3 瀝青路面內部裂縫檢測結果

由探地雷達檢測結果可知，K10+200～K12+500路段僅有一處內部裂縫，從雷達圖像看，瀝青路面裂縫處的振幅明顯增強，呈“倒V”型，故判定裂縫可能貫穿至基層，且裂縫寬度較大。

4 瀝青路面裂縫處治措施

（1）裂縫修補方法

對于橫向和縱向裂縫可根據嚴重程序和產生原因分別采用貼縫、開槽修復、灌縫、封縫等策略，其中灌縫法處理的裂縫寬度一般≤2cm。灌縫前可用吹風設施將裂縫中的雜物清理干凈，再灌入密封材料；開槽灌縫法是利用開槽機開槽，將瀝青路面裂縫邊緣整平，再利用灌縫材料進行修補；對于大面積龜裂路段，瀝青路面性能衰減嚴重，需利用銑刨設備將裂縫區域挖除，再加鋪瀝青混合料或采用薄層罩面技術。

（2）裂縫修補時間

裂縫修補屬于預防性養護措施，修補時間要結合瀝青路面技術狀況指數確定。瀝青路面裂縫修補宜選在干燥偏涼的季節，比如秋季。此時，瀝青路面裂縫處于“張開”狀態，能填充足夠材料，便于填縫材料施工。

（3）裂縫修補施工工藝

以常用的開槽灌縫法為例，其施工工藝要點闡述如下：①交通管控。這是瀝青路面裂縫修補的基礎工作，為施工提供安全的環境；②裂縫開槽。利用開槽機沿裂縫開出一條寬1.5～2.0cm、深2～3cm的槽；③裂縫清理。裂縫開槽后會有碎屑、粉塵等雜物，需利用壓縮空氣、高壓水等將其清理干凈；④灌縫。將密封膠加熱至設定溫度，用灌縫機將密封膠均勻的灌入槽內；⑤養護。密封膠灌縫后需冷卻至少15min后才能開放交通。

5 結語

本文分析了公路瀝青路面裂縫產生機理、常用檢測方法的應用特定及裂縫處治措施，得到了以下幾個結論：

（1）公路瀝青路面裂縫包括橫向裂縫、縱向裂縫、龜裂、塊裂等，產生原因與溫度、疲勞破壞、車輛荷載、水損害、不均勻沉降及表面層瀝青老化等因素密切相關。

（2）瀝青路面表面裂縫檢測方法有二維圖像檢測法、三維圖像檢測法、無人機檢測法、紅外熱像法等，從檢測精度、檢測效率、經濟性等方面來看，三維圖像檢測法具有明顯優勢。

（3）為了恢復瀝青路面使用性能，可采用貼縫、開槽修復、灌縫、封縫、銑刨重鋪、薄層罩面等技術來處治裂縫，并控制好裂縫處治時機和施工工藝。