公路路面交通結構病害成因分析及防治措施

摘要 隨著公路路網建設的逐漸完善，路面結構病害的檢測成為道路維護中不可缺少的一環。文章為了全面分析路面結構病害的形式及相應的防治和檢測技術，首先總結了各種常見的病害，包括裂縫類病害、變形類病害、松散類病害等，并分析其成因；然后，從材料選擇、施工工藝、設備選擇等方面給出了各種病害的防治措施；最后，總結了幾種常用和有發展潛力的病害檢測技術，包括彎沉儀檢測、探地雷達、三維激光掃描、基于計算機視覺的圖像識別技術等。在實際檢測項目中，應根據場地環境選擇合適的檢測技術，找到對應的病害類型，有針對性地進行防治。

關鍵詞 道路病害；裂縫；無損檢測；彎沉儀；圖像識別

中圖分類號 U418.6 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）02-0087-03

0 引言

隨著我國高速公路和城市道路網絡的迅速擴張，公路路面的各類病害問題逐漸凸顯，對行車的平穩性和安全性產生了較大影響，同時也加大了道路的維護負擔。常見的公路路面交通結構病害主要有裂縫[1-2]、變形[3]和路面材料松散[4]等幾類，其形成機制相當復雜，設計、施工及養護等多個環節都可能成為誘因。該文首先對路面裂縫病害進行分類討論。其次，對于裂縫類病害，提出采取灌縫或貼縫的方法進行修補；對于變形類病害，則可以通過處理車轍、擁包和波浪等問題進行整治[5-9]；而對于松散類病害，坑槽的填補、麻面和脫皮的修復等都是有效的解決方法。最后，總結了一系列路面病害的檢測技術，可根據不同的項目、路況、檢測要求進行針對性的選擇。

1 公路路面病害成因分析

1.1 裂縫類

路面材料選擇及配比不合理、質量控制不嚴或配合比設計不當等，均會降低材料的抗裂性，進而在溫濕度變化時出現裂縫。氣候的頻繁變化，特別是溫帶季風氣候區的溫濕度大幅波動，對路面穩定性造成沖擊，易產生裂縫，常見的路面裂縫如圖1（a）所示。作為省際高速公路，大交通流量和重載車輛的長期作用、路基壓實不均、路面材料質量，以及環境因素、交通量的持續增長等也會導致路面疲勞裂縫。此外，施工工藝不合理，如壓實不充分或層間結合不牢，也是裂縫產生的原因。特別是重型車輛的增多，使得路面在重復荷載下逐漸疲勞，從而產生裂縫。路基壓實不均會導致內部空隙和微裂縫，在交通荷載作用下會逐漸擴展為路面裂縫。此外，使用質量不達標或老化的路面材料也易引發裂縫，而環境因素如溫度和濕度的變化同樣會對路面材料產生影響，進而導致裂縫的出現。

1.2 變形類

變形類病害，如車轍、擁包和波浪，主要由車輛反復碾壓和路面材料疲勞引起。重載車輛長期行駛易形成車轍，尤其在高溫下路面材料變軟時更為明顯。而路面材料的非均勻沉降或施工問題則可能導致擁包和波浪，這些變形會導致路面起伏不平，影響行車安全，如圖1（b）所示。隨著交通量的增加，特別是重型車輛的頻繁通行，對路面的結構強度提出了更高要求。長期重復的荷載會導致路面材料疲勞，進而出現車轍、擁包等變形。同時，路面設計不合理或材料選擇不當也可能導致路面在荷載下出現不均勻沉降。此外，路基施工質量不達標同樣會引發變形類病害。

1.3 松散類

常見的松散類病害有坑槽、麻面和脫皮等，如圖1（c）所示。松散類病害的成因涉及路面材料質量、施工工藝、交通荷載及環境因素等。如果路面材料的強度和耐久性不足，或材料配比不合理，在車輛荷載下易出現松散、脫落。施工工藝不規范，如瀝青混凝土壓實不足、施工縫處理不當，也會導致路面松散。重載車輛的反復通行會使路面產生疲勞損傷，進而引發松散。此外，雨水侵蝕、紫外線照射等環境因素也會加速松散類病害的產生。為有效防治此類病害，應從源頭控制材料質量、優化施工工藝、合理設計路面結構并加強養護管理。

1.4 其他類型

隨著時間的推移，路面材料老化、性能下降，還會出現其他多種病害。這些病害與設計、施工、交通荷載及環境因素緊密相關。例如，沉降可能因路基處理不當引起，車轍可能與材料和結構設計不合理有關，如圖1（d）所示。為確保路面處于良好狀態和延長使用壽命，應及時檢測并防治各類病害，包括預防性養護和特定病害治理，同時應用新型技術與材料不斷提升路面性能和耐久性。

2 公路路面病害防治技術

2.1 裂縫類病害防治技術

（1）灌縫技術。灌縫是處理路面裂縫的有效方法，通過在裂縫中注入專用密封材料，可達到防水、防塵及延緩裂縫擴展的目的。灌縫分為開槽灌縫和不開槽灌縫兩種類型，其中開槽灌縫最關鍵的設備是灌縫機。灌縫機包括瀝青熱熔箱、瀝青噴槍、點火加熱系統、液壓驅動系統等。通常步驟為在開槽機完成開槽后，灌縫機通過加熱系統對瀝青加熱，通過噴槍將密封膠均勻灌入裂縫中，由液壓驅動系統負責為灌縫機提供動力，在裂縫路線上行走，實現一次密封完整。

（2）貼縫技術。貼縫處理是另一種有效的裂縫修復方法。在裂縫處貼上專用貼縫帶，不僅能快速修復裂縫，還能增強路面的耐用性。這種方法施工簡便、效果顯著，且對交通影響較小。貼縫技術適用于寬度小于4 mm的裂縫，而大于4 mm的裂縫則適用于灌縫。貼縫前應對裂縫周邊路面進行清理，保證無碎石、無凸起和凹陷，在貼縫過程中應盡量保證裂縫位于貼縫帶中間，避免內部形成氣泡。

2.2 變形類病害防治技術

（1）車轍處理。車轍分為失穩型車轍和結構型車轍，多數是路面瀝青結構網絡骨架的破壞導致。對于車轍的預防，可以從路面材料選擇、配合比設計、結構設計、添加改性材料、把控施工質量等方面進行優化。而對于已出現的車轍，對輕微車轍可采用切割和熱再生處理，以恢復路面的平整度；對于較嚴重車轍可采用瀝青路面再生技術和水泥路面修補技術進行處理，以提高路面的耐久性和抗車轍性能，加強排水設計，防止水損害。

（2）擁包和波浪處理。對于瀝青配合比偏小或由于瀝青用量、施工等導致的各層瀝青黏結性能較差而產生的擁包，應采用專業設備對隆起部位完全銑削至路面以下，同時填涂符合要求的瀝青集料。如果擁包是由于基層的推擠而產生，應挖除部分路段并重新鋪筑。修補所用的材料應盡量與原路面材料相同或強度高于原材料。路面波浪的處治類似于擁包，對于小面積波浪，可在波谷內填補瀝青混合料找平；而對于起伏大的波浪，應鏟除波峰部分重新鋪筑。

2.3 松散類病害防治技術

（1）坑槽處理。對于坑槽的預防，應對原材料嚴格篩選，盡量使用改性瀝青。加強路面污染的治理，防止酸性物質對路面的腐蝕。加強超載車輛管理，防止過大荷載對路面的損壞。注意路面防水措施，防止路面水匯集對材料的侵蝕。做好施工管理，在施工中保證下臥層的整潔、無污染，同時壓路機應均勻壓實，并保證壓實次數合理。對于坑槽的治理，可分為坑槽冷補工藝和熱修補工藝，其中冷補工藝采用2～3 cm厚的冷料分層填放，攤鋪夯實；熱修補工藝是一種新型的修補技術，采用加熱設備快速加熱原瀝青路面，待達到攤鋪溫度后，使用舊料再生工藝修補坑槽，該技術能提高修補質量，且瀝青舊料的再生能夠減少環境污染。

（2）麻面和脫皮處理。對于大面積的麻面和脫皮，同樣可以采用熱再生技術，以提高再生層和路面下承材料間的黏結強度。對于瀝青老化或油石比不足引起的麻面、脫皮松散，在就地熱再生施工過程中可以添加適量的再生劑和熱瀝青，以優化再生后瀝青混合料的油石比，從而提高瀝青混合料的路用性能。

3 公路路面病害檢測技術

路面檢測早期采用人工檢測，隨著檢測技術的發展，發展為半自動化檢測，再到現在大部分路面檢測都采用無損檢測技術。無損檢測可將攝影設備、探地雷達、激光掃描器、彎沉儀及其他檢測設備集成在檢測車上，實現高度的智能化和自動化，對路面平整度、車轍、強度、損壞情況、線形等進行全方位檢測。

（1）目前，彎沉儀是國內廣泛采用的一種檢測技術。落錘式彎沉儀（Falling Weight Deflectometer， FWD）是較為常見的一種，FWD可搭載于檢測拖車上，通過液壓泵站控制落錘施加沖擊荷載，不同距離橫梁上的位移傳感器能夠記錄路面變形，并將數據傳輸到采集器，再由終端的系統進行數據處理。不同位置的傳感器數據可以得到路基的彎沉盆數據，從而推算路面結構的模量。

（2）探地雷達（Ground Penetrating Rada， GPR）。探地雷達原理是通過發射和接收高頻電磁波探測路面內部結構。探地雷達車的組成結構有傳感器、電池、固定支架、電池電纜、顯示器、顯示單元、傳感器支持鏈等。測量方式也分為多種，包括剖面法、寬角法、透射波法等。由于不同介質的介電常數不同，電磁波在路下傳遞過程中在不同介質層界面產生折射和反射，對接收到的信號進行處理可實現目標的檢測識別和定位。通過波形圖的異常，可以判斷地表下管線、鋪筑不密實、坑槽、水位等信息。

（3）三維激光掃描。三維激光掃描技術是一種十分高效的無損檢測技術，通過掃描地面或物體，獲得包含大量三維坐標信息的點云數據，獲取路面的空間位置信息，從而判斷病害情況。尤其對于裂縫等病害的判斷，激光掃描可以準確判斷裂縫位置和寬度等信息。三維激光掃描技術通常需結合GPS實現精準定位，以獲取車輛的軌跡數據，檢測車需保持勻速行駛，確保點云數據的穩定獲取。獲取的數據經過濾波去噪處理，并進行特征分類，可以得出裂縫、坑槽、車轍等不同類型的路面缺陷。在路面平整度檢測方面，傳統的直尺測量法精度較低且效率不高，而激光掃描法可以適用于車速80 km/h的情況，其精度可以控制在0.1 mm，同時收集的數據可以和數字高程模型（DEM）相結合，計算得到國際平整度指標（IRI）和平整度標準差，可以有效判斷路面波浪、線形不平順、麻面、坑槽等病害。

（4）圖像識別技術。計算機視覺（Computer Vision，

CV）技術是人工智能的一大領域，最初多用于人臉檢測、智能汽車、圖像檢索等領域，近年來工程師們逐漸將其運用于道路檢測中。傳統的CV技術需要提取圖像中的特征，如采用閾值分割、邊緣檢測、角點檢測等算法進行特征提取以形成目標類別的定義，并用于其他圖像的檢測，這需要工程師對其中的參數進行調整，當圖像類別增多時，這項工作將變得尤為煩瑣。隨著深度學習的發展，CV技術有了進一步的發展，深度學習神經網絡可以自動提取特征，性能遠超過一些傳統CV算法。卷積神經網絡（Convolutional Neural Network， CNN）作為CV中常用的一種深度學習模型，更是在檢測領域有相當多的應用，使用編程語言也較為容易實現，例如使用python語言，通過pytorch、tensorflow、caffe、yolo等API可以快速構建自身的CNN模型。路面病害圖像輸入CNN模型中，需要經過若干個卷積層和池化層的轉化，最后在神經網絡層進行預測、識別。

4 結語

該文總結了公路路面的常見病害形式，對病害成因進行了分析，給出了各類病害的防治措施，并且描述了現階段主流的路面病害檢測技術，具體如下：

（1）公路路面病害的主要類型可分為裂縫類、變形類、松散類、其他類型。對于裂縫的處置，可采用灌縫或貼縫技術，而對于變形類、松散類病害的預防和處置，可從材料選擇、配合比設計、結構設計、施工把控等方面入手。

（2）路面病害檢測技術包括彎沉儀、探地雷達、三維激光掃描、圖像識別技術等。其中，彎沉儀可用于推算路面結構模量；探地雷達可根據電磁波反射信號得到病害出現的具體位置，尤其是路面以下的缺陷；三維激光掃描則可用于路面平整度、裂縫、坑槽、道路線形等方面的檢測；圖像識別技術結合深度學習神經網絡，可以實現高精度的不同類型病害的識別，需要注意的是模型的搭建和數據集的制作、訓練等。

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