公路沥青路面病害及检测技术研究

刘兴隆，吴世东

（贵州顺康检测股份有限公司，贵阳 550014）

完善的交通体系是促进我国经济发展的重要基建举措，近些年来我国公路网络不断扩张，其中沥青公路占有较大比例，沥青是我国公路建设中较为常用的工艺手段，其特点是驾驶感受优良、可无缝衔接及施工速度快等，但与此同时公路沥青路面也存在一定弊端，目前常见的病害包括裂缝坑槽及车辙等问题，与施工工艺、施工环境和施工温度都有着较大关系，应引起相关部门及人员的充分重视。公路发展对我国社会意义重大，因此有针对地分析公路沥青路面病害成因及检测技术尤为重要，相关部门必须针对沥青路面病害的种类及成因进行探索和分析，形成科学良好的施工及养护意识，采用合理的工艺进行修复保养，以减轻沥青路面的损坏程度，以此提高公路路面的使用寿命。

1 公路沥青路面的病害成因分析

1.1 裂缝病害及成因

沥青材料受环境温度影响较大，当出现温度差值时很容易造成公路路面的沥青裂缝，沥青裂缝主要分为纵向裂缝、横向裂缝及网状裂缝。首先，横向裂缝是与车辆行驶方向互相垂直，主要是温度影响造成的自身收缩或变形，加上上部的荷载力量，从而导致横向裂缝产生。其次，纵向裂缝产生的原因较为复杂，主要与上部荷载的应力传导有较大关系，同时也可能受到其他外界因素影响，一般认为小于3 mm的纵向裂缝属于轻微病害，但是如果沥青路面平整度不达标，则有可能加速纵向裂缝的快速扩张，从而影响行驶质感。网状裂缝是纵向裂缝和横向裂缝同时出现产生的，又被称为龟裂，一般而言是沥青路面长期缺少维护或大量超载车辆行驶造成的结构性路面分离[1]。

1.2 坑槽病害及成因

坑槽病害在以往的公路沥青路面上较为常见，是由上部荷载或外力冲击造成的坑状或槽状凹陷，而且随着自然降雨的逐步渗透，会使公路的面层和基层出现结构性分离问题。早期的坑槽病害主要是施工时骨料与沥青结合不均匀造成，因此经过外界应力剪切作用使得形成坑槽损伤，后期的坑槽病害则是应力与水温稳定性问题共同作用造成了路面抗稳定性下降。坑槽病害如果长期不进行管理维护则可能导致极具恶化，轻则路面凹凸不平，无法行驶车辆，重则结构层分离或塌陷[2]。

1.3 车辙病害及成因

随着我国电子商务的快速发展，各个地区的物流运输行业出现了爆发式增长，各个区之间的物资交换频率加大，因此规模庞大的大型车辆、重型车辆行驶时会对公路造成一定的疲劳性冲击，尤其是反复碾压后形成的路面局部变形，如果不及时进行维护或修整，则会加剧沥青路面的病害扩张。沥青路面本身具有一定弹性，可以提高车辆行驶质感，但是也很容易因为外界应力作用造成变形，一旦出现形变则很难恢复。车辙病害的产生就是因为重型车辆或大型车辆的碾压，最为严重的问题是一旦出现车辙后，其他后续车辆仍会沿着已经出现车辙的路线行驶，致使车辙问题逐渐扩大化。产生车辙病害后，很容易造成车辆轮胎的磨损，而与车辙不同宽度的车辆行驶过程中则容易产生失稳问题。

1.4 泛油病害及成因

公路沥青路面的泛油问题是由早期的施工工艺不满足需求或不能抵抗外界温度造成的形变，由于沥青具有一定的流动性，当温度升高时这种流动性能会有明显的提升，而沥青中所包裹的粗细骨料，此时也会随之移动并与下部的混凝土基层产生分离现象。一般而言，行人踩上时会有黏连感，但是如果车辆行驶后，则可能造成基层与面层的分离，也就是常见的泛油病害。近些年来，随着沥青路面工艺水平的上升，更多的改性沥青被广泛使用，因此泛油病害已经逐渐减少，与此同时改性沥青也使得公路的使用寿命有所提升，对于节约整个公路工程的周期寿命成本具有积极意义[3]。

1.5 路面松散与推移问题

沥青公路面的材料是沥青与其他骨料进行混合灌筑所形成的公路表层，由于处在整个工程的最外层，因此受到外界因素干扰较大，同时如果沥青与骨料的级配不合理就会产生松散流动等问题，从整体工程而言就会形成推移现象。路面松散与推移问题造成整个公路变形，并对路基造成很大影响，车辆在行驶过程中会由于不平路面产生侧向滑动或变向，因此对安全行驶具有影响，同时在维护过程中需要消耗大量的人力物力[4]。

2 公路沥青路面检测技术分析

2.1 沥青路面弯沉检测

由于沥青公路路面是软性材料，因此在车轮反复碾压过程中有可能出现裂缝或车辙，而路面弯沉检测技术则是根据车轮轨迹缝隙出现的垂直变形或回弹变形值进行检测，最为著名和常用的是贝克曼联法，另外还包括自动弯沉测定仪法、激光弯沉测定仪法及落锤式弯沉仪测定法。贝克曼联法操作较为简单，但是受到外界因素影响较大，包括温度因素、日照因素等，同时也会受到测量人员主观意识支配[5]。目前最为精准的方式是激光弯沉测定，依法利用激光发射器计算路面回弹变形数值，由于激光射程远且精度高，因此这种方法的未来发展较为可观，尤其对于刚性路面弯沉检测仍具有较高效率，且造价低廉、读数稳定。

2.2 沥青路面平整度检测

路面平整度是指路面纵向的凹凸量偏差值，路面平整度是评定沥青路面的重要技术指标即道路面的形式安全，同时也能体现路面的使用寿命。当路面平整度过大时，会造成行车阻力并形成震动颠簸，这既影响高速行车的安全，同时也会对路面结构层造成破坏，而影响路面平整度的因素较多，包括不均匀沉降、摊铺工艺水平及碾压质量和下层病害等。目前常用的沥青路面平整度检测手段包括定长度直尺法、断面描绘法和顺簸累积法，其中以顺簸累积法最为方便快捷，可以通过车辆传感器对测量路段平整度进行检测。尤其对于槽坑较多的沥青路面使用比较方便。但是如果沥青路面破坏较为严重时，则不易采用此法，更建议使用定长度直尺法和断面描绘法的结合方式[6]。

2.3 沥青路面渗水系数检测

较为传统的渗水检测方法适用于在路面现场测定沥青路面的渗水系数，主要使用渗水仪进行检测上部。渗水仪的渗水量筒由透明有机玻璃制成，一般容积为600 mL，并在玻璃外部标明刻度，检测路段应至少设定5个测点，并用粉笔在路面画上标记。众所周知，沥青路面长期暴露在户外环境下，自然界的各类因素对其影响较大，尤其是自然降水会随着路面逐渐向下渗透，造成路基结构失稳，因此测定沥青路面的渗水性是对沥青路面常见病害的有效控制手段。但是近些年来，随着海绵城市的建设理念被提出，部分公路建设还需要沥青路面具有较高的渗水性，然后从底部进行排除加下部蓄水能力，同时为了更好地反映真实渗水情况，也常采用常规室内简化实验检测。另外，由于不同区域的降水量以及环境要求差别较大，在进行公路沥青路面渗水检测过程中，要以实际情况及建设需求为准[7]。

2.4 沥青路面抗滑性检测

公路一般按照所适应的年平均昼夜交通量及其使用任务和性质划分为若干技术等级，包括高速公路和四个级公路，车辆行驶过程中路面与车轮之间的摩擦力直接影响车辆的稳定性和运转速度，目前常见的沥青路面抗滑性检测包括摆式仪法、构造深法、横向抗滑系数法。首先，摆式仪法是通过仪器的摆动臂末端橡胶片与路面形成的摩擦力测量抗滑值，属于动力摆冲击型仪器，但同时会受到底座不稳定、升降把手与紧固把手调整、摆头下落与仪器产生碰撞等因素影响。其次，构造深法主要是运用铺沙方式，公路路面的粗糙程度决定了路面与轮胎之间的摩擦力，对路面表面的构造深度进行检测，可以评定宏观粗糙度、排水性及抗滑能力，构造深度法还可分为手工铺砂法和电动铺砂法，通过计算陷入表面空隙的沙粒体积与覆盖面积之比，求得构造深度，但是人工铺沙的误差率较大，目前电动法比较常用。最后，横向抗滑系数法是利用摩擦系数测定在潮湿路面行驶时测定轮与行车方向角度，被称为侧向力系数计算法，汽车的行驶过程中会受到横向力和竖向力2个因素影响，横向力为不稳定因素、竖向力是稳定因素，采用横向力系数计算法可以在测定时不妨碍交通，并连续快速测定，尤其是高等级公路，常用此方法测评路面抗滑性能。

3 公路沥青路面病害防治方法及措施

3.1 非承载式沥青路面病害防治措施

沥青具有一定弹性，是沥青公路路面的自身优势，但是沥青的弹性受到温度变化影响较大，例如，北方地区温度下降较快，沥青还未进入稳定状态温度就已经达到下线，从而形成裂缝问题，这又被称为非承载型裂缝，因此很容易造成混合料应力松弛。应对方式如下：首先，要注重公路路基的有效夯实，防止不均匀沉降造成路面变形，同时要根据当地自然情况选择抗变形抗低温的改性沥青[8]。其次，对于一些较为微型的裂缝现象，可在后期进行修补，采用灌入式沥青或者开槽压实放入混合料，如果非承载式沥青路面裂缝较多，甚至达到了网状裂缝的程度，则应该全部剔除，并加入沥青混凝土封层，再用乳化稀浆封层，以达到沥青路面表面抗压、抗磨的目的。

3.2 沥青路面坑槽病害防治措施

公路沥青路面坑槽问题主要是骨料分离及雨水渗透情况，因此要从问题的主要成因入手进行病害预防或改正，而且要注重个性化的施工问题容错方法，根据施工当地的情况选择正确的预防措施，包括低温天气、阴雨天气问题的避免措施。首先，在进行施工前要充分了解当地的地质环境及历史气候变化，可根据设计标准适当提高沥青混合料等级，有针对性地添加外加剂，包括抗低温外加剂、抗形变外加剂及抗老化外加剂等。其次，注重沥青路面表面的防水性能或者导水性能，防水性能则可以在沥青表面加设封层，让天然降水顺着封层表面落入排水沟，如果是海绵城市则应该注重沥青表面的渗水性，让雨水渗过沥青表面层进入下层的排水结构[9]。最后，如果沥青中含蜡量较多，其流动性也较好、也便于施工，但是也容易造成表面的结构滑动，因此要根据施工要求选择含蜡量较为合适的沥青，并配合粗骨料拌合，以此提高路面沥青的整体稳定性。

3.3 沥青路面车辙病害防治措施

车辙病害一直以来都是沥青路面施工关注的重点，需要从多个方面进行预防。首先在设计阶段应注重公路路线规划，避免穿过地质较为复杂的区域，减少由地质环境造成的不均匀沉降，同时也要根据环境做好公路排水设计，保证自然降水能够快速排除，不影响结构层的含水量。其次，在公路基层要有意识地提高混凝土配合比，以此提高基层的承载力，在沥青面层也要注重优化混合料的级配，并选用符合需求的外加剂。最后，根据造价成本选用乳化沥青稀浆封层，可以有效提升路面的耐磨性，而且可以将自然降水快速排除，但是也要做好公路的排水设施，防止通过土壤渗透，建议封层厚度不宜大于5 mm，如此可以保证分层对沥青路面的有效养护，同时也杜绝了经济浪费，是当前公路发展中较为经济适用的厚度。

3.4 微观表面养护处理技术

近些年来，随着我国沥青路面施工工艺的不断完善，很多公路都不会出现大范围的病害，但是由于车辆密度逐渐增加，很多沥青路面还存在着微小性的病害问题，如浅层的裂缝或凹陷。面对这种问题相关工作人员也不能掉以轻心，因秉承科学、谨慎的态度进行修复和处理，这类裂纹或凹陷，如果长期不进行修整，则可能扩大面积造成更大的危害，因此建议采用微观表面养护处理技术。其特点是施工时间短、资源耗费少且黏结力强，短时间内就可完成修补，并不影响公路交通通行，对于10 cm以内的裂缝凹陷具有较好的修复效果，同时也要根据病因深度，有针对性地选择单层摊铺方式或双层摊铺方式，根据标准选择材料配合比例，如此对于我国公路修复技术的发展具有重要意义[10]。

3.5 合理控制路面平整度

车辆在沥青路面行驶时会有一定的弹性能量吸收，因此驾驶感受较好，但是如果沥青路面的平整度不符合要求，则降低了沥青路面自身的优势，同时也使得沥青路面局部受到上部荷载的应力压强变大，因此可能造成局部区域的沥青路面破坏，由此可见合理控制路面平整度对于提高沥青路面使用寿命意义重大。首先，路面平整度要从基层设计环节进行考虑，尽量以稳定土石为主，并采用夯实碾压方式进行施工控制，但如果基层为碎石时，则要关注基层的施工工艺及施工顺序，确保碎石地基材料平整均匀，结构层由上至下能够有效保证作用力的垂直传递，避免应力过于集中或者分散。其次，平整度控制要结合当地实际情况，采用因地制宜的应对策略，例如在路面接缝装环节及沥青碾压环节，要格外注重温度、降水及日照等多种因素影响，同时也要注重后期的重面养护，未达到标准强度前不得让车辆或行人上路。

3.6 公路路面预防性破损检测

公路作为重要的基础设施，对于区域性的物资交流及经济发展具有重要作用，传统的路面病害及检测技术通常都是针对已经出现问题的情况进行事后处理，随着当前科技的快速发展，还需针对表面并无症状的问题进行深化分析，实现事前预防，以此降低维护成本。沥青路面破损检测技术对于路面养护具有重要意义，目前常用的测量方法包括肉眼观察法、摄像测量法、激光测量法及屏幕测读法等。摄像检测技术主要是通过汽车上安装高速摄像机，按一定速度行驶，然后将各种病害进行成像化数据转换，并利用神经网络视觉计算机任务进行检测，将数据集中图像进行分析测算，避免了传统人工检测的主观错误判断，同时也提高了工作效率。另外，目前常用的方法还包括探地雷达，当车辆保持一定的行驶速度时通过探地雷达向路面发出电磁脉冲信号，通过信号返回数据收集，可以得到不连续电介质常数的突变情况，数据的异常及波速的变化会反映出路面结构层的厚度、破坏位置及含水量等详细数据。

4 结束语

综上所述，沥青公路作为我国连接不同区域的重要交通基础设施，在施工使用及维护过程中常出现一些常见路面病害，不仅会影响交通安全，同时也可能降低沥青路面的使用寿命，相关部门及工作人员应针对沥青路面病害成因进行分析探讨，从设计环节及后期保养环节进行有效预防，注重科学化的检测技术运用，提高我国公路沥青路面的整体质量，减少驾车行驶隐患，促进我国公路交通事业稳步提升。