市政施工中路面裂缝的控制方法

董博

（太原市政建设集团有限公司，山西太原 030000）

0 引言

沥青路面基层以半刚性基层为主，在道路运营中易受诸多因素的影响而发生各类裂缝等病害，必须给予重视。道路工程项目在建时，经常会出现不同程度的裂缝问题，尤其横向裂缝最为常见，其主要诱因是受到基层裂缝反射影响，导致沥青面层出现严重的横向裂缝。针对沥青路面横向裂缝问题，需采取有针对性的处置措施。为了对沥青路面裂缝产生及其发展规律进行深入了解，需要对路面裂缝病害展开科学合理的调查和分析，提出有针对性的解决措施。

1 沥青混凝土路面裂缝成因

沥青混凝土路面施工基本工艺主要包括以下4 个方面。

（1）沥青混凝土混合料的配制。沥青混凝土混合料的配制是道路工程建设中的重要环节，也是影响道路路面施工质量的关键步骤。沥青混凝土混合料配制需要根据道路工程的总体建设目标科学计算各种材料的配比，并按照配制工艺进行流程化标准化操作，从而得到符合道路工程质量要求的混合料；在混合料配制时还应当对原材料的质量进行检测与控制，若沥青针入度、混凝土密度等原材料指标不达标则可能导致路面裂缝形成。

（2）沥青混凝土混合料的运输。混合料的运输也是沥青混凝土路面施工的基本工艺，在客观条件不满足的情况下，沥青混凝土混合料无法在施工现场进行制备，因此制备好的沥青混凝土混合料需要通过专用车辆运输到工程现场，保证配制好的混合料符合运输质量要求[1]。

（3）沥青混凝土混合料的摊铺与压实。混合材料的摊铺与压实作业是道路路面工程施工中的关键步骤，在摊铺与压实施工过程中需要协调压实机作业长度与摊铺速度间的关系，从而保证压实施工作业的稳定性与质量。沥青混凝土混合料的摊铺与压实过程中应根据环境温度、湿度和风速等条件灵活调整摊铺与压实速度，从而保证沥青混凝土混合料温度处于适宜状态，避免摊铺不当增加路面开裂风险。

（4）路面保护。在混合材料的摊铺与压实作业完成后，还应对沥青混凝土面层的平整度进行检查，其中尤其应当重点检查路面接缝、下水道井盖等特殊部位。

2 市政施工中路面裂缝处理方法

2.1 路面裂缝识别

裂缝识别深度学习模型基于VGG 网络中块的设计思路和SegNet 网络中编译码器（Encoder-Decoder）思想进行设计，通过多尺度误差函数对模型识别精度进行量化评价。VGG 网络中块的设计思路将图像信息的识别和提取逐级抽象化，将特定卷基层和池化层组成可重复的单元块。图像在该单元块时，信息抽象化程度逐级提高，形成一系列不同尺度的中间处理结果。这些中间处理结果保留了裂缝等缺陷图像对噪声敏感但边界清晰的低尺度信息和对噪声鲁棒性强但边界模糊的高尺度信息。这些中间处理结果根据通过Encoder-Decoder 还原成与输入图像同大小的数据以进行该尺度下的误差分析，由此可以得到裂缝图像不同尺度下的误差。通过将这些多尺度下的误差图进行巧妙融合，组成新的误差函数，网络每次训练以减少该多尺度误差为目标。由于模型同时考虑了裂缝的具象信息（边界信息）和抽象信息（是否为裂缝），对于裂缝的识别准确率和定位准确率有明显提升。

2.2 路面裂缝检测

传统的裂缝检测以人工检测为主，但这种方法效率低下且依赖工人的经验，具有一定的局限性。现阶段，随着计算机视觉及模式识别领域的快速发展，国内外的一些专家学者提出了多种以目标检测网络为主体的裂缝检测网络，例如，基于深度学习的桥梁裂缝检测算法，通过滑动窗口算法切分图像解决了数据样本不足的问题，通过深度桥梁裂缝分类模型（DBCC）结合改进的滑动窗口算法对裂缝进行检测，但滑动窗口切分法得到的图像需人工判读才能找出包含裂缝的图像，因此这种数据扩增方法效率较低；改进了以ResNet-50为特征提取网络结合多任务增强RPN（区域选取）的FasterR-CNN 目标检测网络，并对大坝裂缝进行检测；利用SSD（单点多尺度目标检测器）目标检测算法对混凝土结构裂缝进行高精度检测。这些以目标检测网络为主体的裂缝检测网络虽可以通过目标检测框输出裂缝在图片背景的相对位置与目标区域块，但裂缝分布路径不规整，形态延展非线性，具有特殊的拓扑结构，而这些裂缝检测网络无法捕获裂缝的分布路径、拓扑结构、形状延展和密度信息等[2]。然而，这些信息往往非常重要，也可为更深入地提取像素级的可量化信息提供帮助，如计算裂缝的长度、平均宽度、最大宽度、面积等。为此，一些专家学者提出并改进了以图像处理技术与图像分割网络为主体的裂缝分割网络，例如，提出了基于OpenCV 开源平台和改进Canny 算子的路面裂缝分割算法来提取分割路面裂缝；基于DeeplabV3+语义分割网络提出了一种分割沥青路面裂缝的方法，并通过FPT（正交骨架线法）算法对裂缝进行量化计算。这些以图像处理算法与图像分割网络为主体的裂缝分割网络虽然能获取裂缝的分布路径、拓扑结构、形状延展和密度等信息，但是在动态地对路面裂缝进行分割时缺乏裂缝在图像中的相对位置信息，而带有裂缝缺陷的路面往往少于正常路面，从而很难从诸多分割图像中筛选并定位含有裂缝的图像。为解决这些问题，笔者提出一种针对路面裂缝的检测分割网络，选用高精度的YOLOV5 目标检测网络作为主框架，并为YOLOV5添加分割模块，以实现同时对路面裂缝进行检测和分割；针对裂缝数据集不足的问题，提出了应用生成对抗网络对裂缝数据集进行扩增的方法。

2.3 溶剂型灌缝技术

路面裂缝是影响道路使用性能的严重病害问题之一，对路面的美观性及使用性能产生极其严重的影响。当前的路面灌缝技术主要包括溶剂型灌缝技术和灌缝胶灌缝技术。溶剂型灌缝技术即采用溶剂型改性沥青对裂缝进行灌注处理，利用气泵将沥青缓慢压入裂缝中，通过反复加压，直至灌缝材料与路面平齐。该技术的主要应用材料为改性剂，它在常温条件下的流动性较差，因此在施工过程中，需要对其持续加热，施工流程烦琐，易使工期延长。灌缝胶灌缝技术属于裂缝修补的新技术，它采用高分子聚合物作为灌缝材料，在高温下形成液体状态，并与混合物充分混合后灌入裂缝中。该技术施工后裂缝的密封性较好，且不易变形，但所需灌缝材料的价格昂贵，会增加施工成本[3]。根据路面裂缝形成原因，考虑实际地质条件，通过对灌缝施工主要设备进行选型及裂缝处治最佳时间的确定等施工前准备，对施工工艺进行设计，根据施工流程，完成灌缝施工。对试验路段进行施工效果检测，检测结果表明，灌缝施工后的路面弯沉值相比于施工前有所降低，提高了路面平整度，证明所设计的灌缝施工技术具有可行性。

2.4 微创注浆修复技术

半刚性基层沥青路面在道路建设中应用较为广泛，半刚性基层可提高道路的整体稳定性，降低沥青路面面层的摊铺厚度，从而降低施工成本。但是，从实际应用效果来看，半刚性基层沥青路面在经受车辆长期轴向荷载、高温和冻融等环境的共同作用后，其材料强度、力学性能均出现大幅下降，从而导致路面出现大面积裂缝、坑槽、车辙等病害，影响行车的舒适度和安全。因此，需要对半刚性基层沥青路面进行预防性养护处理，抑制病害的发展[4]。通过对半刚性基层沥青路面裂缝进行现场检测，选取裂缝深度达到基层的部位实施非开挖的微创注浆修复技术。经试验段注浆试验，确定了注浆材料性能参数及机具要求，应用有机材料微创注浆施工工艺，并通过钻芯取样的方式对注浆效果实施综合评价。检测数据显示，浆液在压力作用下，对基层之间的空隙进行了填充加固；而芯样劈裂试验显示，浆液能有效实现对半刚性基层的补强加固，且劈裂强度高于1MPa，对修复半刚性基层沥青路面裂缝具有较好的效果。

3 市政施工中路面裂缝的控制策略

3.1 提高地基强度及稳定性

路基设计时要结合沿线湿度、温度变化规律，确保路基具有一定的强度、稳定性。路基施工时，要对路基填筑材料进行有效管控，完善填筑工艺手段，保障路基的稳定性。填筑材料的选择和利用要严格遵守现有规范要求，确保强度达标，要压实到规定的密实度并形成稳定的填方砂砾土质，切忌选择淤泥或沼泽土等。路堤填筑施工环节要符合施工标准，无论选择黄土还是膨胀土，都必须严格按照施工流程进行操作，避免带来不良影响[5]。在桥涵回填施工时，保证砂砾具有良好的透水性，从而保证碾压施工处理效果。通过试验，对各种不同类型填土的最大干密度和最佳含水量等进行管控，同时要按照分层填筑、分层碾压的方式进行施工。另外，施工前期必须确定填土分层的压实厚度，通常不超过20cm。

3.2 完善道路工程项目前期设计环节中的质量把控

从现场踏勘入手，考虑当地施工环境气候变化、使用人群对构件本身功能需求、桥梁位置功能性要求等方面，做好论证与数据梳理工作，确保经现场初勘和相关论证等系列工作后将各类干扰因素的影响降到最低。前期设计质量直接影响桥梁投入运营阶段使用功能和安全功能。要抓好质量控制及措施落实，做好各系列设计参数及数据验证与校准工作。运用创新思维和创新理念，论证过程中依托先进的仪器和设备绘制出精准安全的设计图纸方案，为下一步工序提供保障。

3.3 道路保养与人员培训

在保证施工质量的前提下，高效科学的道路保养措施也是延长沥青道路使用寿命、预防后期路面开裂的关键步骤。在沥青路面的各类型裂缝中，载荷型裂缝、反射型裂缝均与道路保养、管理质量有密切关联，因此相关从业人员应当采取积极有效的管理控制制度规范建成后沥青道路的使用标准，通过定期保养与车辆载荷管控，避免反射型裂缝与载荷型裂缝的形成。路面工程建设过程中各种施工工艺都需要由具备相关专业技能的人员操作，因此人员素质与技术水平是影响道路工程质量的关键因素，若人员技术水平低下，可能导致施工工艺出现错误从而增加裂缝形成风险。项目管理者应当在人员招聘、人员培训和人员考核等方面加强管理，建立完善的人力资源制度，对关键施工岗位的人员招聘应当设置最低技术标准要求，并在人员入职后定期进行人员系统培训，以提高项目建设相关人员的职业素质，提高人员对各种施工工艺的掌握程度，同时也应当通过人员培训提高员工的责任心，避免工程建设过程中员工责任心不足或缺失而增加工程安全隐患，延长沥青路面使用寿命。

3.4 裂缝养护方法

对于道路表面产生的开裂，常规的养护方法是利用热沥青或灌缝胶对开裂处进行灌缝处理。目前，常用的灌缝方式为人工操作灌缝机，手持灌缝枪对裂缝填充灌缝料。灌缝过程中，裂缝容积未知。因此，灌缝装置出料流量由目测决定，灌缝自动化程度和效率不高。在灌缝的同时，对裂缝容积进行检测，灌缝装置出料流量根据裂缝容积检测结果进行控制，实现灌缝过程中灌缝出料流量的自动控制，提高灌缝效率。针对灌缝装置出料流量无法根据裂缝容积进行自动控制的问题，提出了一种利用线结构光三维测量的裂缝容积检测方法[6]。针对此方法，搭建了裂缝容积实验检测平台对裂缝模型进行检测。裂缝容积检测通过全局相机对全局裂缝进行采样，提取出全局裂缝后，使线结构光与全局裂缝法线方向保持一致，沿全局裂缝轨迹对裂缝截面进行扫描，从而准确识别裂缝容积，便于控制灌缝出料流量。

4 结语

道路为人们的日常生活提供便利，但道路的养护是一项挑战。研究表明，当一条质量合格的道路使用时间达到其寿命的75%后，如果没有进行养护，那么随着使用时间的延长，其养护成本和养护难度也会随之增大。道路要做到建好、管好、护理好、运营好，而护理好不仅关系到道路运营，还关系到规划建设、道路管理。在道路养护中，裂缝是结构表面维护中最常见的病害之一。因此，对道路表面裂缝的提取是养护工作中决策的数据基础。横向反射裂缝通常由基层向上扩展到面层，受荷载的影响，横向裂缝间距与累计当量轴次相互之间存在一定的密函数相关性，提升面层材料抗裂性能能有效缓解裂缝出现时间。但需要注意，面层材料抗裂性能的提升并不能阻止裂缝的产生，因此，要结合实际情况，积极采取有针对性的措施，将沥青路面横向裂缝发展规律、影响因素等进行有效整合，以促进沥青路面裂缝问题的有效防治。