高速公路路面破損檢測分析
2011-10-18 來源：建設(shè)工程教育網(wǎng)
改革開放以后，我國的經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，客流量和貨流量大大增加。2002年，高速公路的客流量占91.7%，貨流量占78.3%。汽車保有量以每年14%的速度增長。雖然我國高速公路的建設(shè)起步較晚，但發(fā)展速度之快和建設(shè)規(guī)模之大，在世界公路史上都是前所未有的。但是隨著高速公路通車時間的增長，路面的破損問題就逐漸凸顯出來。因此隨著高速公路建設(shè)的飛速發(fā)展，高速公路路面養(yǎng)護(hù)與管理的任務(wù)也隨之變得越來越繁重。而路面檢測是路面養(yǎng)護(hù)與管理的第一步，如果可以提高這一步的工作效率那么將會減輕路面養(yǎng)護(hù)與管理的任務(wù)。下面就國內(nèi)外兩方面論述一下路面檢測的發(fā)展情況。
一、路面檢測與破損特征識別技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
（一）國外發(fā)展?fàn)顩r
從20世紀(jì)70年代開始，隨著高速公路建設(shè)的飛速發(fā)展，路面破損特征自動檢測系統(tǒng)開始逐漸出現(xiàn)，如加拿大的Roadware公司在1969年開始了路面數(shù)據(jù)采集的研究。到目前為止，其客戶已經(jīng)遍布全球17個國家。還有日本的Komatsu系統(tǒng)、美國的ETC公司的PCES系統(tǒng)、IMS公司的“PAVUE”系統(tǒng)、瑞士聯(lián)邦技術(shù)研究所的“CREHOS”系統(tǒng)、英國WDM公司研制的路面裂縫檢測車等。但當(dāng)時的技術(shù)還很不完善，其工作原理也不盡相同。日本的Komatsu系統(tǒng)是利用安裝在檢測車兩側(cè)的激光掃描器發(fā)出氬激光照亮路面，通過光電倍增管以一定角度接收從路面反射回來的光，當(dāng)被掃描的路面上有裂縫出現(xiàn)時，接收的射線數(shù)量就會減少。也就是說，從光電倍增管輸出的變化反映出所掃描的區(qū)域是否存在裂縫。
（二）國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步迅速發(fā)展，我國高速公路通車?yán)锍桃诧w速增長，我們在路基、路面設(shè)計、施工、管理上取得了長足進(jìn)步，但是從全社會對建設(shè)質(zhì)量的要求來看，高速公路建設(shè)也存在一些不理想的地方。其中，高速公路瀝青路面早期破損問題，已成為影響我國公路健康發(fā)展的突出矛盾。我國高速公路建設(shè)發(fā)展的較晚，從2001年才算進(jìn)入快速發(fā)展時期。
從國外的發(fā)展我們可以看出，基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的路面檢測系統(tǒng)技術(shù)以日趨成熟。同時，隨著圖像傳感器等硬件的發(fā)展，圖像采集的新技術(shù)、新方法也廣泛的應(yīng)用于其中。而國內(nèi)還只是處在起步階段，無論是軟件還是硬件都不成熟。
二、破損特征分類及成因分析
我國瀝青高速公路路面的結(jié)構(gòu)主要有以下三大類：半剛性基層瀝青路面，簡稱半剛性路面。半剛性路面通常由半剛性材料底基層、半剛性材料基層、和瀝青面層構(gòu)成。半剛性路面約占75%；水泥混凝土路面，也常稱為剛性路面，約占23%；剛性組合式路面，約占2%。由于半剛性基層瀝青路面占我國高速公路總里程的主要部分，所以本文只針對半剛性基層瀝青路面的破損特征進(jìn)行研究。
只有對瀝青高速公路路面破損特征的類型及成因徹底了解，在后續(xù)的維修過程中，才能針對不同破損類型，做出相應(yīng)的維修方案，做到有針對性的去維修。下面分別詳細(xì)介紹瀝青高速公路路面破損特征的常見類型及其形成的原因。
（一）破損特征分類
瀝青高速公路路面的破損情況因路基、路面的類型、地區(qū)、氣候和交通等差異而不同。從大的方面可分為結(jié)構(gòu)性破損和功能性破損兩大類。結(jié)構(gòu)性破損是由于路面各結(jié)構(gòu)層的承載能力不能抵抗現(xiàn)有行車載荷的反復(fù)作用，而產(chǎn)生路面結(jié)構(gòu)整體性破壞，其結(jié)果反映到路面上就是各種形狀的裂縫，如龜裂、塊裂、縱裂和橫裂；功能性破壞是由于路面提供給道路用戶的服務(wù)能力下降引起的，反映在路面上則是平整度降低和車轍加深。常見的功能性破損有不平整性、坑洞、擁包、泛油、波浪、修補、車轍（少量）和局部裂縫等。
路面結(jié)構(gòu)性破損是最嚴(yán)重的一種早期破損，路面一旦發(fā)生結(jié)構(gòu)性破損，其它使用性能就根本談不上，所以本文只針對結(jié)構(gòu)性破損的檢測及識別進(jìn)行研究。
（二）結(jié)構(gòu)性破損的分類與成因
1．龜（網(wǎng)）裂。在高速公路行車道上常發(fā)生路面龜（網(wǎng)）裂病害，且在龜（網(wǎng)）裂、沉陷處又常伴有唧漿現(xiàn)象。如對龜（網(wǎng)）裂、沉陷不及時處理，雨后極易形成坑槽而加速路面的損壞，所以應(yīng)及時修補龜（網(wǎng)）裂路面，抑制進(jìn)一步的損壞。
2．縱向裂縫?？v向裂縫的形成原因是多方面的，常見的有如下四種情況：
（1）由于路基壓實度不均勻引起的，如發(fā)生在路基半填半挖處的裂縫；
（2）在瀝青面層分幅攤鋪時，兩幅接茬未處理好，在行車荷載作用下，易形成縱向裂縫；
（3）地下水位下降的影響。如果某段高速公路初建時地下水位很高，若遇到氣候干燥，降雨量較小的季節(jié)，則地下水位就會降低。地下水位的變化將導(dǎo)致軟弱土層及其它含水層的固結(jié)，引起地基下沉，發(fā)生路基不均勻沉降，產(chǎn)生道路縱向裂縫；
（4）超限重載車的作用。長期在超限重載車的作用下，將使輪跡處產(chǎn)生縱向裂縫。
3．橫向裂縫。橫向裂縫是瀝青面層發(fā)生最多的一種破損類型，幾乎每條瀝青路面高速公路上都有或多或少的橫向裂縫。
4．塊狀裂縫。路面上產(chǎn)生的不規(guī)則的大網(wǎng)格式網(wǎng)狀裂縫，裂縫間距大進(jìn)而導(dǎo)致路基軟化，致使握裂縫的類型及其成因，才能選擇合適的維修措施有針對小相近，裂塊的網(wǎng)格在形狀和尺寸上都有別于網(wǎng)狀裂縫。
瀝青路面產(chǎn)生裂縫后，雨水將不斷從裂縫滲入基層，路面承載力進(jìn)一步下降，使路面損壞程度逐漸加大。因此，應(yīng)及時進(jìn)行修補，防止裂縫進(jìn)一步發(fā)展。
裂縫類路面病害的治理是路面養(yǎng)護(hù)工作的第一步，做好了就可以阻止路面其它病害的發(fā)展速度和深度，而且可以降低養(yǎng)護(hù)成本。
三、瀝青高速公路路面破損狀況評價指數(shù)（PCI）
（一）瀝青路面破損率（DR）
1．路面破損換算系數(shù)（K）：根據(jù)路面破損的嚴(yán)重程度和范圍對車輛行駛和養(yǎng)護(hù)處理工作量的影響。
2．路面綜合破損率（DR）按下式計算：
DR =D/A×100=∑Di/A×100
式中：DR：表示路面綜合破損率，以百分?jǐn)?shù)計；
D：表示調(diào)查路段的折合破損面積（m2）；
A：表示調(diào)查路段的總面積；
Di：表示第i幅路面圖像的破損面積。
3．路面狀況指數(shù)（PCI）：路面狀況指數(shù)（PCI）的數(shù)值范圍為0～100。其值越大，路況越好。PCI計算公式為：
PCI=100-15 DR0.412
（二）路面狀況的評價標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)路面破損情況，可將路面質(zhì)量分為優(yōu)、良、中、次、差五個等級。
四、結(jié)語
隨著我國高速公路總里程的迅速增加，新的問題即高速公路的養(yǎng)護(hù)與維修的重要性也逐漸凸顯出來，由于檢測與養(yǎng)護(hù)手段的落后，使得養(yǎng)護(hù)與維修的任務(wù)越來越重。本文詳細(xì)分析了瀝青高速公路路面的破損類型及其成因，介紹了瀝青高速公路路面的使用性能及各項的評價指標(biāo)，給出了路面破損狀況的評價指數(shù)，此評價指數(shù)是研制開發(fā)路面破損特征檢測與破損率識別系統(tǒng)的核心依據(jù)。
