鐘洪衛(wèi) 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(shè)的飛速發(fā)展，瀝青路面在公路工程中得到了廣泛應(yīng)用。由于其具有胎噪低、施工方便和養(yǎng)護(hù)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(huán)境因素的作用下容易出現(xiàn)各種裂縫病害，例如縱橫向裂縫、龜裂和塊裂等，這些問題嚴(yán)重影響了路面的使用質(zhì)量。如果不對這些裂縫進(jìn)行及時處理，它們可能會進(jìn)一步擴(kuò)大，導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。然而，目前很多養(yǎng)護(hù)人員在進(jìn)行瀝青路面裂縫檢測或處治時過于依賴個人經(jīng)驗，缺乏對項目實際情況的深入理解，這導(dǎo)致了檢測或處治方案的適用性較差[1]。因此，我們有必要進(jìn)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(yǎng)護(hù)質(zhì)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(xiàn)形式有橫向裂縫、縱向裂縫、龜裂、塊狀裂縫等，按照產(chǎn)生原因可分為反射裂縫、荷載型裂縫、溫度裂縫等。根據(jù)《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG 5210-2018），裂縫可按縫寬、塊度等進(jìn)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(chǎn)生的原因可以從路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、基層結(jié)構(gòu)完整性、面層結(jié)構(gòu)完整性及表面層材料性能等四個方面進(jìn)行分類及分析：

A、路基結(jié)構(gòu)不穩(wěn)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(dǎo)致路基浸水等，會造成瀝青路面嚴(yán)重縱向裂縫。

B、基層結(jié)構(gòu)破壞并反射至瀝青面層形成路面整體結(jié)構(gòu)破壞，如半剛性基層溫縮開裂形成面層反射裂縫、強(qiáng)度不足引起的結(jié)構(gòu)性破壞、強(qiáng)度過高引起的嚴(yán)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(jié)構(gòu)破壞而導(dǎo)致路面功能性損壞，如瀝青面層溫度應(yīng)力裂縫、疲勞裂縫、瀝青面層抗剪強(qiáng)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(huán)境變化等因素的作用，發(fā)生瀝青材料老化等性能衰減現(xiàn)象，會引起細(xì)微裂縫等。

2 瀝青路面裂縫檢測方法

從裂縫產(chǎn)生部位來看，可以分為表面和內(nèi)部裂縫，前者可以直觀地檢測，后者在瀝青結(jié)構(gòu)層內(nèi)部，檢測難度大。

2.1 瀝青路面表面裂縫檢測技術(shù)

（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(jī)。為了準(zhǔn)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(zhǔn)確率進(jìn)行驗證。

裂縫圖像獲取后，要對圖像進(jìn)行降噪、增強(qiáng)、閾值分割、開閉運(yùn)算等[3]。

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

（2）三維圖像檢測法

三維圖像檢測法是利用激光掃描設(shè)備和三維相機(jī)來拍攝裂縫，在二維圖像的基礎(chǔ)上加入深度數(shù)據(jù)，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(cè)的相機(jī)對車道連續(xù)拍攝，得到整個車道范圍內(nèi)的三維圖像，大大提高了瀝青路面裂縫檢測效率。

（3）無人機(jī)檢測法

隨著技術(shù)進(jìn)步，無人機(jī)技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用日益廣泛。一般情況下，無人機(jī)包括高清相機(jī)、RTK定位系統(tǒng)，激光雷達(dá)等部分，其中高清相機(jī)是用于獲取裂縫圖像信息，激光雷達(dá)是用于獲取點位數(shù)據(jù)，從而建立路面三維模型。需注意，無人機(jī)的巡航高度不宜過高或過低，巡航高度過高對細(xì)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(jié)合類似項目檢測經(jīng)驗，建議無人機(jī)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(chǎn)生裂縫病害后，其熱導(dǎo)特性會改變，熱能在材料內(nèi)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(dāng)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(diào)查法

兩人組成一個測試組，沿路肩徒步調(diào)查；量測路段的路面長度及寬度，沿路面仔細(xì)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(jù)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(guī)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(zhǔn)確至1mm；縫長按照沿裂縫走向累計長度計算，檢測結(jié)果準(zhǔn)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(yīng)覆蓋該處面積，檢測結(jié)果準(zhǔn)確至0.0001m2。

（6）不同裂縫檢測技術(shù)對比

每種裂縫檢測技術(shù)都有其自身的優(yōu)勢和缺陷。本文從檢測精度、檢測效率、經(jīng)濟(jì)性三個方面對不同檢測方法進(jìn)行對比，見表2[5]。

表2 裂縫檢測技術(shù)對比

2.2 瀝青路面內(nèi)部裂縫檢測技術(shù)

（1）檢測原理

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

通常，發(fā)射頻率越高，探地雷達(dá)法的檢測深度越小，因此需根據(jù)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(jù)相關(guān)研究成果，存在內(nèi)部裂縫的瀝青路面雷達(dá)圖像局部呈“倒V”型。在實際項目中，先利用三維探地雷達(dá)在行車道上連續(xù)檢測，對發(fā)現(xiàn)“倒V”型的可疑路段進(jìn)行加密檢測，探地雷達(dá)檢測裂縫應(yīng)提供路面結(jié)構(gòu)狀況雷達(dá)圖譜，應(yīng)能識別出路面各結(jié)構(gòu)層厚度和結(jié)構(gòu)內(nèi)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(jìn)行驗證，鉆芯取樣深度應(yīng)達(dá)到路面基層底部，記錄各結(jié)構(gòu)層厚度、結(jié)構(gòu)層材料類型、裂縫所處層位、發(fā)展形態(tài)、結(jié)構(gòu)層黏結(jié)情況、結(jié)構(gòu)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(shù)在瀝青路面裂縫檢測中的應(yīng)用效果。該公路長36.6km，設(shè)計速度100km/h，設(shè)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(jié)構(gòu)組合如下：4cmAC-13+5cmAC-20C+7cmAC-25+18cm水泥穩(wěn)定碎石上基層+18cm水泥穩(wěn)定碎石下基層+18cm石灰土底基層。同時，該公路所在區(qū)域年降雨量較大，且冬季溫度低，存在季節(jié)性凍土。瀝青路面經(jīng)過長期運(yùn)營，出現(xiàn)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(jìn)行檢測和處治。

3.2 路面表面裂縫檢測結(jié)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(jī)檢測法、紅外熱像法分別識別出了26、29、18、23，對應(yīng)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(jī)檢測法的檢測精度最低，可能是因為無人機(jī)巡航高度過高，細(xì)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(dá)60～80km/h、80～10km/h，但是二維圖像檢測法所獲取的數(shù)據(jù)需要大量的人工復(fù)合，耗費(fèi)時間長，而三維圖像檢測法在數(shù)據(jù)采集完成后能自動處理采集數(shù)據(jù)，快速識別裂縫，需要人工輔助較少，耗費(fèi)時間短。同時，無人機(jī)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(jī)檢測法，在檢測結(jié)束后需利用點云數(shù)據(jù)構(gòu)建三維模型，需要的時間過長,檢測效率最低者為人工調(diào)查法。

（3）經(jīng)濟(jì)性對比

本文統(tǒng)計了二維圖像檢測法、三維圖像檢測法、無人機(jī)檢測法、紅外熱像法、人工調(diào)查法檢測瀝青路面裂縫的單位費(fèi)用，二維圖像檢測法、三維圖像檢測法、人工調(diào)查法的檢測費(fèi)用較低，這是因為已有完整的設(shè)備。而無人機(jī)檢測法涉及到三維建模，整體費(fèi)用高，經(jīng)濟(jì)性較差。同時，紅外熱像法需要多人配合才能完成，檢測費(fèi)用也較高。

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

3.3 瀝青路面內(nèi)部裂縫檢測結(jié)果

由探地雷達(dá)檢測結(jié)果可知，K10+200～K12+500路段僅有一處內(nèi)部裂縫，從雷達(dá)圖像看，瀝青路面裂縫處的振幅明顯增強(qiáng)，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(bǔ)方法

對于橫向和縱向裂縫可根據(jù)嚴(yán)重程序和產(chǎn)生原因分別采用貼縫、開槽修復(fù)、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(fēng)設(shè)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(jī)開槽，將瀝青路面裂縫邊緣整平，再利用灌縫材料進(jìn)行修補(bǔ)；對于大面積龜裂路段，瀝青路面性能衰減嚴(yán)重，需利用銑刨設(shè)備將裂縫區(qū)域挖除，再加鋪瀝青混合料或采用薄層罩面技術(shù)。

（2）裂縫修補(bǔ)時間

裂縫修補(bǔ)屬于預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，修補(bǔ)時間要結(jié)合瀝青路面技術(shù)狀況指數(shù)確定。瀝青路面裂縫修補(bǔ)宜選在干燥偏涼的季節(jié)，比如秋季。此時，瀝青路面裂縫處于“張開”狀態(tài)，能填充足夠材料，便于填縫材料施工。

（3）裂縫修補(bǔ)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(bǔ)的基礎(chǔ)工作，為施工提供安全的環(huán)境；②裂縫開槽。利用開槽機(jī)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(shè)定溫度，用灌縫機(jī)將密封膠均勻的灌入槽內(nèi)；⑤養(yǎng)護(hù)。密封膠灌縫后需冷卻至少15min后才能開放交通。

5 結(jié)語

本文分析了公路瀝青路面裂縫產(chǎn)生機(jī)理、常用檢測方法的應(yīng)用特定及裂縫處治措施，得到了以下幾個結(jié)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(chǎn)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(guān)。

（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(jī)檢測法、紅外熱像法等，從檢測精度、檢測效率、經(jīng)濟(jì)性等方面來看，三維圖像檢測法具有明顯優(yōu)勢。

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