高速公路路面破損檢測分析
2011-10-18 來源：建設工程教育網(wǎng)
改革開放以后，我國的經(jīng)濟迅速發(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起步較晚，但發(fā)展速度之快和建設規(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的飛速發(fā)展，高速公路路面養(yǎng)護與管理的任務也隨之變得越來越繁重。而路面檢測是路面養(yǎng)護與管理的第一步，如果可以提高這一步的工作效率那么將會減輕路面養(yǎng)護與管理的任務。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的發(fā)展現(xiàn)狀
（一）國外發(fā)展狀況
從20世紀70年代開始，隨著高速公路建設的飛速發(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。但當時的技術還很不完善，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)濟的穩(wěn)步迅速發(fā)展，我國高速公路通車里程也飛速增長，我們在路基、路面設計、施工、管理上取得了長足進步，但是從全社會對建設質(zhì)量的要求來看，高速公路建設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。我國高速公路建設發(fā)展的較晚，從2001年才算進入快速發(fā)展時期。
從國外的發(fā)展我們可以看出，基于數(shù)字圖像處理技術的路面檢測系統(tǒng)技術以日趨成熟。同時，隨著圖像傳感器等硬件的發(fā)展，圖像采集的新技術、新方法也廣泛的應用于其中。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，做出相應的維修方案，做到有針對性的去維修。下面分別詳細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，所以應及時修補龜（網(wǎng)）裂路面，抑制進一步的損壞。
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，裂縫間距大進而導致路基軟化，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，路面承載力進一步下降，使路面損壞程度逐漸加大。因此，應及時進行修補，防止裂縫進一步發(fā)展。
裂縫類路面病害的治理是路面養(yǎng)護工作的第一步，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)路面破損的嚴重程度和范圍對車輛行駛和養(yǎng)護處理工作量的影響。
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，以百分數(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）路面狀況的評價標準
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)護與維修的重要性也逐漸凸顯出來，由于檢測與養(yǎng)護手段的落后，使得養(yǎng)護與維修的任務越來越重。本文詳細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，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)。
