公路沥青路面检测评价与养护对策研究

公路沥青路面检测评价与养护对策研究摘要随着我国公路网的建设完成，公路的发展重心逐渐由建设向养护过渡。路面作为公路的主要组成部分，公路路面行驶质量舒适与否，路面病害的破损程度都关系到行车是否顺适。伴随着行车荷载的反复作用以及受制于自然因素影响，路面会出现各种各样的病害，虽然各种病害的严重程度各不相同，但是在公路运营当中都是不小的隐患。随着我国社会经济的不断发展，公路等基础设施在国民经济当中的地位日益重要，交通运输是我国的经济命脉，使得路面病害影响行车安全问题日益突出。因此，积极采取公路病害检测与评价，及时采取科学合理的养护对策逐步延缓公路路面使用性能衰减，有效延长公路路面使用寿命意义重大。本文首先归类并分析公路了路面的主要病害类型及成因，调查研究了主要典型的路面病害和分布特点；其次，较为全面的总结路面病害检测技术，阐述了各路面评价指标的快速检测理论基础、可采取的检测方法；再次，通过总结当前公路养护管理的实践经验，探究影响公路养护效果的因素，并深入探讨了在综合考虑地域差异、交通量、以及路面指标优先层次等因素下公路养护对策树的建立方法。关键词：公路：沥青路面；检测；养护；对策

目录TOC\o"1-3"\h\u1绪论 61.1研究背景与意义 61.2国内外研究现状 71.3本文研究的主要内容 72公路路面病害类型及成因 82.1公路路面病害类型 82.2公路路面病害成因 83公路沥青路面使用性能检测 103.1路面损坏检测 103.2路面损坏检测 103.3路面抗滑性 113.4快速弯沉检测 124公路沥青路面养护管理对策研究 124.1公路管理机构的设置和改革 124.2沥青路面养护管理人员设置 134.3沥青路面养护管理规则的制定 134.4建立专业化养护公司 13结语 13参考文献： 15

1绪论1.1研究背景与意义一、公路交通快速发展，保持较高服务水平的需求公路是支撑社会进步和国民经济增长的重要设施，其在人民生活和国民经济中占据重要地位。路面作为公路重要的组成部分，路面行驶品质的优劣直接影响公路交通的服务水平及交通运输的安全运行水平的高低。当路面状况保持在较高的水准时，既能保证交通出行的顺畅程度，又能给交通参与者带来舒适、便捷的驾乘感受；当路面状况保持的水平较低，道路的通行速度将严重下降，且公路安全隐患显著上升，产生不利影响。二、公路病害频发，有限资金同养护需求的矛盾当前，我省公路建设经历了大干快上的建设时代之后，逐步进入到公路养护为主的时期。随着沥青路面早期破坏日益增多，路面使用性能下降，实际使用超期服役情况严重、交通压力等方面的原因，公路路面病害集中出现，对公路的服务水平和通行能力的影响最为直接。然而，养护投入的资金十分有限，在庞大的养护需求面前显得捉襟见肘。同时，建设养护资金分配比例仍然有重建轻养的弊端，高速公路尤其突出。因此公路路面养护也是基层公路养护管理的工作重点，投入的资金占有限的养护总资金的比例也是最高的。基于此，最核心需解决的如何实现花小钱办大事，通过对路面病害的科学研究，有针对性的提出养护对策，使得公路路面的使用性能能够得到最大限度的提升，是一项重要且有深远意义的工作。三、公路病害处置对策研究，实现因地制宜、因病施策。公路路面养护对策的选择是个很复杂的过程，当前公路路面病害养护对策的制定广泛采用的方式多是基于收集调查路况资料，通过对相应养护方案的投资估算，吸收行业专家的意见建议。但缺点是受人为主观因素影响大，缺乏更为精准的、综合性的分析，考虑因素容易片面化，科学决策程度不够，制定的养护对策往往不是最优化的，有时还容易出现误选等偏差。为此，有必要研究探讨公路养护对策，因地制宜，因病施策，使养护方案对于更好发挥养护效能，延长公路使用寿命，延长公路路面使用周期。开展公路病害处置养护对策研究，是从技术、经济和工程等因素综合考虑的结果，技术方面主要考虑路面的技术状况评价结果，包含损坏类型及程度、公路等级和交通量等，经济方面主要考虑当年度养护费用投入经济效益最大化，工程方面主要考虑材料获取、施工质量、耐久性、交通干扰、行驶舒适性、噪声等几项因素。具体应用时需结合工程实际需要灵活选用，用对策树法建立对策方案库体系，为针对不同路面病害确定优选养护对策确立基础。1.2国内外研究现状当前世界各国都对公路的养护展开了研究，目前世界各国对路面破损存在着多种不同的分类方法。美国方面根据路面破坏的原因，路面损害的严重程度的判别方法，以及病害的检测技术等方面的内容，在出版的《公路路面损坏识别手册》做了详尽的论述，把沥青路面病害归纳为各类形式裂缝、沉陷病害、车辙等，水泥路面分为裂缝、断裂、错台等。美国的一个名为LTTP的研究项目也针对路面病害问题较为繁多的现象，提出了相关的分类方法。在我国相关研究方面，按照病害的产生机理，将路面的损害分为了两种类型，其中一种类型是路面的功能性损坏，另外的一种类型是路面的结构性破坏。当中的功能性破损可包含了以下的几个方面的内容,包括了车辙、坑槽、拥包、泛油等路面的损坏。结构性破损也包括了几种类型的病害,主要包含了横裂、纵裂、龟裂等路面的损坏。当前路面病害方面的研究,其侧重点主要是车辙、坑槽和疲劳裂缝等相关的方面，但是当前我国公路建设当中,主要运用的基层设计类型是半刚性基层。所以当前路面病害方面的研究也逐渐转向了反射裂缝方面的研究上，并且成为迄今在世界范围内尚未有效解决的难题。在我国半刚性基层路面在后期建设中采用的比例很大，应用疲劳断裂力学理论研究形成及疲劳扩展规律，研究路面疲劳寿命，提高对路面结构的可靠度性和安全性分析水平。1.3本文研究的主要内容1、各类型的路面病害在受到交通负载作用，以及自然影响叠加效应下鳞次栉比的产生，对公路使用寿命产生较大影响，调查选取了我省陕南、陕北、关中三个区域的国省主要干线路面典型病害常见类型，并从交通量、气候等条件分析陕西路面病害的分布特点和形成机理。2、通过总结当前公路养护管理的实践经验，探究影响公路养护效果的因素，并深入探讨了在综合考虑地域差异、交通量、以及路面指标优先层次等因素下公路养护对策树的建立方法。3、分析影响养护决策的主要因素，阐述了针对不同路面病害所常用的大修、中修、预防性养护的具体处理方案，并基于路面使用性能总体评价，在主要考虑地域差异、交通量、路面指标优先层次等方面，探究适合陕西公路的养护对策库建立，通过针对养护大中修工程以及预防性养护典型处置设定养护决策树模型，为科学、合理的养护方案选定提供依据。2公路路面病害类型及成因2.1公路路面病害类型2.1.1沥青路面病害划分当前沥青路面的病害类型,主要可以分为裂缝类、松散类、变形类和其他方面的病害等等,其中的一个最为主要的类型就是裂缝类的病害,这种病害主要涵盖了龟裂产生的裂缝、不规则裂缝、在路面纵向产生的裂缝、在路面的横向产生的裂缝；另一个主要的类型是松散类的裂缝形式,这种病害方式主要涵盖了槽、麻面、松散等松散裂缝的形式；最后一种变形类的病害主要涵盖了沉陷、车辙、波浪、拥包等病害形式。各损坏类型又依据破损程度分为轻中重等级，划分标准包括裂缝的块度、缝宽，变形类的深度或高差等取值范围，一般病害的计量单位为面积。2.1.2水泥路面病害划分水泥路面方面的病害可以划分为4种类型：(1)裂缝类,裂缝类是4种病害当中最主要的病害形式,这种形式的病害涵盖了路面纵向产生的裂缝、路面横向产生的裂缝、路面斜向产生的裂缝等三种主要的裂缝。还有就是破碎板或交叉裂缝以及板角断裂等较少见的裂缝形式；(2)变形类的病害,这种类型的病害主要是因为面板整体发生了较大的竖向的位移，可以分为错台、唧泥、拱起等情况；(3)接缝类,接缝类型的病害主要是因为相邻面板之间的传荷系统发生了一定程度的损坏，主要的表现形式有板边缘混凝土产生裂缝,还有板边缘的混凝土产生的剥落等等类型，但是这些损害不会扩展板体的整体厚度；(4)松散类，这种类型的病害主要包含的是路面表面层状剥落、坑洞、麻面、裂纹。各损坏类型又依据破损程度分为轻中重等级，划分标准包括裂缝的缝宽，变形类的错台高差，松散类病害面积范围等。2.2公路路面病害成因造成路面损坏涉及诸多不同的因素，是一个综合性的过程，主要包括有交通荷载、施工质量控制、后期养护与管理、自然环境条件等，路面损坏最终也表现出多种多样的的形态和特征，对路面使用性能影响程度也不径相同，这就需要合理采取针对性强的养护或改建对策建议。因此研究路面损坏成因是科学评判路面损坏状况的前提条件。2.2.1沥青路面病害成因分析（1）裂缝沥青路面的病害,根据病害产生的原因，可以分为两种类型,其中一种类是由于路面承载能力不足导致的病害,也可以称作是荷载型的裂缝;另外的一种类型由于外界因素或者是施工产生的病害,例如由于温度的变化、施工工艺的不同、材料发生老化、以及路面结构发生不均匀沉降等这些因素产生的裂缝。也可以称作是非荷载裂缝两种。前种裂缝在理论研究上是由于沥青混凝土路面面层结构在交通荷载反复作用下，内部的结构由于疲劳,拉应力会超过材料的疲劳屈服强度，进而导致路面结构发生断裂。表项上一般是从下自上逐渐延展到路表。而后一种裂缝的产生的主要形式是温缩裂缝和反射裂缝，一是因为在外界温度发生急剧降低或者显著变化时，路面材料产生温度应力集中并超过了材料的抗拉强度，路面结构层发生断裂，由于温度会发生反复的变化,使得材料会产生温度疲劳裂缝；另外的一种是由于温缩或者干缩，导致路面结构的半刚性基层会在李起光面层开裂之前,先发生裂缝，并于断裂处产生应力集中，导致面层开裂。非荷载裂缝形成位置和间距比较规则，间距大小同温度变化程度和材料本身有关。路面的纵向裂缝除了受到行车载荷的作用，也受到施工工艺、质量控制的原因，表面压实不足、施工接缝处理不彻底等因素有关。路面网状、不规则裂缝的形成多是在横纵向裂缝处置不及时，水进入路面底层造成结构不稳而加速形成的。（2）车辙沥青混合料的强度和劲度模量通常和温度表现为此消彼长负相关关系，是典型的流变性材料。当夏季高温条件下，沥青路面受到行车载荷的反复受到挤压作用，在轮迹带上出现塑性变形，进一步就会导致车辙的产生。我们可以根据车辙的形成原因，把我们日常生活中常见的车辙分为下列几种类型：1）结构性车辙这种类型的病害,主要的产生原因是因为在车辆的荷载影响下，路面结构包括路基在内发生的不可逆的损坏和变形。常见的外观表象主要表现为多为车辙的情况下横向的宽度较大，而在轮迹的两侧不会产生隆起，轮迹处的路面会发生下凹，路面的断面主要形式为U字形。2）流动性车辙流动性车辙是路面沥青混合材料在行车载荷作用下，面层材料的抗剪强度小于交通荷载的剪应力而失稳，发生侧向塑性流动变形并不断积累而形成的。外观表象多为轮迹部位凹陷，轮迹两侧受挤凸起。多发生在行车速度慢、横向应力作用时间长、材料随温度流动特性明显的区域。3）磨耗性车辙在交通荷载的重复作用下，轮迹带处路面表面颗粒材料发生磨失损耗形成的，现在的养护管理水平，这类车辙发生较少。（3）水损害水损害是沥青路面松散、坑槽病害发生的主要原因。在水的作用下，沥青粘结能力显著下降，并从集料表面脱落，两者之间呈现松散状态，并最终导致集料完全脱离路表形成坑槽。造成粘结能力下降的原因是多方面的，首先，施工压实不足导致沥青混合料渗水增加，并在基层表面形成饱和，在动水压力作用下粘结力遭到破坏。其次，路面内部排水设计不够完善，渗水无法排除，最后，选用中性或酸性集料，由于黏附能力差，尽管使用了抗剥落剂，但效果不明显等。3公路沥青路面使用性能检测公路路面病害检测的技术和装备研究旨在提高收集、分析处理路面技术状况指标信息的速度和精确性，作为日常养护管理科学决策的重要参考；我国目前发展包括路面损坏、路面平整度、路面车辙在内等分项指标实现多指标的同步检测技术，并形成各分项指标检测单一评价以及综合评价的系统、装备体系。3.1路面损坏检测当前主要研发企业的设备也都基本上通过高分辨率、高速摄像系统采集路面平面图像，通过分析路面裂缝等定量统计分析路面损坏状况。路面损坏检测装置一般位于车载平台尾部，硬件主要包括采集相机、辅助照明系统、以及高速率的存储系统等方面。采集使用的相机为CCD线扫描相机，如RJ45或CameraLink，并且相机频率的选择可综合考虑现场检测的环境条件等，如选择36kHz的线扫描相机就可以满足达到120km/h的速度要求。采集相机的工作模式一般为外触发模式，外触发信号由DMI为相机提供；选择无影灯、线激光器、LED或闪光灯提供辅助照明。采集的数据存储在服务器中。由于裂缝识别在当前技术条件下，并不能完全实现计算机自动识别，相当多的检测系统虽然实现计算机自动筛选、自动识别等功能，但人工干预、人工抽检等仍然需要进行，因此，为了便于进一步提高裂缝识别率，降低人为工作量，对病害图像的要求包括使裂缝图像清晰明显。交叉补光的方法在生产生活实际中发现，是一种行之有效的方法，被多数主流设备采用。利用检测平台后部高分辨率线扫描相机和大功率线激光器各两台左右对称分布，工作时左右激光器分别为相对侧布置的相机进行拍照补光，与此同时激光器和路面也存在特定夹角，在补光光线照射下，由于路面裂缝一般都具有不同程度的深度，便会产生相应的裂缝阴影，从而，裂缝阴影在采集的路面图像中反映的灰度值会显著低于其他区域，由此可以较为真实的反映路面裂缝病害，为人眼识别提供方便，也为计算机图像自动识别奠定相当的基础。3.2路面损坏检测路面损坏的平整度检测设备,可以按照检测原理的不同,划分为两种类型,分别为断面类检测方法还有响应类检测方法。目前，在我国运用较好的方法就是激光路面平整度法。这种方法是通过将激光传感器、加速度计、陀螺仪等集成在检测车上，通过计算机直接采集路面信息，最后输出检测结果实现对平整度指标的检测，非接触式检测方法。优点是效率高，速度快，能够进行大规模的路况评定工作，且保持较高的检测精度，自动化程度高规避了人为影响。目前，我国各单位研发的公路路况检测评定集成设备都能够进行路面平整度的快速测量和IRI指标的快速计算生成，技术路线也大致都是基于惯性基准采用激光断面测量方法。尽管激光检测表现出众多的发展优势，但也同样存在一些局限性。在普遍都是在高速且匀速连续不间断检测的前提条件下，更多的是面向高等级公路路面技术状况而研发设计的。面对交通流量日益增长，道路通行压力显著增加的现实情况下，检测速度并不能始终严格的保持匀速。周晓青在探究国际平整度指数同行车速度的数学关系是，将在简谐激振力实验条件下推导的数学解析式同路面不平整的典型波长两者的进行对比验证，并得到相关联图表，最终分析确定，IRI与测量速度V并不能完全考虑为单调线性增长关系，而是受同车载平台整体系统自振频率控制，其变化趋势既要综合考虑速度因素，也需要考虑路面不平整的波长。为了使平整度检测在实际道路通行条件下能够更加接近真实值，通过研究路面平整度波长、匀速测量工况及加速度积分在变速工况下的受影响变化趋势，从而使测量方法和数据处理算法得到改进，不无裨益。3.3路面抗滑性公路路面抗滑性能的优良与否,对路面上行驶的车辆的行驶安全性将会产生重要的影响，这个指标是我们对路面进行评价的时候的主要参考因素之一。一般情况下，影响这项指标的主要因素为路面集料自身抗磨光性能和集料间形成的构造深度、路面的潮湿状况以及行车速度等几个方面。主要的公路防滑性能指标检测方法有两种，实际中广泛采用的是一种是实验室条件下的摆式仪法和适用于自然条件下横向力系数测定法。我国目前主要利用横向力系测试仪完成抗滑性能测定。横向力系数检测将标准测试橡胶轮、系统数据采集控制单元和路面喷水组件等组成，首先在检测行进过程中，通过喷水口将水箱中水均匀的洒布测试轮的轮迹上，测试轮在检测车辆的拖拉下，由于同行车方向存在一定夹角，即受到横向摩擦阻力的作用，通过对该横向力的测定，根据作用在标准试验轮上的载荷，即可得到用来表征路面抗滑性能的横向力系数。横向力系数检测车的检测速度能够达到50-80km/h，数据系统记录路面横向力系数值、瞬时行车速度、测试行进距离等数据的间隔可以做到每十米一个，计算系统可以很快的计算出的抗滑性指数SRI的值。该检测方法由于检测速度快，操作便利，不影响公路运营，被广泛的应用于路面抗滑性能的测定中。3.4快速弯沉检测对于路面结构承载能力的检测，往往作为判断结构潜力、分析路基路面损坏原因最先纳入考核的指标，这同我国结构设计方法具有很大关系，在实际的养护管理生产中，及时掌握公路设施服务潜力，预测结构的剩余寿命；通过分析判断造成路基路面强度不足的原因，就能够预测未来趋势，为采取科学控制工程质量，支撑养护工程科学决策意义重大。利用检测弯沉值来研究路面结构承载能力，在实际工程中应用广泛，其主要检测手段为贝克曼梁、自动弯沉仪和落锤式弯沉仪等三种。贝克曼梁作为交工、竣工验收的标准方法和基本参数，其工作原理相对简单，但受人工操作、梁自身支点变形以及需要综合考虑检测环境温度的修正等原因，不适用于大范围的检测情形；自动弯沉仪是在贝克曼梁理论的基础上，对试验方式进一步优化整合，可以连续检测，工作效率得到很大的提升；落锤式弯沉仪的出现时基于为了模拟汽车在快速行驶的实际情况下，开发的动态弯沉测量仪器，具有产生的应力应变和弯沉符合实际交通荷载产生的结果；实验过程自动化程度高,减少人为因素；大大降低了劳动强度,提高工作效率；后期检测数据评定处理容易等优点，很快成为的路面强度无损检测的先进设备之一。4公路沥青路面养护管理对策研究4.1公路管理机构的设置和改革由于历史方面的问题，导致在我国的公路管理方面的体制上,有许多较为困难的问题积累下来了。主要的表现形式包括：政府方面对于公共服务职能的意识相对薄弱，政府设立的相关管理机构较为冗杂，各个机构之间没有划分出明确的职责,机构的办事效率低下。因此，为了加强对路面的管理,我们需要深化和加强公路管理机构的改革，只有这样才能够满足当前我国公路发展的需要。要明确划分出不同的公路管理部门之间的不同职责，关键在于我们需要加强公路管理机构的事企分离改革。为了达到这个目的,首先，我们需要加快生产性职能的剥离。在体制改革、规划管理、行业监管、施工监督、行政执法和其他管理功能的高速公路管理机构是分开的,和生产功能,如公路建设和公路养护推向市场,逐步实现企业化、市场化的工程监理,建设和维护。公路管理机构的工程公司、设计院、养护中心和其他行使生产、建设职能的部门，应当进行改革，由企业转为企业。4.2沥青路面养护管理人员设置公路养护管理人员由各级管理机构的领导干部、技术人员和非技术人员组成。人员数量和结构组成决定维修管理的效率和水平。很长一段时间,技术人员的整体素质不高,专业技术水平低,公路养护管理系统很大,大量的人员,大量的维修基金用于支付人员工资,最后放入维修基金的维护工作相当稀缺。上述情况的存在，使得有限的养护资金无法真正投入到道路养护中去，严重阻碍了道路养护的发展。要彻底改变这种状况，需要从人员设置上进行调整:简化高级管理人员配置，实行干部招聘制度;根据具体岗位要求，选择专业配套的技术人员;一般人员也要合理严格选择。只有这样才能实现人力资源的合理配置，调动员工的积极性，提高工作效率和管理水平。4.3沥青路面养护管理规则的制定首先,迫在眉睫的是把立法从具体情况出发,加强立法,根据高速公路和农村公路的具体特点制定和完善相关法律法规,实现公路养护管理的法制化,使用法律武器,确保公路养护管理强制性的。要参照国外公路法规的成功经验，结合本地区的实际情况，加快制定高速公路和农村公路的配套法律法规。使公路管理机构有法可依，有章可循，减少人为因素在管理中的影响，提高公路养护管理水平。4.4建立专业化养护公司高等级公路特别是高速公路的养护，对技术水平和养护频率要求较高，一般养护公司无法胜任。因此，有必要建立一个专业的维修公司来反映和满足以下要求。专业养护公司可成立专业养护组，配备专业技术人员和机械设备，收集道路信息，建立养护数据库，指导养护工作。加强对员工的技能培训，提高维修技术水平，以不断适应维修工作的新要求。高速公路的特点要求养护工作在不妨碍交通的情况下快速有效地处理病害，达到良好的养护效果。因此，在保证施工安全和施工质量的前提下，应采用先进合理的技术和机械设备，快速高效地完成维修工作。结语本文首先归类并分析公路了路面的主要病害类型及成因，调查研究了主要典型的路面病害和分布特点；其次，较为全面的总结路面病害检测技术，阐述了各路面评价指标的快速检测理论基础、可采取的检测方法；再次，通过总结当前公路养护管理的实践经验，探究影响公路养护效果的因素，并深入探讨了在综合考虑地域差异、交通量、以及路面指标优先层次等因素下公路养护对策树的建立方法。

参考文献：[1]雷适瑄.