沥青路面病害检测与养护决策研究

周怀恩，赵春辉

（1.中国城市建设研究院有限公司，武汉430000；2.武汉市汉阳市政建设集团有限公司，武汉430000）

1 引言

随着经济的发展和国家对基础交通设施建设的持续投资，道路工程建设规模逐年扩大，在未来，道路工程不可能一直新建，而是会从不断扩张施工逐渐向改扩建、养护运营等方向过渡。此外，根据相关现场调研资料可知，国内外道路大部分都是沥青混合料路面[1]。在道路运营期间，如果不能对病害类型进行合理检测，或养护措施选择不当，会严重缩短道路使用寿命，增大道路养护成本，故选择经济合理的路面检测方法及养护手段已成为需要解决的关键问题[2]。同时，国内还没有建立从路况检测、病害分析、方案设计、养护决策全生命周期的完整系统。道路养护人员在开展沥青路面病害检测和养护作业时往往是基于工程类比法，使得病害检测结果和相应的管养方案偏于保守，造成一定程度的资源浪费。因此，研究沥青路面病害检测、养护具有十分重要的工程意义。

2 沥青混合料路面病害形式及机理

2.1 工程概况

为了改善沥青混合料路面的设计施工水平和使用年限，工程师们需要深入理解路面病害产生机理，并掌握各种病害的检测技术和养护方案。依托某城市快速路来探讨沥青路面的病害机理，该快速路起终点范围是K20+550～K28+600，全长8.05 km，路面结构为沥青混合料，总厚度72 cm，路面结构组合形式为：上面层4 cm（SMA-13）+5 cm 中面层（AC-20C）+7 cm 下面层（AC-25C）+36 cm 基层（5%水泥稳定级配碎石）+20 cm 底基层（4%水泥稳定级配碎石），面层与面层之间共设置2层黏层油，面层和基层之间摊铺了稀浆封层和透层油（稀释沥青、煤沥青、乳化沥青等），该沥青路面在运营过程中产生了裂缝、坑槽、车辙等病害类型。

2.2 病害机理

2.2.1 局部破损和裂缝

沥青路面裂缝病害主要是反射裂缝与荷载裂缝。前者通常发生在基层为半刚性材料的沥青路面。主要原因在于：沥青路面所处的环境温度变化较大，基层材料（如水泥、石灰等）会出现明显的收缩变形，导致基层开裂。基层开裂后会在沥青面层底部产生拉应力，这个拉应力会促使现有裂缝不断扩展，直至拉裂路面结构层。后者出现的原因主要是受到路面车辆荷载的作用。车辆荷载会在路面结构层内部产生拉应力，如果拉应力超过沥青路面拉应力容许值，就会在面层顶部产生荷载裂缝[3]。

2.2.2 车辙

沥青混合料路面车辙出现原因可划分成内因和外因。前者包括沥青混合料物理力学性能、路面结构组合；后者包括车辆加减速、急刹车、车轮作用次数、重载、超载，以及高温天气、湿度过大等因素。

2.2.3 坑槽

沥青路面坑槽病害通常是受到降雨影响的产生的。如果沥青路面处于多雨地区，降雨产生的地表水容易渗入路面内部，从而降低沥青与粗、细集料间的黏结力。此时沥青路面在车辆荷载影响下，路面表层产生剥落而引起坑槽病害。

3 沥青路面病害检测技术

沥青路面检测方法的选择是否合理，直接影响路面使用性能评价和养护决策。故选择适当的路面病害检测技术十分关键。

3.1 路面病害检测方法选择原则

在确定沥青路面病害检测方法之前应坚持以下原则：第一，准确性。沥青路面病害检测技术类型较多，为了更加准确地得到路面病害特征，条件允许的情况下可根据路面破损程度，选择2 种或2 种以上的检测手段进行互相补充和校核，如有损检测技术和无损检测技术相结合。第二，效率性。沥青路面病害检测往往需要临时封闭交通，为了确保车辆和行人的正常通行，开展路面病害检测时应快速准确完成。第三，经济性。在确定沥青路面病害检测方法期间，应当对不同的检测方案展开经济性比选，确保检测技术能够在满足技术性要求的前提下，经济效果最优。

3.2 路面病害检测方法

3.2.1 局部破损和裂缝检测

路面破损状况是路面使用性能降低的关键因素。沥青混合料路面破损原因较为复杂，使得路面破损检测难度大。常用的沥青路面破损检测方法有自动检测设备和人工检测。该项目的沥青路面破损情况是利用人工检测，即先量出沥青混合料路面上的纵向、横向、网状、块状裂缝的尺寸，统计出各种类型裂缝的面积，并计算出沥青路面破损率DR。根据DR 就可以计算出沥青路面状况指数PCI 值，计算公式如下：

式中，Wi为第类破损权重；Ai为第i 类破损的测量面积，m2；A为调查路段的路面总面积，m2；a、b 为标定系数。路面状况指数PCI 值介于0～100，PCI 值越大，路面罩面后性能越好。可根据PCI 值将路面罩面后的质量划分成优、良、中、次、差5 个等级。

3.2.2 平整度检测

沥青路面平整度检测技术分为响应类和断面类2 种。前者是利用车载式颠簸累积仪来记录行驶车辆对路面坑槽的响应竖向位移和加速度，计算出平整度指标；后者是通过断面仪或3 m 直尺记录路面纵断面方向的高低起伏情况。常用的平整度检测方法的特点和适用范围见表1。

表1 沥青路面平整度检测手段

3.2.3 车辙检测

如果沥青路面在运营期间出现车辙，其深度检测方法可选择路基横断面仪、激光车辙仪、横断面尺（人工检测）等仪器。其中，激光车辙仪对于路面车辙检测的准确性和效率最高。该方法是通过传感器车来采集数据，并将数据实时传输给工程技术人员，以便分析车辙参数，并整理出相应的检测报告。

4 沥青路面养护决策分析

沥青路面养护决策是道路日常养护管理的关键环节。养护决策所确定管养方案是否合理，将会对路面使用性能、通行能力等产生直接的影响。结合多年工程经验和相关学者的研究成果，拟分2 个阶段开展养护决策任务：第一阶段是初步决策，根据路面损坏状况指数PCI、路面行驶质量指数RQI、路面车辙深度指数RDI等，初步判断沥青路面养护措施（大修、中修、预防性养护等）。

第二阶段是基于层次分析法，对各种路面养护技术建立模型从技术可行性、使用性能、经济性等方面展开分析，确定最佳管养方案。层次分析法用于沥青路面养护决策的主要步骤是：（1）将沥青路面养护划分成目标层、准则层和指标层[其中，准则层和指标层是核心，包括技术可行性（交通量、破碎、裂缝、车辙等）、使用性能（平整度、抗滑性、承载力、美观等）、经济性（费用和寿命）]；（2）建立判断矩阵，并确定各因素的相对权重；（3）判断矩阵的一致性。

5 结语

1）沥青路面主要存在裂缝、坑槽、车辙等病害形式，工程人员应当在明白其产生机理的前提下，有针对性地选择病害检测技术和养护措施。

2）沥青路面病害检测方法在选择期间应遵循准确性、效率性、经济性原则。

3）沥青路面破损和裂缝检测方法自动检测设备和人工检测，平整度检测技术分为响应类和断面类2 种，车辙常见检测仪器包括路基横断面仪、激光车辙仪、横断面尺。

4）沥青路面养护决策可分初步决策和层次分析法2 个阶段。前者是初步判断沥青路面养护措施；后者是对养护技术从技术可行性、使用性能、经济性等方面展开分析，确定最优方案。