高速公路路面破损检测分析

王修桂

摘要:随着中国经济的迅猛发展,中国的高速公路建设也在飞速的发展,因此高速公路的养护与管理技术也必须与时俱进。路面检测又是高速公路养护与管理很重要的一部分。文章在对高速公路路面的破损特征进行详细分析的基础上,探讨了针对中国高速公路路面破损特征的检测与识别技术。

关键词:高速公路;路面破损;检测技术;识别技术

中图分类号:U416文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)22-0180-02

改革开放以后,我国的经济迅速发展,客流量和货流量大大增加。2002年,高速公路的客流量占91.7%,货流量占78.3%。汽车保有量以每年14%的速度增长。虽然我国高速公路的建设起步较晚,但发展速度之快和建设规模之大,在世界公路史上都是前所未有的。但是随着高速公路通车时间的增长,路面的破损问题就逐渐凸显出来。因此随着高速公路建设的飞速发展,高速公路路面养护与管理的任务也随之变得越来越繁重。而路面检测是路面养护与管理的第一步,如果可以提高这一步的工作效率那么将会减轻路面养护与管理的任务。下面就国内外两方面论述一下路面检测的发展情况。

一、路面检测与破损特征识别技术的发展现状

(一)国外发展状况

从20世纪70年代开始,随着高速公路建设的飞速发展,路面破损特征自动检测系统开始逐渐出现,如加拿大的Roadware公司在1969年开始了路面数据采集的研究。到目前为止,其客户已经遍布全球17个国家。还有日本的Komatsu系统、美国的ETC公司的PCES系统、IMS公司的“PAVUE”系统、瑞士联邦技术研究所的“CREHOS”系统、英国WDM公司研制的路面裂缝检测车等。但当时的技术还很不完善,其工作原理也不尽相同。日本的Komatsu系统是利用安装在检测车两侧的激光扫描器发出氩激光照亮路面,通过光电倍增管以一定角度接收从路面反射回来的光,当被扫描的路面上有裂缝出现时,接收的射线数量就会减少。也就是说,从光电倍增管输出的变化反映出所扫描的区域是否存在裂缝。

(二)国内发展现状

伴随着我国经济的稳步迅速发展,我国高速公路通车里程也飞速增长,我们在路基、路面设计、施工、管理上取得了长足进步,但是从全社会对建设质量的要求来看,高速公路建设也存在一些不理想的地方。其中,高速公路沥青路面早期破损问题,已成为影响我国公路健康发展的突出矛盾。我国高速公路建设发展的较晚,从2001年才算进入快速发展时期。

从国外的发展我们可以看出,基于数字图像处理技术的路面检测系统技术以日趋成熟。同时,随着图像传感器等硬件的发展,图像采集的新技术、新方法也广泛的应用于其中。而国内还只是处在起步阶段,无论是软件还是硬件都不成熟。

二、破损特征分类及成因分析

我国沥青高速公路路面的结构主要有以下三大类:半刚性基层沥青路面,简称半刚性路面。半刚性路面通常由半刚性材料底基层、半刚性材料基层、和沥青面层构成。半刚性路面约占75%;水泥混凝土路面,也常称为刚性路面,约占23%;刚性组合式路面,约占2%。由于半刚性基层沥青路面占我国高速公路总里程的主要部分,所以本文只针对半刚性基层沥青路面的破损特征进行研究。

只有对沥青高速公路路面破损特征的类型及成因彻底了解,在后续的维修过程中,才能针对不同破损类型,做出相应的维修方案,做到有针对性的去维修。下面分别详细介绍沥青高速公路路面破损特征的常见类型及其形成的原因。

(一)破损特征分类

沥青高速公路路面的破损情况因路基、路面的类型、地区、气候和交通等差异而不同。从大的方面可分为结构性破损和功能性破损两大类。结构性破损是由于路面各结构层的承载能力不能抵抗现有行车载荷的反复作用,而产生路面结构整体性破坏,其结果反映到路面上就是各种形状的裂缝,如龟裂、块裂、纵裂和横裂;功能性破坏是由于路面提供给道路用户的服务能力下降引起的,反映在路面上则是平整度降低和车辙加深。常见的功能性破损有不平整性、坑洞、拥包、泛油、波浪、修补、车辙(少量)和局部裂缝等。

路面结构性破损是最严重的一种早期破损,路面一旦发生结构性破损,其它使用性能就根本谈不上,所以本文只针对结构性破损的检测及识别进行研究。路面结构性破损的分类及分级指标见表1:

(二)结构性破损的分类与成因

1.龟(网)裂。在高速公路行车道上常发生路面龟(网)裂病害,且在龟(网)裂、沉陷处又常伴有唧浆现象。如对龟(网)裂、沉陷不及时处理,雨后极易形成坑槽而加速路面的损坏,所以应及时修补龟(网)裂路面,抑制进一步的损坏。典型的龟(网)裂如图1所示:

2.纵向裂缝。纵向裂缝的形成原因是多方面的,常见的有如下四种情况:(1)由于路基压实度不均匀引起的,如发生在路基半填半挖处的裂缝;(2)在沥青面层分幅摊铺时,两幅接茬未处理好,在行车荷载作用下,易形成纵向裂缝;(3)地下水位下降的影响。如果某段高速公路初建时地下水位很高,若遇到气候干燥,降雨量较小的季节,则地下水位就会降低。地下水位的变化将导致软弱土层及其它含水层的固结,引起地基下沉,发生路基不均匀沉降,产生道路纵向裂缝;(4)超限重载车的作用。长期在超限重载车的作用下,将使轮迹处产生纵向裂缝。典型的纵向裂缝如图2所示:

3.横向裂缝。横向裂缝是沥青面层发生最多的一种破损类型,几乎每条沥青路面高速公路上都有或多或少的横向裂缝。典型的横向裂缝如图3所示:

4.块状裂缝。路面上产生的不规则的大网格式网状裂缝,裂缝间距大进而导致路基软化,致使握裂缝的类型及其成因,才能选择合适的维修措施有针对小相近,裂块的网格在形状和尺寸上都有别于网状裂缝。如图4所示:

沥青路面产生裂缝后,雨水将不断从裂缝渗入基层,路面承载力进一步下降,使路面损坏程度逐渐加大。因此,应及时进行修补,防止裂缝进一步发展。

裂缝类路面病害的治理是路面养护工作的第一步,做好了就可以阻止路面其它病害的发展速度和深度,而且可以降低养护成本。

三、沥青高速公路路面破损状况评价指数(PCI)

(一)沥青路面破损率(DR)

1.路面破损换算系数(K):根据路面破损的严重程度和范围对车辆行驶和养护处理工作量的影响。

2.路面综合破损率(DR)按下式计算:

DR =D/A×100=∑Di/A×100

式中:DR:表示路面综合破损率,以百分数计;

D:表示调查路段的折合破损面积(m2);

A:表示调查路段的总面积;

Di:表示第i幅路面图像的破损面积。

3.路面状况指数(PCI):路面状况指数(PCI)的数值范围为0～100。其值越大,路况越好。PCI计算公式为:

PCI=100-15 DR0.412

(二)路面状况的评价标准

根据路面破损情况,可将路面质量分为优、良、中、次、差五个等级。评价标准应符合表2的规定:

四、结语

随着我国高速公路总里程的迅速增加,新的问题即高速公路的养护与维修的重要性也逐渐凸显出来,由于检测与养护手段的落后,使得养护与维修的任务越来越重。本文详细分析了沥青高速公路路面的破损类型及其成因,介绍了沥青高速公路路面的使用性能及各项的评价指标,给出了路面破损状况的评价指数,此评价指数是研制开发路面破损特征检测与破损率识别系统的核心依据。

参考文献

[1]喻翔,彭其渊.公路路面检测技术的发展[J].交通标准化,2004,(136).

[2]储江伟,初秀民,王荣本.沥青路面破损图像特征提取方法研究[J].中国图像图形学报,2003,8(A10).

[3]宋欣,夏知春.路面检测技术新技术的应用[J].交通标准化,2005,(145).

[4]方守恩.高速公路(第二版)[M].北京:人民交通出版社,2002.