城市市政道路沥青路面裂缝及检测修复技术

刘 瑢

（西安科技大学，陕西 西安 710054）

我国人均汽车保有量的提升导致路面承受车辆荷载的时间增加，加速了各类路面病害的产生。沥青路面常见病害有裂缝、车辙、松散、冻胀翻浆、沉陷、龟裂唧浆等。文章主要针对路面裂缝进行论述，从设计施工角度，分析路面裂缝的表现形式及影响因素，归纳总结裂缝的检测修复技术，以便合理选用路面裂缝修复方法，防止路面病害扩大，延长城市道路的使用寿命。

1 路面裂缝

1.1 路面裂缝的分类及成因

（1）横向裂缝。横向裂缝通常表现为与道路中心线垂直、线宽不等以及缝长贯通整个路段等特征[1]。按照产生原因可分为荷载性裂缝和非荷载性裂缝两种。荷载性裂缝是车辆行驶对路面造成的裂缝破坏；非荷载性裂缝是由于路面结构层导热性出现差异产生的温度裂缝。

（2）纵向裂缝。此类裂隙在不同等级道路均有发生，在车道轮迹带与路面纵向的接缝处出现次数较为频繁，纵向裂缝与道路走向平行，长宽不一，裂缝宽度在2～5 mm范围内的统称为细裂缝，裂缝宽度大于5 mm的统称为粗裂缝[2]。裂缝产生原因为地基未被充分压实产生的不均匀沉降。

（3）路面龟裂。通常表现为地面出现的不规则裂缝对地面整体性造成破坏并降低路面的平整度[2]，路面平整度的降低会导致路面的开裂严重，从而阻碍道路车辆的正常行驶。路面龟裂产生的主要原因为路面总体强度不足和部分路面软化。

（4）网状裂缝。网状裂缝通常表现为纵横交错的裂缝，密集的裂缝将路面切割为小块，该裂缝宽度一般大于1 mm，裂缝间距小于40 mm，裂缝面积通常大于1 m2。网状裂缝是由纵向裂缝和横向裂缝持续发展所形成，在重载车辆的反复作用下导致路面面层或稳定基层发生疲劳破坏并产生相互贯通裂缝。路面裂缝样本如图1所示。

图1 常见路面裂缝

1.2 影响因素

（1）路面结构设计影响。路面结构设计的影响通常分为两部分，由于道路工程设计人员未严格按照场地现状选用适合当地水文地质的路面结构层材料，导致基层材料无法满足温度变化所引起的温度应力要求，出现温度收缩裂缝并反射到面层；交通工程设计人员进行交通量预测时对交通量年均增长率估算偏小，导致基层强度无法满足行车需求，发生基层承载力不足或不均匀沉降[3]。

（2）施工过程的影响。在施工材料选用方面，沥青路面裂缝由温度收缩引起，感温性能是判断沥青品质的重要指标，性能优劣直接影响沥青路面质量。沥青混合料的不同组成结构形式会在一定程度上影响沥青混合料的抗裂性能[1]；在施工技术方面，城市道路基层一般采用水泥稳定碎石，在基层施工阶段，若未按照施工技术规范处理施工缝，将导致基层稳定性降低引发路面裂缝[4]。

（3）外界环境的影响。气候环境和车辆荷载作用也是路面裂缝的诱因，持续高温天气或强降雨天气均会对路面产生负面作用。

2 裂缝检测技术

路面病害检测应重点研究路面在气候和车辆荷载影响下的性能状态，结合路面病害状况，对路面健康状态进行评价，制定科学的路面维修、养护策略[5]。相关专业的专家学者对路面裂缝的检测技术进行了不同方向的试验研究并取得了一定成果。

陈泽斌等[6]通过研究以DHDV采集的二维激光图像为训练数据集基础，结合数据增强技术进行数据库扩充，调整U-net模型架构和参数微调进而实现对路面裂缝的自动识别，提高道路路面裂缝检测效率。改进后的U-net构架如图2所示。

图2 改进后的U-net构架[6]

张志华等[7]提出了基于改进SegNet网络的沥青路面病害提取方法，采用标线去除+MSRCR法增强图像对比度，实验选择ResNet50和空洞卷积层组成编解码网络，针对裂缝分割不连续的问题，采用形态学方法连接裂缝，实现对路面病害精确提取。网络结构如图3所示。

图3 网络结构[7]

林博煌等[8]基于Python程序开发图像处理软件，在快速转换和识别裂缝图像基础上，采用Photoshop软件提取路面裂缝，实现裂缝图像的精细二值化处理，对路面裂缝细外观结构特征进行深入分析，为沥青路面裂缝的自动化和精细化检测提供简便方法和新的技术途径。

侯越等[9]使用卷积自编码器(Convolutional Auto-Encoder，CAE)方法对路面裂缝的原始图片进行重构，强化原始图片的颜色、纹理、形状和空间关系等特征，初步实现了无须人工标注的路面目标智能识别，方法尚未运用于实际工程，还需要继续研究该算法在不同路面检测中的应用。

陶健等[10]结合高斯模糊值的图像光照归一化方法以及利用多尺度邻域和像素强度信息两种方法的优点，提出了结构保持型Retinex算法，算法不仅对光照不均匀的图像有明显改善，对路面产生的纵向、横向以及网状裂缝也有较强的检测能力。Retinex算法流程及其改进如图5所示。

图5 Retinex算法流程及其改进[10]

3 裂缝修补技术

路面裂缝出现的部分原因是设计人员在路面结构层设计阶段未充分考虑工程现状，导致路面出现裂缝。在路面结构层设计阶段，需要对相关单位提供的地勘成果进行仔细研究，实地考察当地环境条件，丰富设计依据，优化设计成果，减少路面出现裂缝的概率。

罗运辉等[11]统计旧沥青路面裂缝修复情况，根据试验得知，灌缝后的双层微表处和薄层罩面，路面裂缝出现的有效延缓期基本为5年；对于单层微表处养护路面裂缝出现的有效延缓期小于5年。未进行预防性养护处理的路面出现裂缝病害的概率更大，通过对道路进行预防性养护处理，能够延缓或阻止路面裂缝破坏再次发生。

李九苏等[12]基于传统沥青冷再生所用结合料存在强度发展慢、修复工期长、需大型设备等缺陷，将磷酸镁水泥复合改性材料作为废旧沥青混合料的结合料，研制出一种对沥青路面多种病害均具有较好修复能力的冷再生快速修补材料(Cold Recycling Rapid Repairing Material，简称 CRRRM)，试验表明，CRRRM快速修补料在湿润区或潮湿区水稳定性有待加强，材料的高温稳定性和低温抗裂性优于传统沥青冷再生所用结合料。CRRRM试件制作过程如图6所示。

图6 CRRRM试件制作过程[12]

张俊等[13]通过有限元软件ABAQUS对开裂的沥青道路进行三维模拟，并对裂缝修补前后的路面进行力学性能研究，结果表明，采用高聚物灌浆能够快速修补路面裂缝，填补雨水侵入裂缝产生的上基层脱空区，能够有效防止沥青路面产生结构性破坏，提高路面使用年限。

路面裂缝进行修补的主要目的是提高路面的耐久性和适用性，保证道路行车安全。路面发生裂缝破坏后如果未能及时修复及养护，将对路面产生更大地破坏，引起不必要的经济损失。在实际施工中，通过了解不同类型路面裂缝修复技术的特点，可在路面裂缝修复工作中选用高效的修复技术，缩短工期。

4 结语

文章通过对不同类型的路面裂缝表现形式进行分析，结合外界因素对沥青路面的影响，从设计、施工以及外界环境等影响因素出发，对路面裂缝成因进行阐述。目前路面裂缝的检测技术主要采用机器视觉检测技术，此类检测的完善程度较高，检测精度和效率方面还需要进一步研究。路面裂缝修补材料及工艺的选取对裂缝修补效果尤为重要，路面裂缝修复在具体应用中应将裂缝的检测技术与施工方法相结合，选用适宜的修复技术。