路面维护与修复技术在公路工程中的应用

2024-05-16魏鹏昇山东泰东公路工程有限公司山东济南271100

中国房地产业 2024年11期

文／魏鹏昇山东泰东公路工程有限公司山东济南 271100

引言：

现代社会中公路是连接城市交通，促进经济发展的基础，也是保障人们出行安全的重要保障。当前部分城市公路路面逐渐磨损、开裂和变形，不仅影响交通的顺畅运行，也加大了维护成本，主要是由于持续的车流压力、气候温度的变化以及长时间的磨损等问题，从而导致公路出现安全问题。因此，为了确保公路的安全性、可靠性和可持续性发展，路面维护与修复技术显得尤为重要。本文将深入探讨路面维护与修复技术在公路工程中的应用，包括路面养护、修补、再生和升级等方面，以期为公路管理者和工程师提供科学的决策支持。

1.路面损坏原因分析

1.1 车辆负荷压力

高强度的车辆运行使得交通流量频繁，导致路面承受巨大的动态荷载，这个也说明在荷载的反复作用下，路面结构逐渐发生疲劳变形，也就产生裂缝和沉陷。同时，交通流量中的车辆荷载不均匀分布也是路面损坏的重要原因。车辆通行时，车轮对路面的压力会导致局部应力集中，特别是在频繁刹车和加速的情况下更为显著，不仅会导致路面表面的龟裂和破碎，还可能在长时间内引发路基层的松动和变形。另外，在高温季节，车辆行驶引起的摩擦热和日晒雨淋等自然因素使得路面沥青老化，使其变得更加脆弱和易损；相反，在寒冷季节，冰雪天气导致的融冻循环会引起路面冻胀效应，使得路面材料发生收缩和膨胀，进而促使裂缝和坑洞的形成。

因此，交通流量作为影响路面损坏的关键要素，其引发的动态荷载、不均匀分布以及季节性变化等因素共同作用，使得公路路面长期以来承受着复杂而多样的损坏压力。在深入理解这些因素的基础上，我们能够更加有针对性地采取维护与修复措施，以保障公路的安全畅通和延长路面的使用寿命。

1.2 气候条件的不断变化

气候的变化对路面材料和结构产生较大影响，导致路面出现多样化的损坏。例如，在高温季节，酷热的气候会对路面材料造成路面沥青老化，使其失去原有的柔韧性，还会加速路面表面的龟裂和剥落。这种老化和损坏不仅减弱了路面的承载能力，也增加了维护成本，而且高温还会引发路基的沉陷和变形，不利于路面提供的稳定。或者，寒冷的冬季，低温会引起路面结构的冻胀效应，造成路面材料的收缩和膨胀，导致裂缝的形成，再加上冰雪天气还会引发路面的结冰现象，增加车辆行驶的风险，同时对路面表面造成额外的磨损[1]。另外，降雨量在夏季会在一定程度上增加，持续的雨水冲刷导致路面表面产生坑洞和裂缝，特别是在缺乏排水系统或排水不畅的区域，水分的渗透不及时引起路基土壤的软化，进而降低整体的承载能力。

1.3 地质特征复杂

城市地质特征复杂不一，需要了解其特征才能更好的进行路面维护，这也是导致出现问题的重点。例如地下水位较高的区域，路面易受水文因素的影响，湿润的地下环境会导致路基土壤的软化和失稳，从而影响路面的整体承载能力，而且长期的水分侵蚀也会促使路面下层结构的疲劳破坏，引发路面沉陷和龟裂。

地质构造也会对路面稳定性产生影响，在断层带和地震活跃区域，地质构造的运动容易导致路面产生变形和裂缝，从而引发地表变动，使得路面处于不断适应和调整的状态，进而增加路面的疲劳损伤。另外，地质特征还与土壤类型紧密相关，而不同的土壤类型对路面的影响各异。例如，黏土质地的土壤在潮湿条件下容易膨胀，导致路面表面的隆起和裂缝；相反，砂砾性质的土壤在水分流失时可能引起沉陷，对路面的承载能力造成负面影响。

2.路面维护技术在公路工程中的应用

2.1 路面养护

2.1.1 定期检查与维护

对路面进行定期检查与维护，可以在早期发现路面问题，并进行及时处理与维护，从而最大限度地延长路面的使用寿命，减少后续维护成本，提高道路的整体性能。

在实际应用中，定期检查成为了路面维护的前沿，通过定期巡视、监测和评估，检查表面裂缝、坑洞、路基沉陷等问题，可迅速发现路面的各种缺陷和损伤。同时，维护人员还需关注交通标志、交叉口标线等交通设施，确保其完好无损，提高道路交通的流畅性和安全性。

定期检查的成果为后续维护提供了有力支持，一旦问题被识别，相应的维护措施就能够被迅速制定和实施。例如，对于路面的表面裂缝，可以采取填充和封闭的方式，防止水分渗入，减缓龟裂的扩展；而对于坑洞和凹陷，及时的修补和加铺新的路面材料则能够防止问题的进一步加剧。另外，可以充分利用先进的技术手段，如使用高精度的激光测量、遥感技术和图像识别等，以提高检测的准确性和效率。这样一来，路面可以建立更加科学的维护计划，实现精准维护，减轻了维护人员的工作负担。

2.1.2 清理与排水措施

采用清理与排水方法，可以帮助路面提高抗水性，减缓龟裂和坑洞的形成，同时也有助于改善路面表面的抓附力，提升驾驶者行车的安全性和舒适性。

清理工作的首要任务是及时清除路面上的杂物、积水和泥沙，包括路面上的落叶、垃圾以及由于降雨引起的积水[2]。通过定期的清理工作，可以有效减少积水对路面的侵蚀，降低路面沉陷的风险，确保道路在降雨后迅速排水，减少水分在路面结构中的逗留时间。

在排水措施方面，科学设计和合理设置排水系统显得尤为重要。路面的坡度和横向排水设施的设置能够有效引导雨水迅速流向排水口，减少水分在路面上的停留时间。此外，采用透水铺装材料和排水沟等工程手段也有助于提高路面的透水性，减轻降雨对路面的冲刷和侵蚀。

清理与排水措施的有效应用不仅仅是对路面的直接保护，同时还有助于降低路面结构的湿度，减缓路面材料的老化速度，为后续的修复和维护工作提供了更为稳固的基础。

2.2 路面修补技术

2.2.1 裂缝填充

裂缝是公路路面常见的病害之一，如果不及时处理，会进一步扩大，导致路面的结构破坏和水分渗透，加速路面的老化和损坏。裂缝填充技术通过选择合适的填缝材料，对路面裂缝进行填充，以阻止水分的渗透、减缓裂缝的扩展，并提高路面的整体强度，不仅可以修复裂缝，还能够防止裂缝对路基层的影响，有效延长路面的使用寿命。

在实际应用中，要选择合适的填缝材料，常见的填缝材料包括沥青胶、聚合物改性沥青等，其选择应根据裂缝的类型、宽度和深度来进行合理搭配。填缝过程中需要确保填料能够牢固粘附在裂缝表面，形成均匀的充填体，以达到有效的封闭和修复效果。裂缝填充技术不仅仅是对现有裂缝进行修复，更是一种预防性的维护手段。通过定期巡检和及时的裂缝填充工作，可以在裂缝扩展到影响整个路面结构之前进行干预，避免了更大范围的修补工作，这种前瞻性的维护方式不仅能够降低维护成本，还有助于提高路面的整体质量和可靠性。

2.2.2 表层修补

表层是公路路面结构的最上层，直接受到车辆行驶和自然环境的影响，容易受到磨损和损坏，因此表层修补技术成为保持路面平整和减缓龟裂的重要工具。

表层修补要选择适当的修补材料和工艺，常见的表层修补材料包括沥青混凝土、沥青砂浆、聚合物修补材料等，它们具有良好的粘附性和耐久性，能够有效填充路面表层的细微裂缝和损伤，提高路面的抗压能力和抗滑性。

表层修补技术可以通过定期巡检，及时发现这些表层问题，并采取针对性的修补措施，可以防止问题扩大，避免更大范围的路面破坏，这种局部修补的方式不仅提高了修补的精准性，也有效降低了修补成本，符合经济性和可持续性的要求[3]。这也说明，表层修补技术不仅仅是对路面破损的应急处理，更是一种提升路面整体品质的战略性选择，通过合理的表层修补工作，可以提升道路的平整度，改善驾驶舒适性，延长路面使用寿命。

3.路面修复技术在公路工程中的应用

3.1 深度修复

3.1.1 路面拓宽

路面拓宽不仅仅是对现有路面的简单修复，更是一种基础设施提升和交通容量增加的战略性决策，其主要是对道路横向截面的调整和改善，旨在适应交通流量的增长和提高路段通行能力。

路面拓宽的核心目标之一是提供更宽敞的行车道和车辆通行空间。随着交通流量的不断增加，原有的狭窄车道可能会引发拥堵和交通事故，然而，通过路面拓宽，不仅能够缓解交通压力，还能够提高道路通行的效率，使车辆更为顺畅地流动。此外，路面拓宽也为道路的功能性提升提供了契机。拓宽后的道路可以更好地适应现代交通需求，包括车道划分的优化、非机动车道和人行道的设置等，有助于提高道路的通行安全性和交通组织效果，为不同交通参与者提供更为友好和便捷的通行环境。

在深度修复中，路面拓宽还涉及到对路基结构的重新设计和施工，包括对原有路面结构的拆除、新的路基和路面层的铺设，以确保拓宽后的道路结构稳固可靠，既是对现有路面的修补，更是对整个道路系统的升级和优化。

3.1.2 基层处理

基层是公路路面结构的基础，其质量和稳定性直接影响着整个路面的使用寿命和性能。因此，基层处理成为深度修复的关键步骤，旨在提升路面的承载能力、耐久性和抗裂性。

（1）加强路基土壤的稳定性。通过合理选择和调配路基材料，进行加固和改良，可以有效提高路基的抗压能力和抗沉陷性，不仅有助于减缓路面沉陷的速度，还为上层路面提供了更为坚实的支撑。

（2）在基层处理中，可以采用土石混合法、水泥稳定法等工法，通过混合和固化路基材料，形成均匀致密的基层结构，提高整个路面的整体质量。同时，合理的施工控制和质量监测能够确保基层处理的效果符合设计要求。

（3）基层处理还涉及到路面下层结构的细致设计，通过合理的厚度和层次设置，能够更好地分担和传递车辆荷载，减轻路面的受力，从而降低了路面的疲劳损伤。这种细致的基层设计有助于提高路面的整体抗裂性，延长使用寿命。

3.2 超声波检测与修复

超声波检测与修复技术作为路面修复领域的创新手段，在公路工程中展现了卓越的应用潜力，核心思想是通过超声波检测系统，实时监测路面结构的内部状态，从而精准识别隐蔽的缺陷和损伤。一旦在检测到问题后，超声波技术还能够为修复工作提供有针对性的指导，实现高效而精准的维护。

超声波检测的优势在于其非侵入性和高精度的特性。通过超声波传感器对路面进行扫描，可以穿透表面层，深入探测路面下层结构的情况，准确判断裂缝、空洞、结构损伤等问题，为及早发现并及时修复潜在的路面问题提供了有力保障，避免了问题逐渐扩大导致更严重的修复工作。

超声波检测技术在修复过程中的应用也具有显著的意义，一旦问题被定位，修复工作可以根据具体的损伤情况进行精准施工。例如，对于裂缝问题，超声波技术可为填充材料的注入提供定点引导，确保填充效果更为均匀和牢固，不仅提高了修复工作的效率，还最大程度地保留了原有路面的完整性[4]。

3.3 新型路面材料的应用

3.3.1 橡胶路面

橡胶路面主要采用废旧轮胎橡胶颗粒与沥青混合而成，不仅能有效回收利用废旧轮胎资源，还具有卓越的弹性和耐磨性。

（1）橡胶路面的独特之处在于其出色的吸震性和弹性模量，使得橡胶路面能够更好地承受交通荷载，减缓车辆行驶时对路面的冲击，有效降低噪音和振动，对于提高驾驶舒适性、降低交通噪声，以及改善周边环境质量都具有显著的积极影响。

（2）橡胶路面相对于传统的路面材料，路面更为耐久，能够抵抗日常交通磨损和极端气候条件的影响，既能减少了维护频率，降低了养护成本，也延长道路使用寿命，为公路工程带来了可持续的经济效益。

（3）橡胶路面的环保特性也引人注目，通过有效地回收利用废旧轮胎，橡胶路面有助于减少废弃物的排放，符合可持续发展的理念，从而推动绿色交通基础设施建设，也为未来道路建设提供了可行的生态友好型选择。

3.3.2 沥青混凝土

沥青混凝土作为一种常见而具有广泛应用前景的新型路面材料，其主要成分为沥青胶和矿料，通过科学配比和精细施工而成，旨在提高路面的耐久性、抗压能力和抗裂性，在公路工程中的应用呈现出显著的技术和经济优势。

（1）沥青混凝土具有出色的弹性模量和变形能力，使路面在承受车辆荷载的同时能够迅速恢复原状，有效降低了路面疲劳损伤的风险，这样一来既有助于减缓路面的老化速度，延长了路面使用寿命，降低了维护频率，还提高了整个公路系统的可靠性。

（2）沥青混凝土的施工工艺相对简便，适应性强。通过现代化的摊铺设备和施工工艺，可以实现对路面的高效铺设和迅速硬化，缩短了施工周期，降低了施工成本，使得沥青混凝土在各类道路工程中都能够灵活应用，满足不同路段和交通流量的需求。此外，沥青混凝土具有抗紫外线、抗氧化、抗化学腐蚀等性能，使得路面在面对恶劣气候和污染环境时依然能够保持出色的性能，从而减缓了路面老化的进程，非常适合于长期承受高强度交通负荷的主干道和高速公路。

3.4 高新技术在路面修复中的应用

3.4.1 人工智能与大数据分析

人工智能和大数据分析在路面维护中的角色不仅在于提高效率，更在于精准和智能化的决策支持。人工智能的应用通过深度学习算法，使得路面检测和评估变得更为智能化。基于先进的图像识别技术，人工智能系统能够自动检测路面的裂缝、坑洞和其他缺陷，实现对路面病害的精准识别，大大提高了检测的准确性，也加速了问题的发现和解决过程[5]。

大数据分析在路面修复中的作用主要体现在对路况信息的全面分析和利用。通过收集大量的实时交通数据、气象信息以及路面状态数据，大数据分析系统能够生成详实的路面维护报告，有助于提前预警路面问题，还能够为制定更加科学合理的维护计划提供参考。

人工智能与大数据分析的集成应用为路面修复提供了智能化的决策支持平台。通过分析历史数据和实时信息，系统可以预测路面损坏的趋势，指导工程师进行有针对性的修复工作，提高了维护的效果和可持续性。可见，高新技术在路面修复中的应用，特别是人工智能与大数据分析的结合，使得路面维护不再仅仅是事后的被动修复，更是能够通过智能化的手段实现对路面健康状态的主动监控和精细管理。

3.4.2 3D 打印技术

3D 打印技术作为一项高新技术，通过将建筑材料层层堆积，实现对复杂结构的精准打印，为路面修复带来了全新的可能性。

（1）3D 打印技术通过数字设计，可以根据实际路面损伤的形状和大小，定制化打印修复材料，实现对路面缺陷的精准修复，个性化的修复方案不仅提高了修复的精准度，也有效降低了修复工程的浪费。

（2）3D 打印技术还能够在路面修复中实现快速施工，相比传统的路面修复工艺，3D 打印可以在较短时间内完成复杂结构的打印，缩短了施工周期，减轻了对交通流畅性的影响，这对于快速响应路面紧急修复需求，降低维护时间和成本都具有显著的优势。

（3）在材料选择方面，3D 打印技术可以使用各种高性能材料，如强化塑料或混凝土，以增加路面修复的耐久性和抗压能力，使得修复后的路面更为坚固耐用，适应了不同交通流量和气候条件的挑战。通过上述我们可以看出，3D 打印技术的引入为公路工程中的路面修复带来了前所未有的灵活性和高效性。通过个性化定制、快速施工和高性能材料的应用，3D 打印技术为路面修复提供了一种创新而可行的解决方案，推动着公路工程维护领域的技术革新。