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高速公路瀝青路面檢測方案優化設計

文檔作者：韓會勇文檔來源：中咨公路養護檢測技術有限公司		更新日期： 2026年08月22日	點擊數：
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工程技術研究 第10 卷 總第177 期 2025 年1 月 發展與創新
205
摘要：文章針對某高速公路瀝青路面病害檢測方案的
不足，提出了基于數據變異性與路面性能影響因素分
析的檢測方案優化方法。通過綜合應用落錘式彎沉儀
與探地雷達設備，檢測路面結構，并通過溫度校正與
荷載分析，解決檢測數據波動大、誤差顯著的問題。
結合多因素回歸模型，分析溫度、荷載及材料老化對
路面性能的影響，優化后的方案提高了檢測數據的一
致性與精度。研究結果表明，優化方案在彎沉值和厚
度誤差控制方面效果顯著，數據一致性提升20%，檢
測誤差為原方案的80%，為制定路面養護決策提供了
可靠依據。
關鍵詞：高速公路；瀝青路面；數據變異性；路面性能；
落錘式彎沉儀；探地雷達
Abstract: In view of the shortcomings of an expressway
asphalt pavement disease detection scheme, this paper
proposes a detection scheme optimization method based
on data variability and pavement performance infl uencing
factors analysis. Through the comprehensive application
of Falling Weight Deflectometer and Ground Penetrating
Radar equipment, the pavement structure is detected, and
the problems of large fluctuation and significant error of
detection data are solved through temperature correction
and load analysis. Combined with the multi-factor regression
model, the infl uence of temperature, load and material
aging on pavement performance is analyzed, and the optimized
scheme improves the consistency and accuracy of
the detection data. The results show that the optimization
scheme has a signifi cant effect on the control of defl ection
value and thickness error, the data consistency is improved
by 20%, and the detection error is 80% of the original
scheme, which provides a reliable basis for the formulation
of pavement maintenance decision.
Keywords: expressway; asphalt pavement; data variability;
pavement performance; Falling Weight Defl ectometer;
Ground Penetrating Radar
分類號：U416
1 研究背景
交通流量和重載車比例的增加，導致高速公路瀝
青路面的病害問題日益加劇，尤其在北方寒冷地區，
溫差變化和荷載效應顯著加劇了路面結構損壞。很多
高速公路路段現有的檢測方案雖能提供一定程度的路
面病害數據，但由于設備選擇及數據采集方法存在局
限性，檢測結果存在明顯的誤差和波動性，難以準確
反映路面的真實狀況[1]。因此，文章基于數據變異性和
路面性能的多重影響因素，提出檢測方案優化方法。通
過聯合應用落錘式彎沉儀（falling weight defl ectometer,
FWD）與探地雷達（ground penetrating radar, GPR）設
備，以及進行溫度和荷載動態校正分析，改進現有檢
測方案，提高檢測精度，助力制定科學養護決策。
2 工程概況
某高速公路瀝青路面工程位于北方寒冷地區，設
計為雙向六車道高速公路，長約200 km，設計速度為
120 km/h，主線路基寬33 m。路面結構為典型的瀝青
混凝土結構，面層為SMA-13 型瀝青混合料，基層為
AC-20 瀝青混合料，使用年限超過12 a，平均交通量
為50 000 輛/a，重載車流占比約為25%。該路段經歷
過多次作者簡介： 韓會勇，男，碩士，工程師，研究方向為土木工程。 寒冬凍融循環，溫差變化較大。荷載效應和氣
高速公路瀝青路面檢測方案優化設計
The Optimization Design of Expressway Asphalt Pavement Detection Scheme
韓會勇
HAN Huiyong
中咨公路養護檢測技術有限公司，北京 102200
Zhongzi Highway Maintenance and Testing Technology Co., Ltd., Beijing 102200, China
DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2025.01.068 .
發展與創新 2025 年 第01 期 總第177 期 工程技術研究
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溫變化導致路面多處出現結構性破壞，主要病害包括
縱向裂縫、車轍變形、局部松散、表面老化及反射裂
縫等，尤其在交通流量較大及重載車頻繁通過的區域，
車轍深度達20 mm，裂縫寬度最大達到10 mm。現有
檢測方案采用FWD 和GPR 檢測，但由于檢測間距過
大，局部數據不一致性明顯，彎沉值波動幅度較大，
且檢測結果誤差在不同天氣條件下顯著變化，難以全
面反映路面的真實狀態，導致養護決策存在滯后性，
經濟效益降低。
3 檢測方案優化設計
3.1 基于數據變異性的檢測數據分析
在該高速公路瀝青路面工程中，基于數據變異性
的檢測數據主要為FWD 和GPR 設備獲取的數據。檢
測結果顯示，受車道位置、荷載分布及檢測時間等因
素的影響，不同路段的彎沉值波動性較大，尤其在重
載車道，彎沉值的變異系數高達18%。同時，不同時
間段的數據受溫度影響顯著，早晨與中午的彎沉差異
約為20%，這表明溫度對檢測結果的敏感性較高[2]。
通過對比多次檢測結果，發現部分路段的彎沉值表現
出較大的離散性，峰值偏離平均值15% 以上，嚴重影
響了路面病害評估的準確性。此外，GPR 檢測的雷達
波反射強度在不同路段的變化也較大，尤其是在裂縫、
車轍等病害集中區域，反射信號的衰減幅度較為明顯，
數據波動幅度為10% ～ 30%，表明該區域結構性損壞
較為嚴重。FWD 彎沉值和GPR 信號強度的變化趨勢
如圖1 所示。
公路路段/ 段
FWD 彎沉值
GPR 信號強度
20 20
2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0
30 30
40 40
50 50
60 60
70 70
80 80
90 90
FWD 彎沉值/mm
GPR 信號強度/%
圖1 FWD 彎沉值和GPR 信號強度的變化趨勢
由圖1 可知，不同路段下，FWD 彎沉值表現出較
大的波動，尤其在10.0 ～ 20.0 段，彎沉值逐漸增加，
說明該區域可能存在較為嚴重的結構性問題。同時，
GPR 信號強度呈現出整體下降趨勢，反映了路面內部
結構的老化和損壞情況。關鍵路段數據波動較大，說
明檢測數據存在不一致性及路面性能差異。
3.2 基于路面性能影響因素的檢測優化思路
針對檢測數據反饋的相關問題，通過安裝在高速
公路上的非接觸式紅外測溫儀及多點布設的溫度傳感
器，實時監測路表溫度，采集不同時間段及不同路段
的溫度數據。基于溫度對瀝青混合料模量的影響，對
溫度- 彎沉響應關系進行定量分析，構建溫度敏感性
函數，用以校正各時段的彎沉檢測數據，保證數據的
一致性。對于荷載分布，使用靜態稱重系統采集車流
數據，包括車輛類型、軸重及車速等信息，基于動態
荷載響應函數，分析不同軸載及車流密度對路面變形
的影響，尤其針對重載車道，進一步細化荷載分布對
彎沉變化的貢獻率[3]。同時，基于多源數據融合技術，
將GPR 檢測數據與FWD 彎沉數據進行關聯分析，通
過加權疊加算法，精細化評估路面各層模量的空間分
布特征。應用有限元數值模擬，模擬不同荷載和溫度
條件下的路面結構響應，校正檢測數據的非線性誤差。
通過構建路面性能衰減預測模型，利用時序分析方法，
預測路面結構的長期性能變化趨勢，以便為路面養護
提供科學依據。優化思路還考慮材料特性與環境的交
互作用，以增強檢測數據的物理解釋力。
在材料老化方面，通過拉曼光譜儀和電子顯微鏡
檢測取芯樣瀝青的微觀結構和化學成分變化，結合動
態剪切流變儀和萬能試驗機測定其剪切模量和抗壓模
量，建立老化與材料性能劣化的回歸模型。通過GPR
進行高分辨率層間掃描，檢測厚度變化，采用SIR-
30 探測系統，結合全球定位系統（global positioning
system, GPS）精準定位，利用雷達信號的反射特性分
析各層厚度變化，特別關注基層和面層的剝離現象。
結合FWD 進行同步檢測，基于Boussinesq 理論解析每
個荷載點的彎沉值數據，利用后處理軟件EVERCALC
計算不同層間的回彈模量。
3.3 優化后檢測方案設計
在優化后的檢測方案設計中，綜合考慮了數據變
異性和路面性能影響因素，針對不同檢測設備和技術進
行優化配置。首先，基于溫度敏感性分析，調整FWD
的檢測頻率，尤其是在溫度驟變時段增加采樣頻率，
以確保彎沉數據的時效性和精確性。采用300 m 的標
準間距進行FWD 檢測，同時在車流量大、車轍較深
的路段將間距減少至150 m，以提高局部檢測的精度。
其次，對于探地雷達檢測，采用SIR-30 探測系統結合
3D 立體掃描技術，對路面厚度和結構層間的分層變化
工程技術研究 第10 卷 總第177 期 2025 年1 月 發展與創新
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情況進行高分辨率探測，增加信號采集頻次，針對裂
縫和脫空區域布設密集掃描點，優化每個點的信號采
集質量，以獲得更清晰的層間反射數據[4]。此外，紅
外熱成像儀與傳感器同步工作，進行路面溫度動態修
正，尤其在溫差大的區域，通過算法實時校正FWD 彎
沉值及GPR 信號，確保溫度對檢測結果的影響最小。
為了更好地捕捉路面老化和材料性能劣化信息，
建議在關鍵路段采用鉆芯取樣方法，結合動態剪切流
變儀，測試瀝青的剪切模量變化情況，量化路面材料
的疲勞和老化程度，并建立性能衰減模型。結合上述
數據，利用EVERCALC 軟件反算FWD 的彎沉盆，求
得路面結構層的彈性模量，以評估不同荷載條件下路
面的承載能力。優化后的方案建議在交通量較大的路
段（特別是重載車道），將檢測頻次增加至2 次/a，以
避免數據失真和決策滯后。
4 優化方案應用與驗證
4.1 檢測方案實施及數據采集
選取某高速公路K100 ～ K120 段為試驗路段，該
段為重載車流密集區，車轍深度較大。采用FWD 進
行彎沉檢測，檢測間距設為200 m，重點區域（如交
叉口和彎道處）間距縮短至100 m，以精確捕捉局部
彎沉差異。彎沉盆數據由EVERCALC 軟件進行反算，
獲得各結構層的回彈模量。同步使用GPR 系統，采用
SIR-30 設備，配合2 GHz 天線，進行路面層間結構掃
描，重點關注路面厚度和基層脫空區域。每50 m 進行
一次GPR 掃描，并在裂縫和車轍密集區高頻掃描，以
確保數據具備完整性和細致性。通過紅外測溫儀和嵌
入式溫度傳感器同步采集溫度數據，記錄路表和路面
內部的溫度變化，特別是在日溫差較大的時段，進行
多次測量，以便校正彎沉和雷達數據。為提高數據采
集的全面性，在不同車道類型和車速條件下布設多點
傳感器，實現對動態車流荷載效應的實時監測。同步
采集FWD 和GPR 數據，利用多源數據融合技術，建
立路面結構狀態多參數評估模型，確保數據一致。通
過引入時域反射技術，精確測量裂縫深度，結合層間
剪切波速度分析，進一步揭示路面結構層間的受力與
變形特征。該方案強調了數據鏈的完整性，為后續分
析提供了高質量的基礎數據[5]。
4.2 檢測結果分析
通過對比優化方案與原方案的檢測數據，可以看
出FWD 彎沉值的波動性顯著降低，尤其在重載車道
和裂縫密集區，優化后的彎沉數據標準差從原方案的
1.8 mm 降至1.2 mm，表明數據一致性得到了顯著改
善。GPR 檢測的厚度數據顯示，優化方案中的高頻掃
描有效捕捉了路面層間厚度變化，檢測結果更為精確。
特別是在車轍區域，原方案探測到的最大厚度誤差為
3.0 cm，優化方案將誤差控制在1.0 cm 以下。檢測結
果分析表如表1 所示。
表1 檢測結果分析表
路段長度/km
FWD 彎沉值/mm GPR 厚度誤差/cm
原方案優化方案原方案優化方案
100.0 18.2 18.1 2.5 1.2
105.0 19.3 19.0 2.2 1.0
110.0 20.5 20.2 3.0 1.3
115.0 21.0 21.0 2.8 1.1
120.0 18.8 18.5 2.5 1.0
由表1 可知，通過實時校正模型，有效控制了溫
度對數據的影響，彎沉值的溫度敏感性降低，原方案中
溫度波動導致的數據偏差減小了15%。優化方案成功將
檢測數據中的系統性誤差減小至原來的80%。因此，優
化后的檢測方案在重載區、裂縫密集區和溫度敏感區域
的檢測結果更為精確，增強了對路面性能的評估能力。
5 結束語
文章提出了一種基于數據變異性和路面性能影響
因素的瀝青路面檢測方案優化方法，針對某高速公路
瀝青路面病害，采用FWD 與GPR 聯合檢測設備，提
升了彎沉值和厚度數據的一致性與精度。優化后的檢
測方案顯著改善了重載車道和裂縫密集區的數據波動
現象，通過溫度校正和荷載分析，減小了檢測結果的
系統誤差。研究結果表明，相比原方案，優化方案關
鍵路段檢測數據的一致性提升20%，誤差減小15%。
該方案為類似路段的檢測提供了技術參考，可推廣應
用于其他地區的路面檢測。
參考文獻
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