1.研究背景和意义

1.1研究背景

高速公路作为现代交通网络的骨干，不仅是区域经济协同发展的动脉，更是社会资源高效配置的核心载体。随着我国城镇化进程加速与物流需求的爆炸式增长，高速公路的通行能力、安全性和耐久性直接关系到国民经济运行效率与民生福祉。然而，在长期高负荷运营下，路面结构不可避免会因环境侵蚀、重载交通及材料老化等因素逐渐劣化。若缺乏科学养护，局部病害将迅速蔓延为结构性破坏，导致通行能力骤降甚至引发安全事故。因此，如何在路面性能衰减初期实施精准干预，成为保障路网可持续服务能力的关键命题。这一背景下，预防性养护从被动应对转向主动防控的理念革新，不仅契合基础设施全生命周期管理的要求，更是推动交通强国战略落地的重要实践。

1.2研究意义

传统公路养护多遵循“损坏-修复”的被动逻辑，即在路面出现明显坑槽、深层裂缝或严重车辙后才进行大规模翻修。这种模式存在多重弊端：一方面，滞后性维修往往伴随高昂成本，例如结构性修复需铣刨基层、重新摊铺，材料与人力投入远超早期养护；另一方面，施工周期长、封闭路段广，对交通流的干扰加剧了物流延误与社会经济损失。

预防性养护以“防微杜渐”为核心，强调在路面性能轻微衰减期通过技术手段延缓病害发展，其价值体现在多重维度：从技术层面看，早期干预可避免微小缺陷演变为结构性损伤，显著延长路面使用寿命；从经济视角分析，预防性措施单次投入低、综合效益高；从社会效益而言，快速施工、少占车道的特性最大限度减少对通行的影响，保障路网服务连续性。

2.高速公路路面病害的影响

2.1交通安全风险加剧

高速公路路面的各类病害直接威胁行车安全，其危害具有隐蔽性与突发性。裂缝在雨水渗透与车辆荷载的反复作用下，可能发展为深层结构断裂，导致路面局部塌陷或板块错动，车辆高速行驶时极易因颠簸失控。车辙不仅降低轮胎与路面的有效接触面积，削弱制动性能，更可能形成积水槽，雨天引发水膜效应，造成车辆侧滑。坑槽和松散病害则如同隐形陷阱，重载车辆碾压时瞬间冲击力易引发爆胎或悬架损坏，尤其在夜间或恶劣天气下，驾驶员难以及时避让，事故风险陡增。此外，病害引发的频繁变道或急刹行为还会加剧交通流紊乱，增加追尾与连环碰撞概率。这些安全隐患若未及时消除，将严重动摇公众对高速公路通行可靠性的信任。

2.2经济成本显著上升

路面病害对经济系统的冲击呈现多维度、链条式传导特征。直接成本层面，病害恶化迫使养护部门投入更多资源进行大规模修复，而结构性损坏的修补费用往往是预防性养护的数倍，且施工周期延长导致人工、设备租赁等成本叠加。间接成本更为隐蔽却影响深远：道路封闭或限速引发的物流延误会推高企业运输成本，供应链效率下降可能波及区域产业发展；旅游线路因路况不佳导致客流量减少，直接影响沿线服务业收入。此外，反复开挖修补造成的沥青废料堆积与资源浪费，进一步加剧全生命周期成本压力。这种“修补-损坏-再修补”的恶性循环，不仅吞噬公共财政预算，更阻碍交通基础设施的可持续发展。

2.3环境负荷持续累积

传统路面养护模式与病害扩展形成双重环境负效应。热拌沥青修补需消耗大量化石燃料加热混合料，施工过程中释放的挥发性有机物与温室气体加剧大气污染；铣刨废弃的沥青混凝土若未有效回收，将侵占土地资源并污染土壤地下水。而病害蔓延导致的重复施工，使得能耗与排放呈指数级增长。更深层次的环境代价源于生态系统的连锁反应：路面渗水能力下降加剧城市内涝，化学养护剂随径流进入自然水体可能破坏水生生态。这种不可逆的环境损伤，与全球低碳转型目标形成尖锐矛盾，倒逼行业探索更清洁的养护路径。

3.高速公路路面早期病害成因分析

3.1材料性能退化

沥青混合料作为路面结构的核心材料，其性能衰减是早期病害形成的内在诱因。沥青在紫外线辐射、氧气氧化及温湿循环的长期作用下，胶质组分逐渐流失，导致黏弹性下降、脆性增加，表面出现粉化与松散；骨料与沥青的黏附力因水分侵入或酸碱腐蚀而减弱，混合料整体抗剪切能力降低，易在轮载作用下发生剥离。此外，级配设计不合理或施工拌和不均会导致空隙率超标，雨水渗入后引发冻胀或动水压力破坏，加速结构层分离。这种从微观到宏观的渐进式劣化，使得路面在未达到设计寿命前便出现功能性失效，成为裂缝、坑槽等病害滋生的温床。

3.2设计与施工缺陷

路面结构的耐久性高度依赖于设计与施工的精准匹配。设计阶段若忽视区域气候特征与交通荷载预测，如排水系统坡度不足、基层厚度偏薄或材料模量选择不当，将直接削弱结构抗疲劳能力。施工环节的质量波动则进一步放大风险：混合料摊铺温度控制不严易造成层间黏结失效；压实度不足导致空隙率超标，为水分滞留提供通道；接缝处理粗糙形成应力集中点，在温差收缩与车辆振动下发展为纵向裂缝。这些隐蔽性缺陷在运营初期可能未被察觉，但随着时间推移与环境作用叠加，逐步演变为贯穿性损伤，暴露出“先天不足”的致命弱点。

3.3环境与荷载耦合作用

高速公路路面处于多重外部因素的动态侵蚀中。极端气温引发沥青层膨胀收缩，反复热应力导致疲劳开裂；冻融循环使渗入基层的水分体积反复变化，造成基层松散与翻浆。重载交通的破坏性更为显著：超限车辆的集中通行不仅产生远超设计标准的轮压冲击，其慢速行驶导致的长时间剪切应力还会诱发车辙与推移变形。更复杂的是，环境与荷载并非独立作用——雨水通过裂缝渗入基层后，在重载车辆的泵吸效应下形成动水压力，加速基层材料流失；高温软化沥青层时，重载进一步加剧塑性流动，形成恶性循环。这种多物理场的耦合效应，使得路面损伤呈现非线性加速特征。

3.4运维管理滞后

养护管理的科学性与时效性直接影响病害发展轨迹。传统人工巡检依赖主观经验，难以精准识别细微裂缝或隐性脱空，错失最佳干预窗口；检测技术更新滞后导致数据采集碎片化，无法构建全路段性能退化模型。养护决策往往陷入“重应急、轻预防”的误区，倾向于在病害显著恶化后投入资源，而忽视周期性封层、裂缝密封等低成本预防措施。此外，养护资源配置的粗放性——如高交通流量路段与低负荷路段采用相同养护周期——进一步降低资源利用效率。这种管理模式的被动性与离散性，使得早期病害在缺乏系统防控下持续累积，最终突破结构承载阈值。

4.常见的路面病害检测技术

4.1无损检测技术

4.1.1电磁波探测与成像

以探地雷达为代表的电磁波技术通过发射高频脉冲并接收反射信号，能够非侵入式识别路面层间脱空、含水率异常及裂缝扩展深度。其优势在于穿透性强、分辨率高，尤其适用于基层隐蔽病害的早期定位。通过分析波形特征，可区分充水脱空与充气脱空，为养护决策提供精准数据支撑。

4.1.2光学扫描与三维建模

激光断面仪利用激光束扫描路面表面，实时生成高精度三维点云数据，量化车辙深度、平整度偏差及局部沉陷。结合多光谱成像技术，还可同步评估路面老化程度与抗滑性能衰减趋势，实现从宏观形变到微观纹理的全维度诊断。

4.1.3雷达测厚技术

雷达测厚技术通过发射微波脉冲并接收其从路面结构反射回来的信号，精确测量路面各层材料的厚度。该技术不仅操作简便、测量速度快，而且具有非接触、无损检测的特点，适用于大规模路面养护工程中的快速评估。雷达测厚技术能够准确识别出路面结构中因材料老化、施工不均或重载交通导致的厚度变异区域，为养护人员提供关键数据支持，指导其制定针对性的预防性养护方案。例如，在发现局部区域路面厚度不足时，可及时采取薄层罩面或局部加强等措施，有效遏制病害扩展，延长路面使用寿命。

4.2智能化监测系统

4.2.1联网传感网络

在道路的路面内部，我们布设了一种分布式传感器网络，这些传感器包括光纤应变计和温湿度探头等。它们能够实时地采集到结构响应数据，监测在荷载作用下，路面的应力分布情况以及变形特征。这些数据通过无线传输技术，被有效地汇聚至云端平台。在云端平台，我们可以动态地追踪病害的演化规律，并且能够及时预警潜在的风险，从而为道路的维护和管理提供科学依据。

4.2.2人工智能辅助诊断

我们采用了基于机器学习的图像识别算法，这些算法能够自动解析红外热像、雷达图谱等检测结果。通过这些技术，我们可以区分不同类型的裂缝，并评估病害的等级。此外，深度学习模型通过历史数据的训练，能够预测在不同环境和交通条件下，路面的性能退化速率。这使得我们能够优化养护时机与资源分配策略，从而提高道路维护的效率和效果。

4.3快速检测装备

4.3.1车载动态筛查系统

本系统是一种先进的车载检测技术，它集成了红外热像仪和高速摄像机。移动检测车以巡航速度在道路上行驶，通过分析温度场的差异来识别那些不易察觉的脱空区域。此外，系统还能捕捉路面纹理的变化，从而精确定位路面的松散和剥落病害。这种筛查系统的高效覆盖能力使其特别适用于长距离高速公路的周期性健康普查工作，能够大幅度提高道路维护的效率和准确性。

4.3.2自动化巡检机器人

自动化巡检机器人是一种搭载了机械臂和高精度传感器的自主导航设备。它能够深入到桥梁伸缩缝、隧道衬砌等人工难以到达的区域，执行诸如裂缝宽度测量、渗水点定位等精细化检测任务。由于具备全天候作业的能力，这种机器人在复杂环境下作业时，能够显著提升检测的可靠性和效率，确保基础设施的安全和稳定。

5.高速公路路面预防性养护的关键技术

预防性养护强调在路面结构尚处于良好或轻微损伤状态时，采取主动干预措施，以较小的成本延缓病害发展，延长路面使用寿命。这一理念的核心在于“未雨绸缪”，通过定期检测、科学评估与精准施策，实现养护资源的最优配置。它摒弃了传统“头痛医头、脚痛医脚”的被动修复模式，转而追求路面性能的持续保持与提升，为高速公路的长远发展奠定坚实基础。其预防性养护的关键技术主要有：

5.1表面封层技术

5.1.1微表处技术

微表处技术作为一种高效、经济的预防性养护手段，其核心在于采用高分子聚合物改性乳化沥青作为黏结料，配合精选的集料与填料，通过专业设备一次性摊铺形成薄层封层。该技术不仅能够迅速恢复路面的平整度和抗滑性能，还能有效封闭微小裂缝，阻止水分下渗，延缓基层病害的发生。微表处层的紧密结构还能减少轮胎与路面的摩擦噪声，提升行车舒适度。此外，其施工速度快、对交通影响小的特点，使得该技术尤其适用于交通流量大、养护时间窗口有限的高速公路。通过微表处技术的科学应用，可以显著降低路面全生命周期内的养护成本，提升高速公路的服务质量和安全水平。

5.1.2雾封层技术

雾封层技术以其独特的优势，在高速公路路面预防性养护中占据重要地位（图1）。该技术主要利用特殊配方的沥青乳液或改性沥青，通过专业喷洒设备均匀覆盖于路面表层，形成一层微薄的防水封层。这层封层能够有效填充路面微小裂缝，阻止水分侵入基层，从而减缓裂缝扩展和坑槽形成速度。同时，雾封层还能增强路面沥青的黏附性，提高路面整体的抗剥落能力，延长路面使用寿命。此外，雾封层施工便捷，对交通影响小，且成本相对较低，是高速公路路面预防性养护的理想选择。通过科学应用雾封层技术，可以显著提升路面性能，降低养护成本，为高速公路的安全、高效运行提供有力保障。

图1 雾封层技术

5.1.3纳米改性封层技术

纳米改性封层技术通过在传统封层材料中加入纳米级添加剂，显著提升了封层的综合性能。这些纳米添加剂能够增强沥青的黏弹性和耐热性，使得封层在极端气候条件下仍能保持良好的稳定性和耐久性。此外，纳米改性封层技术还能有效提高路面的抗滑性能和耐磨性，减少车辆行驶过程中的噪声污染，提升行车安全性和舒适度。与传统封层技术相比，纳米改性封层技术具有更长的使用寿命和更低的养护成本，是实现高速公路路面预防性养护目标的关键技术之一。

5.2结构强化技术

5.2.1超薄磨耗层

超薄磨耗层作为一种创新的预防性养护策略，以其独特的优势在高速公路路面养护领域展现出广阔的应用前景。该技术通过在原有路面上加铺一层超薄的高性能沥青混合料，形成一层耐磨、抗滑的保护层，有效抵御车辆荷载与环境因素的双重侵蚀（图2）。超薄磨耗层不仅能够迅速恢复路面的平整度和美观度，显著提升行车安全性和舒适度，还能有效封闭微小裂缝，阻止水分下渗，延缓基层病害的发生与发展。其卓越的抗老化性能和耐久性使得路面在经历长期运营后仍能保持优良的性能状态，从而大幅度延长路面的使用寿命。此外，超薄磨耗层施工速度快、对交通影响小，且材料利用率高、环境友好，是实现高速公路路面快速、高效、绿色养护的理想选择。通过科学应用超薄磨耗层技术，可以显著降低路面全生命周期内的养护成本，提升高速公路的服务质量和安全水平，为交通运输行业的可持续发展贡献力量。

图2 超薄磨耗层养护技术

5.2.2冷补技术

冷补技术作为一种高效、灵活的路面修复手段，在高速公路预防性养护中发挥着重要作用。该技术采用预先准备好的冷补混合料，针对路面出现的局部破损进行即时修补。冷补混合料通常由高性能沥青、精选集料及特殊添加剂组成，无需加热即可实现良好的黏结性和压实效果。这种“即取即用”的特性使得冷补技术在紧急抢修或交通高峰时段仍能迅速恢复路面通行能力，有效避免因病害扩展而导致的交通中断。冷补技术的施工过程简便快捷，对交通影响小。养护人员只需清理破损区域，将冷补混合料均匀铺设在坑槽内，并通过压实设备快速压实即可。冷补混合料良好的施工和易性确保了修补区域与周边路面的平整衔接，减少了行车颠簸，提升了行车安全性。

此外，冷补技术还具有适用范围广、修补质量高的优点。无论是微小的裂缝、坑槽，还是较大面积的破损，冷补技术都能提供可靠的解决方案。修补后的路面不仅恢复了原有的承载能力，还具有良好的耐久性和抗老化性能，能够长时间抵御车辆荷载和环境因素的侵蚀，延长路面的使用寿命。

5.2.3纤维封层技术

纤维封层技术作为一种创新的路面预防性养护策略，其核心在于在路面上铺设一层含有高强度纤维的沥青混合料。这些纤维能够有效增强沥青混合料的抗拉强度和韧性，显著提升路面的抗裂性能和耐久性。纤维封层不仅能够迅速封闭路面微小裂缝，阻止水分下渗，防止基层病害的进一步发展，还能通过纤维的加筋作用，提高路面的整体承载能力和抗变形能力。在重载交通和恶劣气候条件下，纤维封层技术展现出卓越的适应性和稳定性，能够有效抵御车轮的磨损和环境的侵蚀，延长路面的使用寿命。此外，纤维封层技术施工简便快捷，对交通影响小，且材料环保、可循环利用，符合绿色养护的发展趋势。通过科学应用纤维封层技术，可以显著降低路面养护成本，提升高速公路的服务质量和安全水平，为交通运输行业的可持续发展提供有力支持。

5.3再生修复技术

5.3.1就地热再生技术

如图3所示，就地热再生技术通过在现场对受损路面进行加热软化，随后加入再生剂与适量新沥青混合料，经过拌合、摊铺、压实等一系列工序，使路面性能得以恢复甚至超越原有水平。就地热再生技术的核心优势在于其高效性、环保性和经济性。它无需大规模开挖，显著减少了施工期间对交通的影响，同时降低了建筑废弃物的产生，符合绿色、可持续的发展理念。通过精准控制加热温度与再生剂的配比，该技术能够实现对旧沥青的有效再生利用，大幅度节约养护成本，延长路面使用寿命。

图3 就地热再生技术示意图

5.3.2厂拌冷再生技术

厂拌冷再生技术是一种将回收的路面材料（RAP）在工厂环境下进行破碎、筛分，并加入适量的新骨料、水泥或沥青乳液等添加剂，经过充分拌合后形成新的混合料，再重新铺筑到路面上的技术。该技术通过充分利用废旧路面材料，不仅实现了资源的循环利用，还显著减少了建筑垃圾的产生，有利于环境保护。厂拌冷再生混合料具有较高的强度和稳定性，能够满足不同等级公路的养护需求。同时，由于该技术施工过程中无需加热，因此能耗较低，对环境的负面影响也较小。在实际应用中，厂拌冷再生技术展现出良好的经济效益和社会效益，是高速公路路面预防性养护中的重要技术手段之一。

5.4系统性防护策略

系统性防护策略强调从多维度构建病害防控网络，提升养护管理的整体效能。排水系统优化通过智能监测与动态维护，确保边沟、渗井与盲沟的畅通性，利用透水材料与生态滤层减少地表径流对基层的侵蚀。边坡生态防护结合土工合成材料与适生植被，形成“柔性加筋-根系固土”复合体系，既增强抗冲刷能力，又通过蒸腾作用调节边坡含水率，减少滑塌风险。裂缝主动防控体系集成预防性密封、应力消散层与抑制剂涂覆技术，形成多级防御机制，阻断水分侵入与裂缝扩展的连锁反应。季节性养护则依据气候特征动态调整策略，如春季重点处理冻融损伤、夏季强化抗车辙措施、秋季预防渗水病害、冬季除冰防滑，通过精准适配环境变化提升防护时效性。此外，基于物联网的智能养护平台可实时分析路面状态、交通荷载与气象数据，自动生成最优养护方案，推动决策从经验驱动向数据驱动的跨越。这些策略的协同实施，标志着养护管理从单一技术应用向全生命周期、全要素集成的系统性升级。

5.5智能决策与数字化养护技术

智能决策与数字化养护技术通过深度融合信息技术与工程实践，推动养护管理向精准化、动态化方向升级。

5.5.1全息感知与实时监测

依托分布式光纤传感器、无线应变计与物联网终端，构建覆盖全路网的实时监测系统。传感器实时采集路面温度、应变、振动等参数，结合车载移动检测设备动态捕捉表面纹理与平整度变化。数据通过边缘计算节点初步处理后上传至云端，形成多维度的路面健康数据库，为病害预警提供即时数据支撑。

5.5.2智能诊断与预测模型

基于机器学习与大数据分析，构建路面性能退化预测模型。通过历史养护记录、交通流量、气象数据等多源信息训练算法，精准预测裂缝扩展速率、车辙累积趋势及材料老化周期。深度学习技术进一步优化诊断精度，例如卷积神经网络自动识别红外图像中的隐性脱空区域，生成病害热力图并标注风险等级，辅助养护部门制定优先级策略。

5.5.3自动化施工与机器人作业

研发多功能养护机器人集群，集成铣刨、摊铺、压实等功能模块，实现病害修复全流程自动化。机器人通过高精度导航与机械臂协同作业，可在不封闭交通的条件下完成局部修补，大幅降低施工对通行的影响。此外，无人机编队应用于封层喷洒、裂缝密封等高空或危险区域作业，提升施工安全性与效率。

5.5.4数字孪生与协同决策平台

构建高速公路数字孪生体，同步映射物理路网的几何特征、材料属性与环境负荷。通过虚拟仿真模拟不同养护方案的实施效果，评估长期成本效益与生态影响。平台整合政府、企业、科研机构等多方数据资源，支持协同决策与资源优化配置，例如动态调整养护周期、智能分配施工设备，实现从“经验驱动”到“数据驱动”的范式转变。

6.未来发展趋势

随着科技进步与可持续发展理念的深化，高速公路路面预防性养护技术将呈现以下发展趋势：

其一，智能化与数字化转型。物联网、5G通信与人工智能技术的深度融合，将推动养护管理从“经验驱动”向“数据驱动”升级。数字孪生技术实现全生命周期动态仿真，智能机器人集群与无人机编队将逐步替代传统人工作业，提升施工精度与效率。

其二，绿色低碳技术革新。再生材料应用比例显著提高，就地热再生与冷再生技术成为主流，实现“零废弃”目标。纳米改性材料、生物基沥青等环保材料加速研发，降低全生命周期碳排放。

其三，主动防控与自适应系统。基于实时监测与预测模型的主动预警系统将普及，路面结构可嵌入自修复材料（如微胶囊修复剂），实现微小损伤的自主修复。

其四，多学科交叉创新。材料科学、环境工程与交通工程的交叉融合将催生新型防护技术，如光伏路面集成能源收集与结构健康监测功能，智能排水系统结合海绵城市理念优化水环境管理。

结 语：

高速公路路面早期病害防治是保障路网可持续服务能力的核心课题。本文通过成因分析与技术论证，揭示了预防性养护在成本控制、环境友好及社会效益方面的显著优势。未来，需进一步深化智能感知、自修复材料等前沿技术的工程化应用，完善多源数据融合的决策平台，并推动政策与市场机制协同创新。只有通过技术创新与管理升级的双轮驱动，才能实现高速公路“更安全、更低碳、更智慧”的运维目标，为交通基础设施的高质量发展注入持久动力。

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