市政道路桥梁病害成因及智能化检测技术应用研究

引言

市政道路桥梁是支撑城市功能运转的 “血管系统”，承担着客货运输、通勤出行的重要任务。近年来，随着城市化进程加速，交通流量持续增长，超载车辆比例上升，加之部分道路桥梁已接近或超过设计使用年限，结构病害问题日益突出。据统计，我国城市桥梁中约 30% 存在不同程度的结构性病害，道路路面破损率年均增长 5%-8% ，不仅影响通行舒适度，更潜藏着坍塌、断裂等安全风险。传统的道路桥梁病害检测依赖人工目测与便携式设备，存在效率低、精度差、主观性强等局限，难以满足大规模、高精度的检测需求。智能化检测技术通过融合传感器、物联网、人工智能等技术，实现了病害的自动化识别、定量化评估与动态监测，为道路桥梁的精细化养护提供了全新解决方案。

一、市政道路桥梁常见病害类型及成因分析

1.1 市政道路常见病害及成因

市政道路的病害主要集中在路面、路基及附属设施，常见类型及成因如下：

道路的裂缝：道路的裂缝主要包括横裂、纵裂及龟裂。道路横裂通常是由温差过大造成路料出现收缩而引起的，在冬春交接的地区较为明显；道路纵裂通常是由路基不均匀沉降或行车荷载引起道路纵向变形而产生，在一些长年重车行驶的地区，由于连续长时间行重车会在路肩出现较为严重的纵裂；道路的网裂通常是由于路料强度不够、水破坏或过早老化等因素引起的，通常表现为密集交错且无明显走向。沉陷与拥包：沉陷是由于路基压实不密实、管线回填不密实或地基出现沉降引起的路面积水沉陷；而拥包则是水毁现象之一，路面水下渗至各结构层后，在行车荷载作用下产生唧泥、松散从而形成局部低洼。车辙、推移：车辙为路面在热季节反复加载时由于高温软化下发生的永久形变，主要与沥青混合料高温稳定性差、受荷载过大相关；推移为交叉口区域或刹车区域受汽车加速、刹车时的水平拉力，路面材料横向挤移。路基病害：路基翻浆、路基侧边滑塌等。翻浆：由于季节性冻胀或水位上升，在冬季水分冻结体积膨胀，待到春季融解融化时路基的抗弯拉强度骤然降低造成翻浆；边坡滑塌，受雨水冲刷、坡体稳定性差，常见于山岭地区。

1.2 市政桥梁常见病害及成因

桥梁结构的病害涉及上部结构、下部结构及连接部位，主要类型及成因如下：

上部结构病害：梁体裂缝为最常见的病害，混凝土梁由于收缩、温差、荷载效应产生受拉裂缝，当裂缝宽度大于规定限值（如 0.3mm ）时会加快钢筋锈蚀；钢结构桥梁易发生疲劳裂纹，常出现在焊缝、螺栓连接等应力集中部位，由车辆荷载反复作用而成。此外，桥面铺装层病害（裂缝、剥落）与道路路面病害成因类似，桥面铺装层还会因桥梁伸缩缝破坏使雨水渗入梁体。下部结构病害：桥墩、桥台的裂缝与沉降。桥墩的裂缝是由于基础不均匀沉降、温度应力、车辆撞击等原因导致，软土地区桥台后填土沉降易导致台身开裂；桩基的病害包括桩身裂缝、钢筋锈蚀，多由地下水侵蚀、施工缺陷（混凝土灌注不密实）、船舶碰撞所致。

接头病害：支座老化，伸缩装置破损较多。支座经受竖向荷载及水平位移长期作用，导致橡胶老化或钢板锈蚀或位移超标；伸缩装置因雨水、泥沙堵塞及钢材锈蚀，伸缩效果不好，车辆通行发生冲击荷载，增加桥面及梁体损坏。

1.3 共同影响因素

除上述特定成因外，市政道路桥梁病害的发生还受以下共同因素影响：

自然环境原因：太阳辐射造成材料的热氧老化，降水及融雪形成冻融和水损害，工业气体腐蚀导致钢结构及混凝土的老化。荷载原因：重交通比例大幅增加远远超出设计荷载，超限运输加重结构疲劳损伤；交通量的增加使得荷载作用频次增加加快病害程度的进展。养护及维护管理因素：养护滞后，小病害发展至大病害；检测设备落后，隐蔽性病害检测不到，设计或施工存在缺陷( 例如：材料缺陷，施工工艺不到位) 为病害埋下祸根。

二、市政道路桥梁智能化检测技术应用

2.1 路面智能化检测技术

三维激光扫描技术：采用车载式激光扫描设备采集路面三维点云数据，并达到毫米级精度。车载激光传感器、惯性测量单元 (IMU) 和 GPS 同时采集路面的高程、纹理和平整度数据，用计算方法识别裂缝、车辙等缺陷，并用这种方法计算缺陷的尺寸 ( 裂缝长、宽、车辙深度等 )。该检测方式检测效率高，可达80-120km/h，可满足城市主干道快速检测的需求。红外热成像技术：分析路面材料和空气的热导率之间的差异来确定路面内部水损害的区域。雨水会进入路面，导致局部热容量的改变，在红外图象里表现为温度的不正常 ( 例如，在下雨之后，当路面干燥时，潮湿区域的温度比周围的要低 )。这种方法能够检测到路面内部的空洞、脱空等隐蔽的病害，作为对路面进行坑槽预防的依据。探地雷达：利用发射出高频电磁波探测路基的结构层，根据反射波的特性判断路基的压实度、管线和地下空洞的大小。在道路检测中，探地雷达用于发现路面路基松散区域，积水区域，利用路面检测数据结合探地雷达数据实现“路面 -路基”的一体化检测，避免仅进行路面维修而未能根本消除路基病害带来的路面病害治标不治本的问题。

2.2 桥梁智能化检测技术

无人机巡检技术：搭载高清相机、红外相机或激光雷达的无人机，可对桥梁上部结构进行全方位扫描。针对桥梁底部、梁体侧面等人工难以到达的区域，无人机通过多角度拍摄获取图像，结合图像拼接与三维重建技术，生成桥梁表面模型，再通过深度学习算法自动识别裂缝、剥落等病害。例如，基于卷积神经网络（CNN）的裂缝识别模型，准确率可达 95% 以上，检测效率是人工巡检的 5-10 倍。结构健康监测系统安装传感器，实时采集结构响应数据。数据通过无线传输至云端平台，结合有限元模型分析结构受力状态，评估损伤程度。当监测数据超过预警阈值时，系统自动报警，实现病害的早期预警。该技术尤其适合大跨度桥梁或重要结构的长期监测。超声波与回弹检测技术：超声波检测仪通过发射声波测量混凝土强度与内部缺陷，声波在裂缝处传播速度变化可反映裂缝深度；回弹仪则通过冲击回弹值评估混凝土表面强度，两者结合可实现混凝土梁体强度与内部密实性的综合评估。

2.3 数据融合与智能评估平台

构建 “检测数据 - 病害识别 - 风险评估” 一体化平台，实现多源数据的融合分析。平台整合激光扫描、无人机图像、传感器监测等数据，建立道路桥梁的数字孪生模型，直观展示病害位置与发展趋势；通过机器学习算法对历史病害数据与养护效果进行分析，预测病害发展速度，制定个性化养护方案。例如，针对某条道路的车辙病害，平台结合交通量、材料特性及环境数据，预测未来1 年的车辙深度变化，为养护时机选择提供依据。

结论

市政道路桥梁的病害成因复杂，涉及自然环境、交通荷载、材料性能等多方面因素，路面裂缝、桥梁结构裂缝、沉降等是需重点关注的病害类型。智能化检测技术通过三维激光扫描、无人机巡检、结构健康监测等手段，实现了病害的高效识别、定量化评估与动态监测，显著提升了检测精度与效率。

参考文献

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