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高等級公路路面平整度的10種檢測方法

高等級公路路面平整度的10種檢測方法

 

隨著(zhù)我國公路等級的不斷提高,高等級公路網(wǎng)絡(luò )的日益完善,如何對路面質(zhì)量進(jìn)行檢測評定,是當前一個(gè)十分重要的課題。在路面諸多檢查項目評定指標中,平整度占評定項目總分數的15%~20%,足見(jiàn)其重要地位。  
1 平整度檢測評定指標  

路面平整度的檢測輸出指數比較多,有些國家地區使用的檢測指標,比如:澳大利亞的NAASRA指數,法國的APL指數,加拿大的PSI指數,也有世界性組織國際上較為通用的國際平整度IRI。也有相關(guān)行業(yè)如:汽車(chē)設計研究行業(yè)評價(jià)路面的PSD指數等。而在我國,常用的還有三米直尺量測的最大間隙h及標準偏差σ。下面就我國常用的幾種指標及國際平整度指數IRI進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹: 
1.1 三米直尺量測的最大間隙h 
三米直尺是由硬木或鋁合金等材料制成,底面平直,長(cháng)3m。在測試前將三米直尺放在車(chē)道一側車(chē)輪輪跡(距車(chē)道線(xiàn)80~100cm)上,對舊路已形成車(chē)轍的路面,應取車(chē)轍中間位置為測定位置,然后用粉筆在路面上作好標記。測試時(shí),目測三米直尺底面與路面之間的最大間隙位置,用有高度標線(xiàn)的塞尺塞進(jìn)間隙處,量測最大間隙的高度h(mm),要求準確至0.2mm。按《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》(JTJ071-94)的規定,每200m測試兩處,每處要求連續10尺,然后計算10個(gè)最大間隙的平均值、不合格尺數及合格率。這種測試方法由于全部由人工操作,因此人為因素大、精度低、測試效率低,只適用于在建道路施工過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量控制,不適于高等級公路竣工驗收和日后運行中進(jìn)行檢測評定。 

 

1.2 標準差σ 
標準差σ是指八輪平整度儀測試輸出的平整度數據。八輪平整度儀是以3m長(cháng)桁架鉸接對分小梁為基準,中間機架可伸縮或折疊,前后各有四個(gè)行車(chē)輪,前后兩組輪的軸間距離為3m。在機架中間有一個(gè)能起落的測定輪,測定輪上裝有位移傳感器和距離傳感器,測定時(shí)以?xún)x器著(zhù)地的八個(gè)輪為相對基準面,沿路面某一縱向位置以一定間隔量(如桁架每移動(dòng)25cm)采集測試輪的單向垂直位移數值,再用數理統計的方法來(lái)計算100m中所有數據(若間隔為25cm,則100m有400個(gè)數據)的方差,此方差即我們通常所說(shuō)的標準偏差σ。 

1.3 國際平整度指數IRI 
為了檢測路面平整度,世界各國研制出許多相關(guān)的儀器設備,如美國、加拿大的四分之一車(chē),英國的標準顛簸累積儀,法國的縱斷面分析儀,澳大利亞的平整度數據采集系統等。這些設備在當時(shí)的使用情況都不錯,但因彼此之間未建立定量關(guān)系,其檢測到的數據無(wú)法對比。因此,為了客觀(guān)定量分析路面平整度,世界銀行在七十年代末八十年代初組織了世界有關(guān)專(zhuān)家及各國測定平整度的主要儀器,在巴西利亞進(jìn)行研究試驗,最后在1986年提出了國際平整度粗糙指數IRI概念。 

IRI的定義是:模擬標準車(chē)在80km/h速度條件下,車(chē)身懸架的總位移(單位為m)與行駛距離(單位為km)之此,同時(shí)發(fā)表了采用精密水準儀測得路面一定間隔(如每25cm或50cm)的高程,計算IRI的算式和計算程序, 的真實(shí)縱斷面情況表征為國際平整度指數IRI,從而把過(guò)去世界各國不同的平整度儀測試結果指標統一到IRI來(lái),國際平整度指數IRI是世行組織召集世界各國專(zhuān)家學(xué)者,考慮了公路路面的長(cháng)波模型、短波模型、臺階模型以及專(zhuān)家模型等向世界各國推薦的。所以從技術(shù)上比較全面、合理。這對世界路面平整度測量是一個(gè)重大的貢獻,目前IRI已發(fā)展成各國平整度的通用指標,包括現在最先進(jìn)的采用激光技術(shù)的平整度檢測設備均可直接輸出IRI的指標數值。 


2 新檢評標準中平整度的相關(guān)問(wèn)題 
鑒于國內十余年來(lái)路面平整度儀器設備的研究開(kāi)發(fā)和應用發(fā)展情況,顛簸累積儀已從廣泛用于現有路網(wǎng)路面平整度測定,發(fā)展成為可完全滿(mǎn)足新建路面竣工驗收需要的檢測手段,故新檢評標準采用較高級的自動(dòng)或半自動(dòng)化檢測設備,不再單指連續平整度儀(即八輪平整度儀),并引入了國際通用的國際平整指數IRI。 

2.1 采用IRI作為路面平整度的檢測和評定指標的必要性 
為了客觀(guān)準確高效地檢測和評定路面平整度,平整度指數的設置要具有合理性。我國過(guò)去使用較多的儀器有三米直尺和連續式平整度儀等,這些儀器受長(cháng)度和速度的限制,難以反映較高車(chē)速下路面較長(cháng)波長(cháng)的顛簸和起伏。另外連續式平整度儀在使用中還存在測試效率低、速度慢、機械配置龐大而笨重、測定精度差、再現性差等問(wèn)題。因此,為提高平整度測試的精確度及與國際通用指標保持一致,有必要在規范中采用國際平整度指數IRI作為路面平整度的檢測和評定指標。 

2.2 新標準IRI界限值界定 
我國從“七五”開(kāi)始,在路面管理系統中采用IRI作為路面平整度指標,已實(shí)際使用了十余年,測得了數萬(wàn)公里的瀝青路面的IRI值,為干線(xiàn)公路路面評價(jià)、養護決策提供了重要的基礎數據。同時(shí),交通部公路科學(xué)研究所曾多次在北京、上海、南京、長(cháng)春、太原等地對國際平整度指數IRI與平整度標準差σ進(jìn)行了大量的對比試驗,全部試驗結果表明二者之間具有良好的相關(guān)關(guān)系:σ=0.5926IRI+0.013,相關(guān)系數r=0.9875.為了便于應用,一般取σ=0.6IRI。 
3 平整度檢測設備介紹   

因為路面平整度的檢測比較重要,各國相繼研制了各種各樣的平整度檢測設備及評價(jià)方法,目前主要的有多輪式平整度儀、響應式平整度儀、手推式斷面儀、激光斷面儀、超聲波斷面儀等等,這里就激光斷面儀作簡(jiǎn)單介紹: 
3.1 激光斷面儀 
激光斷面儀是與激光測距儀為基礎,把激光測距儀固定在車(chē)體上,測試時(shí)激光測距儀始終監測距路面高度,由于車(chē)體受路面平整度的影響,激光測距儀測出的距離并不能直接反映路面平整度,為此技術(shù)人員在車(chē)體上加裝了加速度傳感器,并對該加速度計輸出的加速度信號進(jìn)行積分處理。一次積分輸出速度信號、二次積分輸出位移信號,這樣就量化了車(chē)體受路面平整度影響產(chǎn)生的位移,用該信號同激光測距儀測出的信號進(jìn)行互差,消除車(chē)體的震動(dòng)位移采集到真實(shí)的路面斷面值。目前,澳大利亞ARRB公司研制的五激光斷面儀(簡(jiǎn)稱(chēng)5LP),該儀器測試速度為20-120km/h,擁有檢測速度快、效率高、測試精度高等優(yōu)點(diǎn)。該儀器五個(gè)激光探頭裝在測試車(chē)前的激光橫杠上,當測試車(chē)每移動(dòng)約50mm,儀器就對其每條輪跡線(xiàn)和中線(xiàn)進(jìn)行縱向路面形狀的測量,并將數據在事后處理成為國際平整度指數IRI值,同時(shí)計算輸出該車(chē)道的平整度值。因此,5LP對于高等級公路的檢測不僅快速高效,而且能準確反映路面每個(gè)車(chē)道、每個(gè)位置的平整度真實(shí)情況,為高等級公路的施工、竣工驗收、養護管理提供了科學(xué)依據。 


4 應用五激光斷面儀檢測路面平整度應注意的問(wèn)題
1) 路面清潔度對數據的影響。在路面檢測中,道路的表面清潔度對數據有著(zhù)一定的影響。例如道路表面有樹(shù)葉等垃圾或雜物,當測試車(chē)行駛經(jīng)過(guò)時(shí),測試結果就有可能反映的是樹(shù)葉表面的平整度值,而無(wú)法測得路面的真實(shí)數據。
2) 為確保測試結果的精確性,在測試過(guò)程中,應使測試車(chē)始終保持勻速狀態(tài)。根據五激光斷面儀的標定結果分析,該儀器在50~80km的時(shí)速下數據更精確,所以在檢測中,應維持正在測試的車(chē)道的暢通,減小車(chē)速的影響。 
3) 當檢測長(cháng)坡路段時(shí),應注意上下坡時(shí)數據的穩定性。對于五激光斷面儀,下坡測得的平整度值一般略大于上坡測試的結果。為此,檢測人員應掌握這個(gè)規律,以便在實(shí)際測試中的數據更為準確可靠。 
4) 測試車(chē)在不同的載重下對數據也存在一定影響,主要由于不同的載重會(huì )影響輪胎的氣壓等原因,造成測試車(chē)橫梁高度的變化,產(chǎn)生數據偏差。這就要求保證測試時(shí)車(chē)輛的荷載,一般僅由駕駛員和操作手兩人為宜。 
5) 在雨天或路面潮濕有水的情況下,不能進(jìn)行檢測。以五激光斷面儀為例,當路面有水時(shí),激光發(fā)射到地面后會(huì )產(chǎn)生散射,因此測得的數據就不準確。其它各類(lèi)儀器也普遍存在這個(gè)問(wèn)題。 
6) 在測試過(guò)程中,應合理的將測試距離進(jìn)行分段,根據主管部門(mén)或施工單位等的要求,可以按標段、不同管轄路段及公樁等進(jìn)行分段,以便在檢測報告中更好地反映出結果,滿(mǎn)足受檢部門(mén)的需要。 
5 平整度檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢   

公路是我們業(yè)內人的事業(yè),同時(shí)又是全社會(huì )的公益福利。我國高等級公路起步較晚。但建設速度之快,在本世紀初,骨架路網(wǎng)絡(luò )基本形成。因此,不單要對施工過(guò)程質(zhì)量控制進(jìn)行檢測,對交工驗收質(zhì)量評定檢測,而且要對公路的長(cháng)期服務(wù)進(jìn)行檢測評定。我國已開(kāi)展的路面管理系統(CPMS)就是一種科學(xué)的養護管理系統,CPMS系統內最基礎的數據就是平整度指標。正在進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究的GIS系統正是下一步公路信息向全社會(huì )開(kāi)放與服務(wù)的前期研究。由此可見(jiàn)公路路面檢測的重要性。從檢測設備來(lái)看,由于使用條件與使用目的的不同,所以使用的設備也不盡相同,三米直尺、五米直尺、水平儀等傳統的檢測方法在施工過(guò)程中仍然有一定的作用,例如對路面面層以下各結構層的檢測,方法簡(jiǎn)便易行,對業(yè)主、監理、施工單位來(lái)說(shuō),均不失為一種較好的方法。但近年來(lái)由于各種車(chē)載高效檢測設備擁有測試精度等級高,人為因素少,不用中斷交通等優(yōu)點(diǎn),這種方法正在為各省市的質(zhì)監部門(mén)所采用,高等級公路的平整度檢測事業(yè)也正朝著(zhù)精確、快速、高效的方向發(fā)展。

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