路面平整度檢測方法研究

徐永新,周 嚴(yán)

(江蘇安達(dá)工程咨詢監(jiān)理有限公司,江蘇 淮安 223000)

1 概 述

路面平整度是衡量高等級(jí)路面質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)。路面不平順,會(huì)增大行車阻力,并使車輛產(chǎn)生附加振動(dòng),直接影響行車的安全性、舒適性,附加振動(dòng)和不平整的路面所滯積的雨水,也將加速路面的破壞。國際平整度指數(shù)IRI作為道路平整度測量的標(biāo)準(zhǔn)尺度已被廣泛采用,它是以四分之一車在速度為80 km/h時(shí)的值定為IRI值,單位用m/km。IRI其實(shí)是一個(gè)無量綱的指數(shù),因?yàn)樗鼇碜杂谒姆种卉嚹M統(tǒng)計(jì)值,但習(xí)慣上用m/km表示。我國《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》規(guī)定要求采用連續(xù)式平整度儀量測路面的不平整度的標(biāo)準(zhǔn)差σ,以表示路面的平整度,以mm計(jì)。

目前,公路施工質(zhì)量控制與檢查驗(yàn)收中,廣泛采用的測試設(shè)備有傳統(tǒng)的3m直尺、連續(xù)式平整度儀和車載式顛簸累積儀。這些測試設(shè)備存在不足,如3m直尺檢測精度低、檢測效率低、代表性差且檢測時(shí)需低頭彎腰、工作量大;連續(xù)式平整度儀儀器的機(jī)械性能對(duì)數(shù)據(jù)的精度影響較大,測試速度對(duì)于實(shí)際行車速度較快的高等級(jí)公路的大面積檢測仍受限制;車載式顛簸累積儀時(shí)間穩(wěn)定性差、轉(zhuǎn)換性差、不能給出路面的真實(shí)斷面。

2 Dynatest 5051 RSP平整度測試車結(jié)構(gòu)組成及工作原理

Dynatest 5051 RSP道路激光平整度測試車是中國在20世紀(jì)90年代引進(jìn)的一種先進(jìn)設(shè)備,是目前世界上最先進(jìn)的路面平整度測試設(shè)備之一。它克服了目前使用的設(shè)備存在的一些缺點(diǎn),對(duì)高等級(jí)公路的快速發(fā)展和路面管理系統(tǒng)的不斷完善具有明顯的實(shí)際意義。

2.1 結(jié)構(gòu)組成

DYNATEST 5051RSP激光平整度測試車是丹麥在英國TRRL激光平整度儀基礎(chǔ)上研制生產(chǎn)的一種非接觸式平整度測試設(shè)備。測試車外形如圖1所示,主要結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。

系統(tǒng)處理器主要用于控制激光發(fā)生器,并收集由集光器傳送的電信號(hào),加以放大、轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理,得到路面與光平面的差值。激光器包括激光發(fā)生器和集光器,均安裝在測試車前端橫杠內(nèi),用于發(fā)射和收集激光束,確定光時(shí)差。距離傳感器用來測定測試車的行駛距離并傳送到系統(tǒng)處理器來控制激光器。便攜式電腦連接在系統(tǒng)處理器上,通過系統(tǒng)軟件控制整個(gè)測試過程,并用以存貯標(biāo)定參數(shù)及經(jīng)系統(tǒng)處理器處理、傳送的路面高程差,利用系統(tǒng)軟件計(jì)算需要的國際平整度指數(shù)IRI值。標(biāo)準(zhǔn)的測定速度規(guī)定為80 km/h,測定結(jié)果以m/km表示。

圖1 激光平整度測試車外形圖

圖2 測試車的主要結(jié)構(gòu)圖

2.2 測試車工作原理

DYNATEST 5051RSP道路激光平整度測試車是利用激光的光時(shí)差原理來測定路面的凹凸?fàn)顩r。其工作原理框圖如圖3所示。

使用RSP進(jìn)行測試前,要進(jìn)行標(biāo)定。全部標(biāo)定過程中都根據(jù)提供的軟件來完成,并將參數(shù)存貯到系統(tǒng)軟件中。經(jīng)標(biāo)定的測試車,啟動(dòng)系統(tǒng)處理器,通過便攜式電腦輸入各參數(shù) (如測段長、起始位置、數(shù)據(jù)收集模式等),測試系統(tǒng)處于待測狀態(tài)。測車從檢測路段前方約250 m位置開始行駛,作為預(yù)運(yùn)行,以某一恒定速度進(jìn)入測段后開始收集數(shù)據(jù),距離傳感器測定行駛距離,通過系統(tǒng)控制激光發(fā)生器以0.16 m間距發(fā)射激光束,經(jīng)路面反射后由集光器接收,該過程的光時(shí)差經(jīng)放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器及數(shù)字處理器得到路面與光平面的差值di(0.1 mm),輸出到便攜式電腦中貯存,再經(jīng)運(yùn)行系統(tǒng)自身的系統(tǒng)軟件處理可得到所需要間距段內(nèi)的國際平整度指標(biāo)IRI值 (m/km)。測試全過程均由程序自動(dòng)控制,具有操作簡便、測速高 (80 km/h以上)、測試精度高 (0.1 mm級(jí))、采集樣點(diǎn)密(0.16 m間距取樣)、代表性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),很適宜于高等級(jí)公路實(shí)際行車速度高、平整度要求高的特點(diǎn),對(duì)其大面積的快速質(zhì)量檢測評(píng)定具有實(shí)際意義。

圖3 測試車測試原理

3 平整度指標(biāo)間相關(guān)關(guān)系

3.1 數(shù)據(jù)擬合

為了進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn),選擇的測試路段應(yīng)滿足以下要求:

(1)標(biāo)定路段應(yīng)有代表性,能覆蓋路網(wǎng)內(nèi)平整度變化范圍;

(2)路段應(yīng)為直線 (或小曲率)和單坡;

(3)路段內(nèi)平整度均勻;

(4)盡量選交通少的路,以減少標(biāo)定時(shí)來往車輛的干擾;

(5)路段最小長度為200 m。

用激光平整度測試車和XLPY—E型連續(xù)式平整度儀 (簡稱八輪儀)同時(shí)測定路面的平整度,每100 m輸出一個(gè)結(jié)果。采用樣本統(tǒng)計(jì)均方差分析,使用±1σ來舍棄異常值。其檢測結(jié)果見表1。

對(duì)原始實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行線性、拋物線、指數(shù)曲線、冪指數(shù)曲線回歸分析,相關(guān)性較好的為直線,其擬合曲線見圖4,相關(guān)公式見式 (1)。

利用長期性能課題中許漯路的數(shù)據(jù),3m直尺平均最大間隙R和RSP測試車的國際平整度指數(shù)的相關(guān)關(guān)系見圖5。經(jīng)回歸分析,其結(jié)果關(guān)系式為:

表1 不同方法測定平整度檢測值

3.2 推薦結(jié)果

通過上述對(duì)試驗(yàn)段實(shí)測數(shù)據(jù)的回歸分析及平整度指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系的建立,建立了IRI、σ和R之間的換算關(guān)系。三指標(biāo)之間的換算關(guān)系匯總?cè)绫?所示。

圖4 平整度指標(biāo)間相關(guān)關(guān)系圖

圖5 3m直尺平均最大間隙R和RSP測試車測值IRI的對(duì)比

表2 平整度指標(biāo)之間的換算關(guān)系匯總表

根據(jù)表中所列的換算關(guān)系式,可以得出高速公路、一級(jí)公路瀝青路面平整度指標(biāo)IRI≤1.6,與規(guī)范規(guī)定值IRI≤2相一致。因此,各個(gè)平整度指標(biāo)間具有較好的相關(guān)關(guān)系,不同測試設(shè)備間可以相互比較來評(píng)價(jià)路面的平整度,而且激光平整度測試車能夠更為準(zhǔn)確地測試路面平整度。

3.3 激光平整度測試車和八輪儀工作效率對(duì)比

通過實(shí)際應(yīng)用,兩種測試儀器的工作效率對(duì)比如表3所示。

表3 工作效率對(duì)比結(jié)果

從表中所列的幾項(xiàng)工作效率的對(duì)比結(jié)果可以看出,Dynatest 5051 RSP不僅能夠很好地模擬路面實(shí)際使用狀況,而且能夠更為快速、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)路面平整度性能。所以,在我國的路面檢測技術(shù)中,應(yīng)發(fā)揮這種先進(jìn)的路面平整度檢測設(shè)備的優(yōu)勢,不斷發(fā)展和完善我國的路面管理系統(tǒng)。

4 結(jié) 語

通過上述的研究和檢測數(shù)據(jù)的對(duì)比分析,得出如下幾個(gè)結(jié)論:

(1)相關(guān)關(guān)系式根據(jù)高等級(jí)公路瀝青路面對(duì)比測試數(shù)據(jù)回歸得到,其他等級(jí)公路測試時(shí)應(yīng)進(jìn)一步修正公式。

(2)平整度測試速度對(duì)測試結(jié)果具有極大影響。因此,在對(duì)比測試中,應(yīng)根據(jù)實(shí)際測試條件,保持適宜的恒定測速,且采用相同測速下的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析;在應(yīng)用中也盡量采用相同測速測試。

(3)激光平整度測試車使用前的標(biāo)定對(duì)測定值的影響較大,應(yīng)對(duì)距離傳感器經(jīng)常標(biāo)定,對(duì)激光器定期標(biāo)定,以保證評(píng)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

(4)Dynatest 5051 RSP能很好地模擬實(shí)際使用狀況,快速、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)平整度性能。

[1]JTG E60-2008,公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程[S].

[2]李強(qiáng).路基路面檢測技術(shù)與質(zhì)量控制[D].西安:長安大學(xué),2002.

[3]曾凡奇.道路無損檢測技術(shù)[M].鄭州:河南人民出版社,2005.