路面檢測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

李德寶

（哈爾濱龍江公路勘察設(shè)計院）

1 路面平整度檢測技術(shù)

1.1 3m直尺

此方法用于測定壓實成型的路面各層表面的平整度,以評定路面的施工質(zhì)量和使用質(zhì)量。但該方法比較落后,測量效率低下,現(xiàn)已用得較少。測試時把3 m直尺輕放于路面上,將畫圖儀移至其一端,用手將畫圖儀推向另一端。在這個過程中由于路面的凹凸不平,畫圖儀下面的測輪帶動畫針上下運動,同時滾筒輪在輸力輪的帶動下旋轉(zhuǎn),并帶動紙帶移動,兩個運動的合成便使畫針在紙帶上畫下了路面的幾何量,并由此求得路面平整度數(shù)值。

1.2 連續(xù)式平整度儀

該方法適用于測定路表面的平整度,評定路面的施工質(zhì)量和使用質(zhì)量,但不適用于在已有較多坑槽、破壞嚴(yán)重的路面上測定。采用該類測定儀靈活性較大,既可人拖,也可車?yán)?但測試效率較低（檢測速度≤12 km/h）。測量時由人或車?yán)瓌釉搩x器前進(jìn),由于路面不平引起測量小輪上下擺動,并帶動位移傳感器的測桿在傳感器的小孔槽里上下滑動。這樣就可以根據(jù)傳感器輸出的電位的正負(fù)及其大小來確定路面平整度。

1.3 激光路面平整度測定儀

該類測定儀是一種與路面無接觸的測量儀器,測試速度快,精度高。同時還可以進(jìn)行路面縱斷面、橫坡、車轍等測量,因此該測定儀有著廣闊的應(yīng)用前景。激光路面平整度測定儀是一臺裝備有激光傳感器、加速度計和陀螺儀的測定車,它同時具有先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。工作時,測試車以一定的速度在路面上行使,固定在汽車底盤上的一排激光傳感器通過測試激光束反射回讀數(shù)器的角度來測試路面,這個距離信號同測試車上裝的加速度計信號進(jìn)行互差,消除測試車自身的顛簸,輸出路面真實斷面信號。信號處理系統(tǒng)將來自激光傳感器的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并記錄下來。隨著汽車的行進(jìn),每隔一定間距采集一次數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)分析系統(tǒng),可顯示打印國際平整度指數(shù)等平整度檢測結(jié)果。

1.4 車載式顛簸累積儀

車載式顛簸累積儀測定路面平整度速度快,價格低廉,操作簡便?？捎闷錂z測的結(jié)果評定路面的施工質(zhì)量和使用期的舒適性。測定時測試車以一定的速度在路面上行使,路的凹凸不平引起汽車的激振,通過機(jī)械傳感器可測量后軸同車廂之間的單向位移累積值VBI,以 cm/km計。VBI越大,說明路面平整度越差。

2 路面彎沉檢測新技術(shù)

2.1 激光彎沉測定儀法

這種彎沉儀操作簡易、精度高、讀數(shù)穩(wěn)定、體積小、質(zhì)量輕、造價低且容易研制,另外,由于該測定儀依靠光線作為臂長,可以射得很遠(yuǎn)。加上激光發(fā)射角窄,光點小而紅亮,10m之遠(yuǎn)仍能清晰可見,可用于剛性路面彎沉檢測。在測定時,將測定儀固定在路面上汽車的后輪隙中,利用汽車駛離被測點時路面回彈,帶動原固定于地面上的硅光電池測頭向上升起,使激光器發(fā)出的激光束射到硅光電池上產(chǎn)生光電流。并根據(jù)光電流的大小來計算路面回彈變形的數(shù)值,即路面回彈彎沉值。

2.2 自動彎沉測定儀法

整個測定是在測定車連續(xù)行駛的情況下進(jìn)行的。它可對路面進(jìn)行高密集點的強(qiáng)度測量,適用于路面施工質(zhì)量控制、驗收和路面養(yǎng)護(hù)管理。該測定儀在檢測路段上在牽引車的作用下以一定的速度行駛,將測定儀的彎沉測定梁放在車輛底盤的前端并支于地面保持不動,當(dāng)后軸雙輪隙通過測頭時,彎沉通過位移傳感器等裝置被自動記錄下來。這時,測定梁被拖動,以二倍的牽引車速度拖到下一測點,周而復(fù)始地向前連續(xù)測定,然后通過計算機(jī)輸出路段彎沉檢測統(tǒng)計結(jié)果。

2.3 落錘式彎沉儀（FWD）法

落錘式彎沉儀（FWD）是脈沖式動力彎沉儀的典型代表,是一種很理想的動態(tài)無損檢測設(shè)備。其技術(shù)特點主要表現(xiàn)在測速快,精度高。檢測最大速度可達(dá)80 km/h,內(nèi)置式落錘彎沉儀的牽引速度可大于100 km/h。此設(shè)備較好地模擬了實際行車荷載對路面的動力作用,已被許多國家廣泛地應(yīng)用到路面檢測和評價中。FWD是通過計算機(jī)控制下的液壓系統(tǒng)啟動的落錘裝置,使一定質(zhì)量的重錘從一定高度自由落下,沖擊力作用于承載板上并傳到路面,導(dǎo)致路面產(chǎn)生彎沉。通過距測點不同距離的傳感器檢測結(jié)構(gòu)層表面的變形,記錄系統(tǒng)將信號輸入計算機(jī)。

3 瀝青路面損壞狀況檢測新技術(shù)

3.1 攝像測量法

路面破損快速檢測技術(shù)主要是應(yīng)用攝像技術(shù)對路面的破損狀況進(jìn)行動態(tài)、實時獲取,然后采用圖像處理技術(shù)對獲得的路面圖像進(jìn)行處理,定量分析路面破損狀況,如裂縫等。這使在風(fēng)吹日曬環(huán)境下的現(xiàn)場損壞測量工作轉(zhuǎn)為室內(nèi)對膠片的處理,并借助計算機(jī)進(jìn)行人工判讀和數(shù)據(jù)記錄。該方法先進(jìn)性高,成本低,會成為今后一段時間內(nèi)的路面損壞檢測的主要手段。

3.2 探地雷達(dá)

探地雷達(dá)可以檢測瀝青路面厚度,路面脫空、裂縫、陷落、空洞等病害。其檢測速度可達(dá)80 km/h以上,最大探測深度大于60 cm。裝有探地雷達(dá)的車在路上以一定的速度行駛時,探地雷達(dá)發(fā)射電磁脈沖,并在較短時間內(nèi)穿透路面,脈沖反射波被無線接收機(jī)接收,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄路面結(jié)構(gòu)中的不連續(xù)電介質(zhì)常數(shù)的突變情況,根據(jù)測知的各種路面材料的電介質(zhì)常數(shù)及波速,可計算出路面各結(jié)構(gòu)層的厚度或給出含水量、損壞位置等數(shù)據(jù)。

4 路面抗滑能力檢測技術(shù)

抗滑能力主要是指路面摩擦系數(shù)。路面抗滑性能包括縱向和橫向兩個方面,縱向抗滑性能決定車輛在剎車時的滑行距離,對避免追尾交通事故的發(fā)生有直接的決定作用；橫向抗滑性能決定車輛的方向控制能力,對車輛彎道行駛安全性較為重要。在檢測方法上主要有早期英國的擺式摩擦儀（靜態(tài)、單點檢測）和現(xiàn)今制動測距（動態(tài)、連續(xù)檢測）的方法。動態(tài)連續(xù)式檢測已成為當(dāng)今國際上的主流,但在制造上有較大的難度。國際上檢測手段較發(fā)達(dá)的國家有瑞典和美國等。另一種新的檢測方法是測定檢測車全剎車時的最大減速度,一些研究成果表明,此最大減速度與路面摩擦系數(shù)有較好的相關(guān)性。近幾年國際上有一些研究采用高分辨率的激光距離傳感器檢測路面的微觀特征,并研究其綜合定量指標(biāo)與路面摩擦系數(shù)的相關(guān)性。若這一種新的方法得以認(rèn)可,路面摩擦系數(shù)的快速檢測將變得更有效和低價。

我國目前廣泛采用的主要檢測設(shè)備為橫向力系數(shù)測試儀。該設(shè)備的基本原理是,設(shè)定試驗輪與行車方向成一定角度,橫向力與試驗輪對路面荷載的比值即為橫向力系數(shù),反映車輛在路面上側(cè)滑的危險性,正常測速約50 km/h,剎車式摩擦系數(shù)測試儀是在行駛的過程中,每間隔指定的距離自動對測試輪剎車,剎車期間測試輪在路面上滑動。根據(jù)傳感器所記錄的力,即可計算制動力系數(shù)。該設(shè)備在美國是抗滑能力測試標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之一,測試速度最高可以達(dá)到110 km/h。

5 路面車轍檢測

車轍是指沿道路縱向在車輛集中位置處路面產(chǎn)生的帶狀凹槽。由于交通量的增長、車輛渠化交通、持續(xù)高溫等因素的綜合影響,車轍已經(jīng)成為我國瀝青路面早期破壞中常見的一種路面病害。

路面車轍檢測技術(shù)早期主要采用3m直尺方法,目前在國際上已發(fā)展到較為完善的程度。美國ICC公司、South Dakota DOT、澳大利亞ARRB等均能生產(chǎn)快速可靠的車載式車轍自動檢測儀。這類儀器可進(jìn)行高速、連續(xù)的檢測,具有可靠性高、操作安全、不影響車輛的正常通行等優(yōu)點,在國外已得到廣泛應(yīng)用。這類儀器主要是采用光學(xué)傳感器（包括激光和紅外傳感器）及超聲波傳感器進(jìn)行測量,每種傳感器均有一定的適用范圍,未來的研究將根據(jù)不同需求研究選用合適的傳感器,以期達(dá)到更好的應(yīng)用效果和更高的經(jīng)濟(jì)性。如激光傳感器要求路面不具有較強(qiáng)的陽光照射度,而紅外傳感器對色彩較敏感,超聲波傳感器則對汽車產(chǎn)生的噪音較敏感。然而我國在路面車轍檢測方面主要停留在人工檢測階段,對車轍的檢測局限于對典型斷面的檢測。這種檢測對典型斷面的選取隨意性大,受主觀因素影響多,由于手段落后、速度慢,危險性極大。目前哈爾濱工業(yè)大學(xué)進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)備和算法方面的研究,取得了階段性的成果。

近幾年來,一種新的激光車轍掃描測試系統(tǒng)已經(jīng)開始研發(fā)并有樣機(jī)問世,該系統(tǒng)包含兩個斷面激光掃描器,能采集1 280個點的數(shù)據(jù),取樣率為25斷面/s,在工程應(yīng)用上能更加真實地反映路面車轍的實際情況。系統(tǒng)不受溫度、濕度、路面顏色和平整度的影響,雨天也可測試。此外,激光車轍掃描測試系統(tǒng)具有很高的重復(fù)性以及精確度,測試高度的精確度為±1mm。預(yù)計此類產(chǎn)品將成為未來的發(fā)展趨勢。

6 結(jié)語

近年來,隨著計算機(jī)技術(shù)、自動化控制技術(shù)、高精度測微技術(shù)的進(jìn)步,道路檢測技術(shù)由人工檢測向自動化檢測技術(shù)發(fā)展,由破損類檢測向無損檢測技術(shù)發(fā)展,由低速度、低精度向高速度、高精度發(fā)展。

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