瀝青路面檢測技術(shù)的應(yīng)用研究

付新新，劉雄，李明坤

（1.長沙理工大學(xué)，湖南 長沙 410114；2.廣西交通投資集團百色高速公路運營公司百隆分公司，廣西 百色 533000）

瀝青路面檢測技術(shù)的應(yīng)用研究

付新新1，劉雄1，李明坤2

（1.長沙理工大學(xué)，湖南 長沙 410114；2.廣西交通投資集團百色高速公路運營公司百隆分公司，廣西 百色 533000）

為了不減少建設(shè)過程中的資金損失，使路面得到科學(xué)養(yǎng)護，采用路面平整度和彎沉檢測技術(shù)對路面使用品質(zhì)進(jìn)行分析，再引出路面檢測新技術(shù)的應(yīng)用，評價了檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢，得出結(jié)論：路面快速檢測技術(shù)的是未來的發(fā)展方向。

路面檢測技術(shù)；平整度；結(jié)構(gòu)承載力；快速檢測技術(shù)

0 前 言

近年來，在交通荷載逐漸上升的影響下，路面使用性能大大降低，從而會產(chǎn)生了各種病害，如坑槽、開裂、車轍、表面功能不足等現(xiàn)象。由此可見，檢驗和控制工程質(zhì)量尤為重要。

我國公路路面檢測技術(shù)的發(fā)展相對于國外較為緩慢，早先主要以人工檢測為主，目前日漸趨于自動化模式。2007年以后［1］，國內(nèi)快速檢測產(chǎn)品開始大范圍使用。2014年，武大卓越激光動態(tài)彎沉測量系統(tǒng)（LDD）在國內(nèi)已經(jīng)有3臺套，在中南部等地區(qū)已推廣應(yīng)用。然而，國外檢測技術(shù)的發(fā)展速度相對較快，至今已擁有30多年的研究歷史?，F(xiàn)已開發(fā)研制了多種路面管理系統(tǒng)軟件［2，3］，如加拿大研制了自動化道路分析儀（ARAN車）。美國阿肯色大學(xué)的KelvinC.P.Wang教授等長期從事路面管理系統(tǒng)的研究和路面檢測技術(shù)的開發(fā)，研制了數(shù)字化路面數(shù)據(jù)采集車（DHDV），其技術(shù)水平居世界前列。

如今，檢測技術(shù)的水平仍需進(jìn)一步提高。本文先從路面平整度檢測和彎沉檢測兩方面分析現(xiàn)場試驗檢測技術(shù)，再介紹路面快速檢測新技術(shù)的應(yīng)用，并分析評價了檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢。

1 現(xiàn)場試驗檢測技術(shù)

瀝青路面面層主要質(zhì)量檢測項目包括平整度檢測、彎沉檢測、壓實度檢測、抗滑性能檢測以及厚度檢測等。本節(jié)主要對路面平整度和彎沉的檢測進(jìn)行分析。

1.1 平整度檢測

1.1.1 檢測設(shè)備

路面平整度是影響行駛質(zhì)量指數(shù)（RQI）的主要因素。平整度的測試設(shè)備分為斷面類及反應(yīng)類，斷面類指測定路面表面的凹凸情況，常用設(shè)備有3m直尺、連續(xù)式平整度儀、激光斷面儀等；反應(yīng)類指測定路面凹凸引起車輛振動的顛簸情況，所用設(shè)備通常有車載式顛簸累積儀、縱斷面分析儀等。

為了在理論及應(yīng)用上統(tǒng)一平整度檢測的客觀尺度，1982年，世界銀行在巴西通過進(jìn)行大規(guī)模的平整度檢測技術(shù)對比實驗，確立了國際平整度指數(shù)（IRI）為平整度評價的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。同時，也為在之后的數(shù)據(jù)處理中，通過標(biāo)定試驗得出IRI與標(biāo)準(zhǔn)差和IRI與單項累積值（VBI）之間的關(guān)系提供了便利。

1.1.2 檢測方法評價

上述設(shè)備都是基于高等級公路檢測狀況研發(fā)設(shè)計的，幾乎都假設(shè)在高速、勻速情況下進(jìn)行連續(xù)檢測，隨著交通日益繁忙擁堵，在檢測過程中出現(xiàn)非勻速的情況將是普遍現(xiàn)象。

在行駛質(zhì)量指數(shù)（RQI）中，路面不平整［4］的概念僅局限于沿行車輪跡帶的縱向不平整，忽略了橫向不平整，故 RQI不能客觀地反映路面實際的平整情況。目前，可采用新的路面行駛質(zhì)量評價指標(biāo)行駛舒適指數(shù)（RCI）來表征路面的行駛質(zhì)量，這樣可以利用路面二維面域上的所有變形來代替原有沿輪跡帶的縱向變形。

1.2 彎沉檢測

1.2.1 檢測設(shè)備

路面的結(jié)構(gòu)承載能力可以由在路表測試的回彈彎沉值表示。近年來，國內(nèi)外快速彎沉技術(shù)日趨成熟。我國也研制了相應(yīng)的激光動態(tài)彎沉測量系統(tǒng)。常見的檢測設(shè)備有：貝克曼彎沉儀、自動彎沉儀、落錘式彎沉儀（FWD）等。

貝克曼彎沉儀法測試速度慢，測試結(jié)果人為因素的影響也較大；自動彎沉儀法可在路面連續(xù)地進(jìn)行快速高密集點的強度量測，每天約可測2000個點；FWD是為了模擬汽車快速行駛的實際情況而研制的，是目前較為廣泛的彎沉檢測設(shè)備。其中，貝克曼梁在我國已作為路面設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)方法和基本參數(shù)，其他測量方法的測量結(jié)果需要換算成靜態(tài)回彈彎沉。

1.2.2 檢測方法評價

數(shù)據(jù)采集方法所采集到的路面回彈彎沉是一種試驗性的模擬值，而并非實際行車荷載下的真實彎沉值，給研究和實踐帶來了不便。同時，現(xiàn)有各類數(shù)據(jù)采集方法效率比較低，都是以一定的間距取離散點進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，且采集過程對交通的干擾比較大，往往只能在夜間進(jìn)行。因此，這些數(shù)據(jù)采集方法上的局限性也都有待進(jìn)一步的改進(jìn)。

目前，滾輪式彎沉儀（RWD）的出現(xiàn)可以使用路面在實際行車荷載下的真實彎沉值代替原有回彈彎沉值來對路面結(jié)構(gòu)承載能力進(jìn)行評價。

2 路面快速檢測技術(shù)

2.1 激光斷面儀

其主要組成裝備有激光傳感器、加速度計、陀螺儀，并且具有先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。激光單元由一個測頭和A/D轉(zhuǎn)換器組成［5］，轉(zhuǎn)換器將來自測試頭的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)值輸出信號。對于激光傳感器的測量光路而言，發(fā)射與接收之間的夾角隨測量高度的不同而變化。測量時，來自激光器、慣性單元和里程計的信號被存儲在計算機里，實時信息在屏幕上顯示。所得數(shù)據(jù)被處理后，多個路面特征可以求出。

激光路面斷面測試儀［6，7］是一種與路面無接觸的測量儀器，在90km/h的測量速度下，所有的路面變量被同步測量。測量的路面內(nèi)容有：路面平整度、車轍、裂紋等。

2.2 滾輪式彎沉儀

繼FWD研制成功后，測速約為90km/h的滾輪式彎沉儀（RWD）誕生，它采用高頻激光掃描，可以連續(xù)地記錄行駛中的測試車在路表產(chǎn)生的彎沉，精度適合于路網(wǎng)普查。它所記錄的是真實受力狀態(tài)而非模擬荷載下的彎沉。因此使用RWD受交通影響的因素小，在彎沉檢測方面，是相對理想的設(shè)備。

同時，德克薩斯大學(xué)開發(fā)的滾動動力彎沉儀（RDD）的加載原理與RWD類似，可實現(xiàn)連續(xù)測量，并且信息量大，同時它采用滾動式彎沉傳感器進(jìn)行測量，可以提供路表破損攝像。但由于它的測速約為2.5km/h，很少有用戶使用該儀器。

2.3 三維激光技術(shù)

隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，二維成像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用，對于在三維高程的基礎(chǔ)上檢測路面裂縫，三維（3D）激光技術(shù)［8］可以采集高分辨率三維連續(xù)橫向路面輪廓。

許多三維數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都是在三角原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。在此系統(tǒng)中，CCD相機或CMOS傳感器被安置在相對于投影儀為已知距離和斜角度（θ）的地方。CCD相機采集圖像的結(jié)構(gòu)光，然后對路面的激光線變形進(jìn)行了分析，從圖像中提取出沿x軸（對象寬度）的曲線，得到在圖像上曲線的行列信息。三維系統(tǒng)通常與一個編碼器，使該系統(tǒng)獲得的y軸位置（即駕駛方向）。因此，物體表面的一個完整的三維點集就可以獲得。三維系統(tǒng)可以提供深度和強度信息。在發(fā)射光和CCD相機視野范圍的交叉口可定義為三維系統(tǒng)的測量范圍。

初步試驗表明：三維激光系統(tǒng)可以在受控的實驗室環(huán)境下有效地檢測≥2mm寬的路面裂縫，并且可以實現(xiàn)在不同的照明條件下檢測裂縫，取得一致的結(jié)果。

3 檢測技術(shù)發(fā)展趨勢

就目前狀況而言，我國檢測技術(shù)模式基本已經(jīng)由人工化轉(zhuǎn)向自動化，低速轉(zhuǎn)向快速。路面平整度檢測和路面彎沉檢測的技術(shù)和設(shè)備已相對成熟，我國應(yīng)在國內(nèi)外已有的成果之上，從快速檢測設(shè)備、技術(shù)、相應(yīng)的激光傳感器等方面深入地開展快速檢測的研究，這將促進(jìn)我國檢測技術(shù)的發(fā)展和實施，也有利于提升我國道路的養(yǎng)護技術(shù)水平。

三維相機還存在一定使用局限，國內(nèi)還沒有推廣使用，但國外已開始將其應(yīng)用于隧道、公路、軌道檢測工程中，相信隨著三維相機技術(shù)的發(fā)展，三維測量是未來道路檢測發(fā)展的主要方向。

4 結(jié) 語

①用3m直尺和連續(xù)式平整度儀檢測路面平整度是比較傳統(tǒng)的方法，但它們的測速都較為偏低。顛簸累積儀在國內(nèi)外的應(yīng)用最為廣泛，但存在時間一空間穩(wěn)定性差等缺點。激光斷面儀則是目前最為先進(jìn)的平整度檢測設(shè)備，而且還可以同時進(jìn)行路面車轍、裂紋等檢測。

②在路面結(jié)構(gòu)承載力的檢測設(shè)備中，F(xiàn)WD是較為理想的設(shè)備，但只能模擬行車荷載作用；RWD可以反映路面真實受力狀態(tài)，代表了彎沉檢測設(shè)備的發(fā)展方向。

③路面平整度檢測和路面彎沉檢測的技術(shù)和設(shè)備已相對成熟，我國應(yīng)在國內(nèi)外已有的成果之上，從快速檢測設(shè)備、技術(shù)、相應(yīng)的激光傳感器等方面深入地開展快速檢測的研究。

④路面快速檢測技術(shù)的總體發(fā)展趨勢是：應(yīng)用自動化、高精度檢測設(shè)備，對路面進(jìn)行高效連續(xù)檢測和實時監(jiān)控，數(shù)據(jù)存儲和處理實現(xiàn)智能化。

［1］張德津，李清泉.公路路面快速檢測技術(shù)發(fā)展綜述［J］.測繪地理信息，2015（1）：1-8.

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［3］Katicha S W，F(xiàn)lintsch G W，F(xiàn)erne B.Estimation of Pavement TSD Slope Measurements Repeatability from a Single Measurement Series［J］.Transportation Research Board 91st Annual Meeting，Washington D C，USA，2012.

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［6］李強，潘玉利.路面快速檢測技術(shù)與設(shè)備研究進(jìn)展及分析［J］.公路交通科技，2005（9）：35-39.

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U416.217

A

1007-7359（2016）02-0113-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.039

付新新（1989-），女，安徽宿州人，長沙理工大學(xué)在讀碩士，研究方向：道路與鐵道工程。