激光平整度儀在公路工程平整度試驗檢測中的應用

王建偉

摘要：在公路工程中，公路路面的平整度是一項非常重要的參數，直接影響著行車安全及舒適度，是路面評價及路面施工驗收中的一個重要指標。加強公路路面的平整度檢測工作不僅能高提路面工程質量還可以為決策者提供重要的數據信息，為將來公路路面的維護保養(yǎng)以及返修提供非常必要的優(yōu)化決策信息。因此重點研究路面平整度的檢測方法可以有效提高公路路面質量，其中激光平整度檢測系統(tǒng)是檢測公路平整度的一種高效、高質的重要方法。本文將重點論述基于激光平整度儀的車載激光平整度檢測系統(tǒng)，分析該系統(tǒng)工作原理并結合工程案例詳細闡述了激光平整度檢測系統(tǒng)在公路路面施工中的應用及應用效果。

Abstract： in highway engineering， the smoothness of the road surface is a very important parameter， which directly affects the safety and comfort of the road. To strengthen the work of highway pavement roughness testing can not only raise the quality of pavement engineering but also provide important data for decision makers， for the future of highway pavement maintenance and repair to provide necessary information to optimize decision. Therefore， the study of road surface roughness detection method can effectively improve the quality of highway pavement， and the laser flatness detection system is an important method to detect the road roughness. This paper focuses on the vehicle laser flatness meter based on flatness detection system， analyzing the working principle of the system and combined with the engineering case describes the application of laser flatness detection system in highway pavement construction and its application.

關鍵詞：路面平整度；重要指標；激光平整度檢測系統(tǒng)

Key words： pavement roughness；important index；laser flatness measurement system

中圖分類號：U416.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）11-0145-02

0 引言

隨著我國交通運輸的飛速發(fā)展，尤其是許多高級公路的發(fā)展，對公路的平整度要求也隨之提高。公路的平整度直接影響著人們對于公路本身舒適程度、安全性能、便捷性的評價，路面的平整度也和公路的使用壽命緊密相關。隨著公路施工技術的發(fā)展，對道路平整度的檢測技術也有了明顯得到了提高，然而由于傳統(tǒng)的公路平整度測量方法測試精度低，測試速度慢、不適用于在已有較多坑槽、破損嚴重的路面上測定、需要大量低頭彎腰的工作、需要大量人力、測量成本高等缺點，因而傳統(tǒng)測量方式的應用逐漸減少。而激光平整度檢測系統(tǒng)以期對路面平整度的檢測速度快、穩(wěn)定、精度高等優(yōu)點廣泛應用于公路路面平整度的檢測工程中。本文主要從激光平整度檢測系統(tǒng)在高速公路瀝青路面平整度檢測中的應用做出進一步分析。

1 公路路面平整度檢測的重要性

路面平整度是公路施工驗收的重要指標之一，它反映出路面的縱斷面曲線的平整性，當曲線相對平滑時反映出路面相對平整，而當曲非常曲折時則表示路面比較崎嶇。路面平整度關系到行車安全、平穩(wěn)度以及地面沖擊力，如果公路不平等會大大增加路表的阻力，影響行車，使得車輛振動較大造成對汽車的損耗。振動還會對汽車產生很大的沖擊力，加劇路面和汽車輪胎之間的摩擦，增加油耗。另外，一旦路面不平整，就會產生積水，增加行車的危險系數。影響路面平整度的因素是多種多樣的，它包括設計、施工以及自然環(huán)境因素等，優(yōu)質的路面在設計中充分考慮了施工環(huán)境，應用先進的檢測系統(tǒng)和技術對路面進行了細致精密的檢測。影響瀝青混凝路面平整度的因素主要是不均勻的沉降、攤鋪工藝、下層設計等。路面的平整度直接反映了車輛行駛過程中的舒適程度和穩(wěn)定性以及公路的使用壽命。路面平整程度為后期的維修保養(yǎng)及返修提供了一定的依據，是進行路面施工的重要客觀指標。

2 激光平整度檢測系統(tǒng)原理及優(yōu)勢

激光平整度檢測系統(tǒng)是一種基于激光技術，采用激傳感器和距離傳感器組合而成的路面縱斷面檢測系統(tǒng)。激光平整檢測系統(tǒng)通過激光傳感器測量車輛距離路面的高度，通過行程過程得到最終的路面縱向斷面情況，最終計算路面的縱向平整程度。傳感器是記錄汽車在行駛中產生的振動的設備，通過加速傳感器記錄的數據的兩次積分來扣除，慣性傳感器可以將水平、縱向得出的數據經過專業(yè)軟件分析輸出最終的評價指標，例如國際平整度指標、平整度標準差、觀測打分值等。

2.1 檢測原理

如圖1所示，在一標準剛性梁上，分別安裝了5個激光位移傳感器1、2、3、4、5（為了分析方便，傳感器2、4用虛線表示），其中傳感器2和4以3為中點，間隔2δ，傳感器1和5以3為中點，間隔2Nδ（N>2），由此形成了步長分別為δ和Nδ的小步長和大步長雙對稱系統(tǒng)。X軸是測量過程中的標高基準線，在整個行駛測量過程中，該坐標系一直保持不變。

2.2 激光平整度檢測系統(tǒng)優(yōu)勢

利用激光平整檢測系統(tǒng)相比其他的檢測系統(tǒng)具有檢測速度快的優(yōu)勢，其檢測速度可以達到傳統(tǒng)檢測方法的幾倍乃至幾十倍，它能夠迅速就路面的平整度情況得出檢測結果，改變了傳統(tǒng)檢測模式耗時長的缺陷。其次，激光平整度檢測還大大提高了路面檢測的準確性和精準度，通過實際數據我們可以看到，激光檢測系統(tǒng)講檢測精度提高到了0.1mm，采集間距縮短到了0.13mm，檢測車速也能達到80公里每小時。激光平整度檢測系統(tǒng)能夠在規(guī)模較大的路面中進行快速的檢測，比如高速公路、城市道路、機場跑道路面檢測等。檢測后可以直接輸出檢測數據和數值，例如IRI值、行駛質量指數、縱斷面參數、坡度值等。通過激光檢測很大的減少了傳統(tǒng)人為操作的誤差，實現了檢測系統(tǒng)的自動化和計算機化操作，更好的保證了地面監(jiān)測的準確性和檢測精度。激光平整度檢測系統(tǒng)不僅僅適用于檢測路面的平整度，還可以檢測路面的紋理以及車轍深度等。

3 激光平整度檢測系統(tǒng)的可靠性分析

3.1 速度影響性試驗：速度影響性試驗是指在激光平整度檢測系統(tǒng)中檢測結果是否會受到汽車行駛速度的影響。因此在速度影響性試驗中選擇一段路程進行兩次平等試驗，然后測量速度影響系數，測量的得出的結果小于5%則說明激光平整度檢測系統(tǒng)受車速的影響是極小的，甚至是不受影響的，因此激光平整度試驗是不受車速影響的。

3.2 重復性試驗：重復性試驗是對激光檢測結果穩(wěn)定性和準確性的檢測，重復性試驗中對同一段路面情況進行了檢測，以固定的車速進行若干次平整度檢測，平整度檢測所得出的結果通過傳感器傳到計算機中，對其進行重復試驗，最終比較幾次檢測的結果是否相同，即計算出變異系數，變異系數在5%以內則說明激光檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性比較好，幾次檢測的結果相差極小或者幾乎不差，這又從另一個角度說明了激光平穩(wěn)度檢測系統(tǒng)的準確度較高。

3.3 相關性試驗：相關性試驗和重復性試驗由相似的地方，它重在強調系統(tǒng)檢測的準確性，采用其他系統(tǒng)檢測方法對激光平整度檢測系統(tǒng)所檢測出的結果進行對比分析，確定該種方法的檢測是否切實可行。在試驗中選擇了某一段路面，采用標準儀器和激光路面平整度系統(tǒng)對這段路進行對比檢測。激光檢測的結果和標準儀器檢測結果的相關系數大于等于98%，這說明了激光平整度檢測系統(tǒng)的相關性好，得到的檢測結果較為精確。

4 應用案例

河南許昌某項目公路瀝青路面的其中一個路段，全長約300m，設計車速大約為每小時100km。在該次路段測試過程中，采用的是精密水準儀、激光平整度檢測設備，對其進行分別檢測。第一，先利用目視法在該300m路段上確定8個路段。第二，利用精密水準儀在300m的路段上每隔250mm測出縱斷面高程，然后運用程序計算路面的國際平整度指數。最后，采用激光平整度檢測系統(tǒng)在300m的路段上每隔247mm進行測試，然后取先后3次測試的平均值作為測試結果，試驗結果見圖2。為激光路面平整度檢測系統(tǒng)和精密水準儀對同一段路面檢測得到的路面相對縱斷面曲線，如圖3所示。

從圖3可以看到，上述兩種儀器的測量結果非常的吻合，坑洼、凸起也比較對應，曲線局部位置的差別主要是因為該兩種方法采樣間隔不同步造成的，其中精密水準儀每隔250mm采一個點，而激光平整度檢測系統(tǒng)運行過程中，則每隔247mm就會采5個點，然后取其平均值。

經回歸分析可知，激光檢測結果[IRIc]和精密水準檢測[IRIs]之間存在以下關系

[IRIs]=0.97[IRIc]+0.09

兩者之間的相關系數為0.99，相對誤差不超過4%，測試結果達到了世界銀行組織規(guī)定的一類平整度檢測儀器標準。

5 結束語

綜上所述，激光平整度檢測系統(tǒng)應用于瀝青公路，具有速度快、精確度高、穩(wěn)定性強的優(yōu)勢，這是對我國傳統(tǒng)檢測方法的又一突破。從上文中展示的幾個試驗可以看出激光平整度檢測系統(tǒng)的可靠性高，適用于我國目前的公路施工和建設，通過平整度檢測可以實現對公路質量進行把握，實現對瀝青公路的后期維護，延長公路的使用壽命。

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