自制松鋪層平整度儀與八輪儀的試驗結果分析

邵曉峰，汪飛田，王 睿，羅清云

（1．興安盟交通建設工程質量監(jiān)督局，內蒙古 烏蘭浩特 137400；2．長安大學 道路施工技術與裝備教育部重點實驗室，陜西 西安 710064）

0 引 言

平整度是路面施工質量評價及驗收的一個重要指標，它不僅反映了車輛行駛的舒適度，而且影響路面的使用壽命［1－2］。常用的測量路面平整度的儀器有八輪儀、顛簸累積儀、3m直尺等［3］。八輪儀、顛簸累積儀主要適用于測量攤鋪碾壓完成后的成型路面的平整度，對于攤鋪機攤鋪的松鋪層平整度無法測量［4－5］；3m 直尺雖然可以用于測量松鋪層平整度，但混合料溫度過高時直尺容易產生底面翹曲，影響平整度測定精度［6］?；谏鲜鲈颍疚淖灾餮兄朴糜跍y量松鋪層平整度的儀器。該儀器測量原理與八輪儀相似，數據采集方便，測量效率高，混合料溫度高時不產生翹曲變形。

目前，評價路面平整度的指標較多，如駕駛舒適度指數RQI、國際平整度指數IRI、平整度標準差σ、3m直尺測量的最大間隙等［7］。本文選用標準差σ作為檢測指標，對檢測結果進行對比分析，得出自制平整度儀的平整度檢測值與八輪儀平整度檢測值之間的關系，并分析其相關性。

1 平整度測量儀器

1．1 連續(xù)式八輪平整度儀

連續(xù)式八輪平整度儀（簡稱八輪儀）由一個3m長的機架、前后各4個行走輪（2個行走輪為一組，由桿件相連，桿件中點為機架鉸接點）、中間1個測定輪以及具有數據采集、處理、存儲、顯示功能的系統組成，如圖1所示［8］。機架可伸縮或折疊，機架中間測定輪能收起、放下；測定輪上裝有位移傳感器、距離傳感器，用于測量八輪儀行走距離和路面平整度［9－10］。當行走輪遇到凸起物時，對機架鉸接點的影響是凸起物高度的一半［11］。八輪儀每行走100mm測量1次路面縱向位移值，測量n次后，計算該區(qū)間的平整度標準差［12］。八輪儀自重較大，主要依靠牽引車拖行［13］。

圖1 八輪儀結構

1．2 自制平整度儀

自制平整度儀主要由3個1m長的可折疊鋁合金機架、前后各1個滑靴、中間1個測量靴以及具有數據采集、處理、存儲、顯示功能的系統組成，如圖2所示。自制平整度儀通過裝有位移傳感器的滑靴測量路面平整度，能自動采集、處理和顯示平整度測量值。自制平整度儀在測量平整度時，將安裝在折疊梁上的測量靴放置在松鋪層表面，利用位移傳感器自動采集測量靴在豎直方向的位移數據；通過安裝于攤鋪機行走輪上的距離傳感器測定行駛距離。每行走100mm測量1次路面縱向位移值，測量n次后，計算該區(qū)間的平整度標準差。

圖2 自制平整度儀結構

2 試驗數據采集與分析

2．1 試驗數據采集

試驗選取6段長度各為100m的典型路段，使用八輪儀和自制平整度測量儀在每個路段上進行等間隔（100mm）測量。檢測結果排序之后的對比數據如圖3所示。

2．2 試驗數據相關性分析

（1）線性相關性。對數據進行線性相關性分析，X為自制平整度儀平整度檢測值，Y為八輪儀平整度檢測值，相關系數r的計算公式［14］為

圖3 檢測結果

式中：N為檢測路段數；Xi為第i個檢測路段自制平整度儀的平整度檢測值（mm）；Yi為第i個檢測路段八輪儀的平整度檢測值（mm）；X－為自制平整度儀平整度檢測結果平均值（mm）；Y－為八輪儀平整度檢測結果平均值（mm）。

由式（1）得到相關系數r為0．93，表明二者有較強相關性，對X和Y進行線性回歸分析，如圖4所示，得到如下關系式。

式中：Y∧為八輪儀平整度檢測估計值（mm）。

圖4 線性擬合

（2）非線性相關性。對數據進行非線性相關性分析，兩自變量的非線性回歸曲線如圖5所示，得到兩者之間的關系見式（3），復相關系數計算公式見式（4）。

由式（4）得到復相關系數R為0．99，表明二者具有很強的相關性。

圖5 非線性擬合

3 結果分析

上述相關性分析結果表明，八輪儀平整度檢測值與自制平整度儀的平整度檢測值之間的線性相關系數r為0．93，八輪儀平整度檢測值與自制平整度儀平整度檢測值之間的非線性的復相關系數R為0．99，兩者具有很強相關性。由圖4可以看出，在平整度數據較小時兩者線性相關性較強，平整度數據較大時兩者線性相關性較弱。這主要是由于，八輪儀的行走裝置采用杠桿原理制作，降低了路面不平整對機架的影響，而自制平整度儀的行走裝置未采用杠桿原理制作，路面平整度不好時對機架的影響較大［15－16］。通常攤鋪機的攤鋪平整度較好（標準差可控制在0．8mm以內），而且八輪儀與自制平整度儀測量原理基本一致。因此，在路面平整度數據較小時，兩者測量數據之間應為線性關系（圖6），自制平整度儀的平整度檢測值可采用式（5）換算為八輪儀的平整度估計值。其相關系數為0．95，表明二者具有很強相關性。

圖6 線性擬合

4 結 語

常用的測量路面平整度的儀器有八輪儀、顛簸累積儀、3m直尺等，八輪儀、顛簸累積儀主要適用于測量成型路面平整度，無法測量攤鋪機攤鋪的松鋪層平整度；3m直尺雖然可以測量松鋪層平整度，但高溫瀝青混合料會使直尺底面產生翹曲，影響平整度測定精度。因此，基于八輪儀測量原理，自主研制了一種測量松鋪層平整度的儀器。

試驗結果表明，八輪儀平整度檢測值與自制平整度儀的平整度檢測值之間具有很強相關性，路面平整度數據越小兩者線性相關性越強，路面平整度數據越大兩者線性相關性越弱。當攤鋪機的攤鋪平整度較高（平整度標準差小于0．8mm）時，兩者檢測數據之間具有較強線性相關性，可通過線性擬合公式將自制平整度儀的平整度檢測值換算為八輪儀的平整度估計值。