基于路面跳車檢測技術(shù)的研究

李中杰

（中國葛洲壩集團勘測設(shè)計有限公司，湖北 宜昌443002）

1 引言

路面跳車是由路面異常突起或沉陷等損壞引起的車輛突然顛簸。路面跳車影響因素包括水泥混凝土路面的錯臺，瀝青路面的坑槽、擁包、沉陷、波浪，井蓋凸起或者沉陷，路面與橋隧構(gòu)造物異常連接引起的跳車。

2 路面跳車產(chǎn)生原因

路面跳車產(chǎn)生的因素具有多樣性，主要原因是剛性橋涵等結(jié)構(gòu)物與柔性路堤之間存在剛度差異，致使路橋過渡段在行車荷載的反復(fù)作用下，連接處兩邊發(fā)生了不均勻沉降，較大的沉降差形成臺階，從而引發(fā)路面跳車病害。

2.1 橋臺等結(jié)構(gòu)物和臺背路基的沉降差

橋臺、涵洞等結(jié)構(gòu)物與其回填的臺背路基在公路總體成型后，由于受到自身重力或者車輛荷載作用，均要產(chǎn)生不同程度的沉降或豎向壓縮變形。由于兩者之間的沉降差異會在行車方向產(chǎn)生縱向高差，從而導(dǎo)致路面跳車，這是路面跳車產(chǎn)生的重要方面。

2.2 不同類型填筑材料路基的沉降差

在路基填筑過程中，對于長年積水或受地表、地下水浸泡而形成淤泥質(zhì)的地基，會造成地基土天然含水量高，孔隙比大、壓縮性高、強度低，滲透系數(shù)小，地基沉降更為嚴(yán)重，而且需要相當(dāng)長的時間才能趨于穩(wěn)定?，F(xiàn)場施工控制不到位或者換填不完全會造成路基長時間穩(wěn)定過程，與正常路基形成沉降差。

3 路面跳車檢測

3.1 檢測原理

路面跳車檢測基于激光測距原理，數(shù)據(jù)采集通過一種非接觸式斷面類距離測試設(shè)備。

測試系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)處理器、激光器、距離傳感器和計算機系統(tǒng)。通過激光傳感器、加速度傳感器和距離傳感器，分別測量激光傳感器到斷面的垂向距離、激光傳感器的垂向加速度和沿斷面縱向行駛的距離，然后用下面的公式可計算得到斷面的高程（20世紀(jì)60年代由美國通用汽車公司的Elson Spangler 和William Kelly 提出，仍然是目前國際上主要慣性斷面類測量儀測量斷面的理論基礎(chǔ)），再計算出路面跳車指數(shù)。

式中：x——斷面的縱向距離；

Z（x）——斷面高程；

H（x）——激光傳感器到斷面的垂向距離；

At（x）——激光傳感器的垂向加速度；

V2——沿斷面縱向行駛速度的平方。

3.2 檢測方法

3.2.1 準(zhǔn)備工作

①安裝設(shè)備，根據(jù)設(shè)備操作說明對測試系統(tǒng)傳感器進行校準(zhǔn)。②檢查測試系統(tǒng)各部分應(yīng)符合測試要求，不應(yīng)有明顯的可視性破損。③打開系統(tǒng)電源，啟動控制程序，檢查各部分工作狀態(tài)。

3.2.2 測試步驟

①測試開始前讓測試車以測試速度行駛5～10km，對設(shè)備進行預(yù)熱。②測試車停在測試起點前50～100m 處，啟動設(shè)備測試系統(tǒng)程序，按照設(shè)備操作手冊的規(guī)定和測試路段的現(xiàn)場技術(shù)要求設(shè)置完畢所需的測試狀態(tài)。③駕駛員按照要求駕駛車輛，避免急加速和急減速，沿正常行車軌跡測試路段。④進入測試路段后，測試人員啟動系統(tǒng)采集和記錄程序，在測試過程中必須實時關(guān)注設(shè)備檢測狀況。⑤測試完成后關(guān)閉測試設(shè)備，結(jié)束測試。

3.3 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)JTG 5210—2018《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》對路面跳車的計算要求[1]，計算由路面縱斷面高差確定。路面跳車按下式計算得出：

式中：Δh——路面縱斷面高差（cm），應(yīng)為10m 路面縱斷面最大高程和最小高程之差；

hi——第i 點的路面縱斷面高程；

i——第i 個路面縱斷面高程數(shù)據(jù)，應(yīng)為自動化設(shè)備檢測數(shù)據(jù)，每0.1m 計1 個高程，10m 路面縱斷面共計100 個高程數(shù)據(jù)。

對于路面跳車應(yīng)按表1的規(guī)定劃分跳車程度。

表1 路面跳車程度劃分標(biāo)準(zhǔn)

路面跳車應(yīng)按處計算。若10m 路面縱斷面存在輕度、中度或者重度路面跳車，則該10m 路面跳車應(yīng)取嚴(yán)重程度最大的段落，計為1 處路面跳車[2]。路面跳車指數(shù)PBI，總體采用總體100 分制，對于測試路段得分采用扣分制，按下式計算：

式中：PBi——第i 類程度的路面跳車；

ai——第i 類程度的路面跳車單位扣分，按表2的規(guī)定取值；

i——路面跳車類型；

i0——路面跳車類型總數(shù)，取3。

表2 路面跳車程度扣分標(biāo)準(zhǔn)

2019年4月，湖北某高速公路進行了路面跳車檢測，現(xiàn)選取樣本K5+000.1～K5+010.0 進行數(shù)據(jù)分析，該路段路線順直無設(shè)計縱坡、無橋梁伸縮縫等構(gòu)件縫隙，數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 路面縱向相對高程剖面圖

根據(jù)規(guī)范要求對以上數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，可得出該高速公路K5+000.1～K5+010.0 路面縱斷面高差：

計算可得該高速公路K5+000.1～K5+010.0 路面跳車程度為中度，路面跳車指數(shù)PBI，按下式計算：

4 結(jié)語

隨著公路檢測自動化技術(shù)的不斷進步，根據(jù)我國公路養(yǎng)護管理的實際需要和國際上公路技術(shù)狀況指標(biāo)體系的構(gòu)成情況，路面跳車指數(shù)已經(jīng)正式出現(xiàn)在路況調(diào)查范圍內(nèi)，為積極實施預(yù)防性養(yǎng)護提供了依據(jù)[3]。目前，路面跳車檢測仍處于日臻完善的階段，在檢測中需要對路面本身存在的縱坡、橋面伸縮縫等引起一定的重視，否則得到的檢測數(shù)據(jù)會對結(jié)果判定有較大影響，希望能同本領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者一起為完善公路技術(shù)狀況評定提供更為科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋z測手段。