關(guān)于公路路面平整度檢測(cè)和控制的研究

薛榜利 張亞磊

（江蘇大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江212013）

1 概述

截止2019 年，中國公路總里程已達(dá)484.65 萬公里，居世界第一，公路幾乎通到了全國各地，人們的出行極為便利。公路路面的平整度是一個(gè)很重要的問題，因?yàn)楣窞r青含量、氣候、車輛超載、路基不均勻沉降、施工人員的素質(zhì)等因素，公路在使用一段時(shí)間之后會(huì)出現(xiàn)裂縫、坑槽，路面的平整度會(huì)降低。路面的平整度一旦受損，會(huì)增加發(fā)生車禍的風(fēng)險(xiǎn)，如果路面不加以維護(hù)保養(yǎng)，加上超載車輛的重重碾壓，將使公路損壞更加嚴(yán)重，久而久之，公路就會(huì)報(bào)廢。此時(shí)過往車輛需要限行、繞行，導(dǎo)致本地的經(jīng)濟(jì)受到影響。因此需要對(duì)公路路面平整度進(jìn)行檢測(cè)，確保公路完好。

2 平整度檢測(cè)技術(shù)

常用的平整度檢測(cè)分為斷面類和反應(yīng)類兩類。其中斷面類實(shí)際上是測(cè)定路面表面凹凸情況，如3m 直尺檢測(cè)技術(shù)和連續(xù)式平整度檢測(cè)技術(shù)；反應(yīng)類是測(cè)定路面凹凸引起車輛振動(dòng)的顛簸情況，如車載式顛簸累積檢測(cè)技術(shù)。除此之外，還有車載式激光檢測(cè)技術(shù)、基于Kinect 的路面平整度檢測(cè)技術(shù)。

2.1 3m 直尺法

用3m 直尺法時(shí)，需要先清掃路面測(cè)定位置的污物，因?yàn)槲畚锏拇嬖跁?huì)影響平整度檢測(cè)的準(zhǔn)確性。檢測(cè)過程中，需要先確定方向，將3m 直尺擺在測(cè)試地點(diǎn)的路面上，觀察直尺地面與路面之間的間隙距離，確定間隙最大的位置。用塞尺塞緊間隙，由于塞尺有高度標(biāo)線，便于測(cè)量記錄最大間隙得高度，將結(jié)果精確到0.2mm。單桿檢測(cè)路面平整度，以最大間隙為測(cè)定結(jié)果。這種檢測(cè)方法的特點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，結(jié)果直觀，但是其準(zhǔn)確度不高，工作效率很低。

2.2 連續(xù)式平整度儀法

這種檢測(cè)方法主要是通過機(jī)械設(shè)備帶動(dòng)檢測(cè)儀器移動(dòng)，從而對(duì)路面平整度進(jìn)行檢測(cè)。通常要求儀器的移動(dòng)速度在5km/h左右，不能超過12km/h，因?yàn)閮x器本身存在反應(yīng)速度，當(dāng)設(shè)備移動(dòng)速度過快時(shí)，測(cè)量的數(shù)據(jù)誤差較大。在儀器測(cè)定后，可按每10cm 間距采集數(shù)據(jù)，以100m 為區(qū)間計(jì)算平整度標(biāo)準(zhǔn)差。使用此方法檢測(cè)，特點(diǎn)是連續(xù)測(cè)試，工作效率高，可是儀器設(shè)備比較復(fù)雜，成本高，且不適用已經(jīng)存在較多凹槽、路面損壞嚴(yán)重的情況。

2.3 車載式顛簸累積儀法

車載式顛簸累積儀由機(jī)械傳感器、數(shù)據(jù)處理器和微型打印機(jī)組成，其中傳感器安裝在測(cè)試車的底部。工作原理是測(cè)試車在規(guī)定速度范圍內(nèi)行駛，凹凸的路面會(huì)引起汽車的振蕩，通過處理機(jī)械傳感器采集到的信號(hào)，可以得到測(cè)試車后軸與車廂之間單向位移的累計(jì)值VBI，VBI 數(shù)值越大，則說明路面的平整度越差。使用此檢測(cè)技術(shù)，對(duì)測(cè)試車有較高要求：車輛需要標(biāo)定時(shí)間間隔1 年以上，車輛如果更換過輪胎或減震器，要進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)值檢驗(yàn)，車輛的行駛里程至少是20000km。這種方法的特點(diǎn)是檢測(cè)的速度快，造價(jià)相對(duì)便宜，操作方式簡(jiǎn)單，只是在檢測(cè)之前需要對(duì)安裝好的儀器進(jìn)行標(biāo)定。

2.4 車載式激光檢測(cè)法

用激光斷面儀檢測(cè)時(shí)，在檢測(cè)車的前橫梁上安裝激光傳感器，通過回收激光發(fā)射返回的信號(hào)，進(jìn)而測(cè)試斷面的平整性，在經(jīng)過連續(xù)等間隔的橫向測(cè)試之后，能較為精確的測(cè)量出路面的平整度。在實(shí)際的檢測(cè)過程中車體會(huì)隨著道路的不平整而振動(dòng)，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不能直接反映出路面的平整度，因此還需要在測(cè)試車上安裝加速度傳感器，通過處理加速度傳感器得到的信號(hào)，利用一次、二次積分，消除因車體振動(dòng)的影響，從而得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。激光的高分辨率和相干性好，即使在惡劣的氣候中，如雨雪天氣也同樣可以進(jìn)行檢測(cè)。而且這種檢測(cè)方法的精度高，檢測(cè)的速度快，能真實(shí)反映路面每個(gè)位置的平整度情況。

2.5 基于Kinect 的檢測(cè)方法

Kinect 是一種3D 體感攝影機(jī)，從其被2009 年微軟發(fā)布后，經(jīng)過十年的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用在醫(yī)療、教育、電子商務(wù)等領(lǐng)域。Kinect 是具有深度感知的傳感器，它采用紅外照相的方式得到數(shù)據(jù)，從而能計(jì)算出傳感器與被拍照物體之間的距離。Kinect 傳感器的感知速度和精度很高，成本極低，其開發(fā)技術(shù)完全開放，比較易于上手。目前國外已經(jīng)有利用Kinect 在道路檢測(cè)方面成功的案例，當(dāng)國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用較少，缺乏有成效的產(chǎn)品。

3 平整度指標(biāo)相互關(guān)系的建立

檢測(cè)平整度的方法和儀器很多，相應(yīng)得評(píng)定指標(biāo)各有差異。為了使每種檢測(cè)方法所得的結(jié)果可以相互比較，需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的平整度指標(biāo)，同其他平整度指標(biāo)有很好的相關(guān)關(guān)系。在1982年，世界一行組織了多國專家參與的國際研究小組，在巴西進(jìn)行了大規(guī)模的路面平整度試驗(yàn)后，提出了采用國際平整度指數(shù)（IRI）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)的建議。

IRI 和反應(yīng)類平整度檢測(cè)系統(tǒng)類似，但它采用的是數(shù)學(xué)模型模擬1/4 車輪以規(guī)定速度行駛在路面斷面上，分析行駛距離內(nèi)動(dòng)態(tài)反映懸掛系的累計(jì)豎向位移量。其中規(guī)定的檢測(cè)速度為80km/h，檢測(cè)結(jié)果的單位是m/km。

在使用車載式顛簸累積儀檢測(cè)路面平整度時(shí)，檢測(cè)結(jié)果VBI 與國際平整度指數(shù)進(jìn)行換算時(shí)，需要將車載式顛簸累積儀的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行標(biāo)定，和相關(guān)平整度儀檢測(cè)的結(jié)果建立相關(guān)關(guān)系，最終兩者的相關(guān)系數(shù)不得小于0.9。

4 路面平整度的控制

4.1 做好清理路基的工作

在進(jìn)行道路的路基建造之前，應(yīng)該清理原地面，把樹枝、塑料袋、雜草等全部移除。如果路面表層為腐殖土，必須用機(jī)器將表情圖清掉，處理土層的厚度按具體情況而定，但是不能小于30cm，并且要分層壓實(shí)。

4.2 采用高級(jí)的設(shè)備和材料

對(duì)路面建造的原材料進(jìn)行嚴(yán)格篩選，礦料級(jí)配偏大時(shí)會(huì)使瀝青混合料的穩(wěn)定性更高，道路的平整性更高。此外，道路的建設(shè)單位應(yīng)增加投資，盡最大的能力引進(jìn)高級(jí)設(shè)備和優(yōu)質(zhì)的原材料，施工要根據(jù)道路的具體情況選擇最恰當(dāng)?shù)牟牧?，使材料和道路的建設(shè)緊密結(jié)合，做到物盡其用。

4.3 施工質(zhì)量控制

施工過程是道路建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)以后道路的使用有著極為重要的影響，施工質(zhì)量一定程度上決定路面的平整度，我們必須對(duì)施工的質(zhì)量嚴(yán)格把控。在施工時(shí)，要選擇合適的季節(jié)，讓施工時(shí)因溫度對(duì)道路的影響程度降到最低。混凝土攤鋪速度不應(yīng)太快，不然會(huì)影響路面的預(yù)壓密實(shí)度。在用機(jī)械設(shè)備碾壓道路時(shí)，溫度應(yīng)該控制在120℃以上，要遵循緊跟碾壓、高頻、低幅的原則。

4.4 提高施工人員素質(zhì)

在道路建設(shè)上，工人素質(zhì)的高低對(duì)施工質(zhì)量好壞。對(duì)施工負(fù)責(zé)人不能貪污腐敗，要把錢全部用在道路建設(shè)中，不能出豆腐渣工程。對(duì)施工公司，要定期對(duì)員工進(jìn)行培訓(xùn)，提高他們的能力和施工技術(shù)，也要定期對(duì)員工進(jìn)行全面的考核，與時(shí)俱進(jìn)，這樣才能保證施工人員的高素質(zhì)，建造出優(yōu)質(zhì)的道路。

5 結(jié)論

道路的平整度極為重要，可我國道路平整度檢測(cè)技術(shù)起步較晚，與國外技術(shù)的先進(jìn)性相比存在較大的差距。目前我國常用的幾種常用路面平整度檢測(cè)方法存在明顯的弊端，不適用路況復(fù)雜的路面，影響檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度的因素較多，在這領(lǐng)域我們還有很長(zhǎng)的路要走。不過，可以從源頭上提高路面的平整度，盡可能地為后續(xù)檢測(cè)降低難度。