激光斷面儀在瀝青路面檢測(cè)中的應(yīng)用

摘 要：瀝青路面是我國(guó)高等級(jí)公路的常用路面形式，其質(zhì)量是否滿(mǎn)足施工要求，直接關(guān)系著整個(gè)工程的使用壽命。激光斷面儀是路面檢測(cè)的主要設(shè)備之一，合理使用激光斷面儀，可以評(píng)價(jià)路面的真實(shí)狀況，為路面養(yǎng)護(hù)維修提供依據(jù)。在全面了解激光斷面儀原理和用途的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體案例，對(duì)激光斷面儀在瀝青路面平整度、車(chē)轍檢測(cè)中進(jìn)行分析與探討，以期為路面質(zhì)量檢測(cè)提供準(zhǔn)確的信息。

關(guān)鍵詞：激光斷面儀；瀝青路面；檢測(cè)原理；平整度

中圖分類(lèi)號(hào)：U416 " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 文章編號(hào)：2096-6903（2022）10-0086-03

0 引言

隨著我國(guó)路面的日益完善，為提高交通運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)效益，不僅要加快公路工程建設(shè)步伐，還要高度重視公路工程運(yùn)營(yíng)管理。目前，我國(guó)早期修建的大量公路工程已進(jìn)入大中修養(yǎng)護(hù)階段，公路養(yǎng)護(hù)任務(wù)嚴(yán)峻。在公路科學(xué)養(yǎng)護(hù)工作中，瀝青路面檢測(cè)與評(píng)價(jià)分析是其重要一環(huán)，通過(guò)瀝青路面檢測(cè)，可以真實(shí)、快速獲得路面的技術(shù)特征，了解路面損壞情況，為公路養(yǎng)護(hù)工作提供可靠的保障。激光斷面儀在路面平整度及車(chē)轍病害檢測(cè)當(dāng)中應(yīng)用較廣，具自動(dòng)化、高速化等優(yōu)勢(shì)，為此，開(kāi)展激光斷面儀在瀝青路面檢測(cè)中的應(yīng)用研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 激光斷面儀的原理及用途

激光斷面儀是基于激光檢測(cè)技術(shù)和慣性基準(zhǔn)傳遞檢測(cè)理論的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，為獲取路面的縱斷面剖面，可利用Selcom激光傳感器獲取路面與車(chē)體之間的距離，在一定速度條件下，量測(cè)車(chē)體的車(chē)身豎向位移，從而取得縱斷面剖面。激光斷面儀利用其特有的集成化信息處理技術(shù)，能夠同時(shí)獲取各種路面評(píng)價(jià)指標(biāo)，比如國(guó)際平整度指標(biāo)、路面構(gòu)造深度、車(chē)轍等[1]。除此之外，激光斷面儀還可以在正常車(chē)速條件下，快速、自動(dòng)、長(zhǎng)距離地檢測(cè)路面情況。目前，在公路路面檢測(cè)中，激光斷面儀的主要用途如下。

第一，激光斷面儀可用于多等級(jí)公路路面施工現(xiàn)場(chǎng)控制及路面施工質(zhì)量控制。

第二，激光斷面儀可用于公路竣工驗(yàn)收評(píng)價(jià)，能夠采集路面平整度信息并進(jìn)行分析研究，可為路面養(yǎng)護(hù)管理提供可靠的依據(jù)。

第三，激光斷面儀可用于顛簸累積儀等2、3類(lèi)平整度測(cè)試儀的相關(guān)性標(biāo)定，為路面頻譜特性研究提供真實(shí)、可靠的數(shù)據(jù)信息。

2 工程概況

某公路工程屬于SMA罩面維修養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目，通車(chē)運(yùn)營(yíng)多年后，路面出現(xiàn)了不同程度的損壞。為達(dá)到罩面維修養(yǎng)護(hù)施工效果，需提前進(jìn)行路面檢測(cè)與評(píng)價(jià)分析。本工程地質(zhì)條件良好，地勢(shì)起伏小，在路面結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)中，為4+6+6 cm的瀝青混凝土路面，其中SBS改性瀝青用于上、中面層[2]。在路況調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，決定采用激光斷面儀進(jìn)行瀝青路面平整度、車(chē)轍病害檢測(cè)與分析。

3 激光斷面儀在瀝青路面平整度檢測(cè)中的應(yīng)用

3.1 路面平整度檢測(cè)方法分析

目前，在瀝青路面平整度檢測(cè)中，主要采用兩種類(lèi)型的檢測(cè)方法：其一，斷面類(lèi)檢測(cè)，是指通過(guò)測(cè)量路表凹凸不平情況，判斷路面的平整度，常用的檢測(cè)方法包括：3 m直尺法、激光平整度儀等。其二，反應(yīng)類(lèi)檢測(cè)，是指通過(guò)檢測(cè)路面凹凸所引起的車(chē)輛顛簸振動(dòng)情況，判斷路面的平整度，常用設(shè)備為車(chē)載式顛簸累積儀[3]。在本項(xiàng)目瀝青路面平整度檢測(cè)中，決定采用激光斷面儀，該設(shè)備主要由激光傳感器與加速傳感器等組成，通過(guò)檢測(cè)，可準(zhǔn)確測(cè)定路面的國(guó)家平整度指數(shù)。

3.2 路面平整度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)路面平整度分析，路面行駛質(zhì)量指標(biāo)（RQI）為路面平整度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，RQI和IRI之間有密切的關(guān)系，路面平整度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

3.3 路面平整度檢測(cè)結(jié)果

為了保證路面平整度檢測(cè)質(zhì)量，在檢測(cè)時(shí)，選取試驗(yàn)段1 km進(jìn)行分析，每20 m取平整度計(jì)算所得的平均值，表2為雙向行車(chē)道路面平整度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

通過(guò)上表2可得出如下結(jié)論：第一，在雙向車(chē)道當(dāng)中，路面平整度IRI的平均值均在1.4 m/km以上，即滿(mǎn)足評(píng)價(jià)等級(jí)IRI“優(yōu)”等級(jí)當(dāng)中≤2.3 m/km的要求，且RQI平均值也在94以上，可滿(mǎn)足RQI評(píng)價(jià)等級(jí)“優(yōu)”（≥90）的要求，因此，在瀝青路面平整度檢測(cè)及評(píng)價(jià)當(dāng)中，本路段評(píng)價(jià)為“優(yōu)”。

第二，通過(guò)上述分析可見(jiàn)，在本試驗(yàn)段當(dāng)中，每20 m的IRI值≤2.3 m/km段百分比超過(guò)90%，說(shuō)明本路段路面行駛質(zhì)量良好。

通過(guò)平整度分析可見(jiàn)，本路段路面平整度狀況優(yōu)良。

4 激光斷面儀在瀝青路面車(chē)轍檢測(cè)中的應(yīng)用

4.1 車(chē)轍檢測(cè)原理

瀝青路面車(chē)轍深度檢測(cè)時(shí)，采用激光斷面儀設(shè)備，其組成儀器包括：激光器、整形器、光電放大器等[4]。當(dāng)激光器、發(fā)光器發(fā)射的光點(diǎn)打上路面，反射激光便可第一時(shí)間進(jìn)行時(shí)間脈沖記錄，從而在視距圖上獲取時(shí)間坐標(biāo)。在車(chē)轍檢測(cè)當(dāng)中，激光點(diǎn)可全面掃描路面，當(dāng)掃描到路面各個(gè)位置時(shí)，掃描激光點(diǎn)便可獲取大量脈沖時(shí)間。若路面存在凹陷情況，凹陷處有激光點(diǎn)時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生一定落差，此落差值便為車(chē)轍深度。車(chē)轍深度計(jì)算公式如下：

RU=C0×（t2－t1）

式中：RU代表車(chē)轍深度；代表激光速度，即299.79 mm/ns；t1代表光點(diǎn)至車(chē)轍頂部或凹陷頂部A1的時(shí)間；t2代表光點(diǎn)至車(chē)轍底部或凹陷底部A2的時(shí)間。

因此，當(dāng)光點(diǎn)由A1處至A2處的過(guò)程中，光長(zhǎng)將有所增加，在時(shí)間距離上可以真實(shí)反映光時(shí)由t1至t2，即由斜直線(xiàn)上凹陷。時(shí)距圖上的凹陷位置，可在激光斷面儀上顯現(xiàn)，通過(guò)記錄相應(yīng)的時(shí)間，并根據(jù)公式計(jì)算，最終得出車(chē)轍深度。

4.2 車(chē)轍深度指標(biāo)說(shuō)明

在20 m內(nèi)左右側(cè)車(chē)道各斷面最大值的平均值為左右側(cè)平均車(chē)轍深度，當(dāng)路段較長(zhǎng)的情況下，在評(píng)定其車(chē)轍深度時(shí)，一般以20 m內(nèi)左右平均車(chē)轍深度當(dāng)中較大值為準(zhǔn)，即作為本路段的平均車(chē)轍深度。在瀝青路面車(chē)轍深度評(píng)價(jià)時(shí)，主要取最大值、最小值和平均值。根據(jù)現(xiàn)行瀝青路面車(chē)轍養(yǎng)護(hù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定，高速公路、一級(jí)公路當(dāng)中，路面車(chē)轍深度需控制在15 mm以?xún)?nèi)。

4.3 車(chē)轍檢測(cè)結(jié)果分析

通過(guò)激光斷面儀檢測(cè)瀝青路面車(chē)轍情況，結(jié)果如表3所示，即為瀝青路面車(chē)轍深度檢測(cè)結(jié)果。

根據(jù)表3可見(jiàn)，在1 km檢測(cè)段內(nèi)，每20 m進(jìn)行車(chē)轍深度統(tǒng)計(jì)與分析，車(chē)轍深度實(shí)測(cè)值當(dāng)中，最小值為0.69 mm，最大值為27.31 mm，平均值為8.21 mm。在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)凹坑內(nèi)有激光點(diǎn)時(shí)，應(yīng)將坑底高程看作是此點(diǎn)位的路面高程，以此在斷面上，獲取具體車(chē)轍深度[5]。因?yàn)楸韭范瓮ㄜ?chē)運(yùn)營(yíng)多年，交通量較大，路面已出現(xiàn)了不同程度的損壞，且1 km內(nèi)平均深度在15 mm的路段比例達(dá)到了35%，因此，為解決路面車(chē)轍病害，恢復(fù)路面使用性能，可采取罩面等工藝進(jìn)行處治，以便提升路面的平整度，延長(zhǎng)道路使用壽命。

4.4 車(chē)轍檢測(cè)注意事項(xiàng)

第一，原路面百米樁號(hào)的處理。激光斷面儀檢測(cè)路面車(chē)轍時(shí)，檢測(cè)車(chē)的各類(lèi)數(shù)據(jù)應(yīng)和車(chē)上的行程檢測(cè)儀器連接起來(lái)，這樣才能將數(shù)據(jù)、里程關(guān)聯(lián)到一起，生成二維關(guān)系。在測(cè)量中，應(yīng)以每公里為一個(gè)單位，當(dāng)檢測(cè)車(chē)的激光器從公里樁號(hào)牌通過(guò)時(shí)，需立即按下標(biāo)記功能鍵，便于電腦數(shù)據(jù)信息記錄與標(biāo)記。同時(shí)，還要確定檢測(cè)里程數(shù)據(jù)和現(xiàn)有樁號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線(xiàn)圖，便于后期養(yǎng)護(hù)施工，最大限度降低檢測(cè)車(chē)的里程檢測(cè)儀和現(xiàn)在樁號(hào)之間的偏差，提高數(shù)據(jù)的精確性，為后期路面維修養(yǎng)護(hù)提供可靠的依據(jù)。

第二，檢測(cè)車(chē)道前堵塞或減速方面。目前，本項(xiàng)目通車(chē)運(yùn)營(yíng)多年，交通量較大，在檢測(cè)時(shí)，很難做到無(wú)車(chē)檢測(cè)。因此，在檢測(cè)時(shí)，需按照不同車(chē)速進(jìn)行測(cè)定，即50～80 km/h，若行駛時(shí)，遇到慢行車(chē)輛，可以有一個(gè)減速的合理空間，若車(chē)速在50 km/h以下，則會(huì)嚴(yán)重影響檢測(cè)數(shù)據(jù)的精確性。為此，在檢測(cè)時(shí)，需設(shè)定和公里樁不同的標(biāo)記符號(hào)，這樣一旦有慢行車(chē)輛在檢測(cè)車(chē)前時(shí)，便可以降速行駛。若檢測(cè)車(chē)行駛速度需要降到50 km/h以下才能保證行車(chē)安全時(shí)，為了控制行駛速度，避免低速前行，需從檢測(cè)車(chē)道轉(zhuǎn)移到其他車(chē)道，待超車(chē)成功后，便可再次駛?cè)霗z測(cè)車(chē)道，在脫離和重回檢測(cè)車(chē)道的那一瞬間，被看作“脫軌”，需作標(biāo)記，有效防止不同車(chē)道間獲取的檢測(cè)數(shù)據(jù)混亂。

第三，大坑槽處理。本路段通車(chē)運(yùn)營(yíng)多年，長(zhǎng)期在行車(chē)荷載和自然因素的作用下，瀝青路面已產(chǎn)生了不同程度的損壞，尤其是出現(xiàn)了大大小小的坑槽。在檢測(cè)時(shí)，很容易出現(xiàn)坑槽和車(chē)轍分析不清晰的情況，甚至有可能混為一體，這樣將會(huì)對(duì)瀝青路面車(chē)轍數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和路面平整度數(shù)據(jù)的正確性造成不利影響[6]。為了解決此類(lèi)問(wèn)題，在激光斷面儀系統(tǒng)當(dāng)中，可充分利用3D斷面技術(shù)，即形成完整的3D立體網(wǎng)絡(luò)斷面圖，并進(jìn)行車(chē)轍最大值的設(shè)置，在3D立體網(wǎng)絡(luò)斷面圖內(nèi)在超過(guò)設(shè)定值的區(qū)域內(nèi)，可形成與正常網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)顏色不同的點(diǎn)狀，或塊狀，在后期數(shù)據(jù)整理與分析中，可剔除此類(lèi)數(shù)據(jù)，無(wú)需用于車(chē)轍深度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，以便提高數(shù)據(jù)的精確性。

第四，車(chē)輛載重標(biāo)定處理。由于激光斷面儀主要通過(guò)加速度計(jì)、陀螺儀等設(shè)備，建立一個(gè)參照面，促使距離檢測(cè)信號(hào)與車(chē)載加速度計(jì)信號(hào)產(chǎn)生互差，從而將檢測(cè)車(chē)自身的顛簸消除，便于提高路面輸出信號(hào)的真實(shí)性。因?yàn)閰⒄彰婧蜋z測(cè)車(chē)的自重息息相關(guān)，待檢測(cè)工作者就位之后，才可標(biāo)定檢測(cè)車(chē)的參照面，與此同時(shí)，在整個(gè)檢測(cè)環(huán)節(jié)，特殊情況下，還需停車(chē)進(jìn)行檢查，保證結(jié)果準(zhǔn)確。此外，要求車(chē)上的檢測(cè)工作人員不得任意換人，或者調(diào)換座位。

第五，車(chē)速控制方面。檢測(cè)車(chē)不同，則其檢測(cè)速度范圍也有所差異。在本項(xiàng)目檢測(cè)時(shí)，決定采用50～80 km/h為檢測(cè)車(chē)的行駛速度范圍，若車(chē)速在該范圍以外，必定會(huì)影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，若不得不降低車(chē)速，需及時(shí)進(jìn)行標(biāo)記，并記錄好現(xiàn)場(chǎng)樁號(hào)，便于后期剔除此段的數(shù)據(jù)，提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性[7]。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)很多早期修建的公路工程已進(jìn)入了維修養(yǎng)護(hù)時(shí)期，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，交通量越來(lái)越大，在行車(chē)荷載和自然因素的長(zhǎng)期作用下，路面病害加劇。為了做好路面養(yǎng)護(hù)工作，需提前進(jìn)行路面檢測(cè)，本文采用激光斷面儀針對(duì)瀝青路面平整度、車(chē)轍進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)過(guò)程安全、迅速，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，可滿(mǎn)足檢測(cè)需要。

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