激光檢測儀在瀝青路面平整度檢測中的應用

賀慧濤

（衡水中科公路工程試驗檢測有限公司，河北 衡水 053000）

1 瀝青路面平整度檢測的必要性

在瀝青混凝土路面質(zhì)量評估中，平整度是其重要考核指標之一。瀝青混凝土路面的平整度在很大程度上決定了后期道路運行的平穩(wěn)性、安全性，并且不平整路面易積滯雨水，長期作用下水損將降低路面耐久性及使用壽命。因此，為保證行車的安全性、舒適性以及道路的耐久性，施工單位針對瀝青混凝土路面施工，不但要保證工藝科學合理，并且需采取可靠的檢測技術(shù)確保質(zhì)量達標，為道路運行提供可靠的運行條件。在實際的施工過程中，需結(jié)合項目的實際情況，采取一種或多種檢測技術(shù)對瀝青路面平整度進行檢測，確保檢測結(jié)果準確，從而提高瀝青路面的施工質(zhì)量。

2 路面平整度檢測方案比選

某瀝青路面公路呈南北走向，全長25.12km，設計為雙向4車道，時速為80km/h。路面施工采用瀝青混凝土，設計厚度為16.5cm。此公路項目建成后的通車量較大，因此對瀝青混凝土路面的平整度要求較高，需采用合理的路面平整度檢測技術(shù)進行檢測。常見的檢測技術(shù)主要有直尺檢測技術(shù)、連續(xù)式平整度檢測技術(shù)、車載式激光平整度檢測儀技術(shù)、車載式顛簸累積儀技術(shù)等?，F(xiàn)選取該公路某標段內(nèi)的600m作為試驗檢測路段進行檢測方案的比選分析。

2.1 直尺檢測技術(shù)

平整度檢測中，將3m直尺設置在道路路面縱向上。通過目測識別直尺與路面間的間隙，找到間隙最大的位置，將具有高度標線的塞尺插入間隙部位，測量最大間隙值，或通過深度尺測量直尺上頂面與地面的間距，測量獲取的數(shù)據(jù)減去尺高即為平整度差值，單位精確到毫米。

2.2 連續(xù)式平整度儀檢測技術(shù)

連續(xù)式平整度儀測量是基于人或車輛拉力作用，對儀器進行前拉。當?shù)缆凡黄秸麜r，測量輪上下?lián)u擺，帶動位移傳感器上下滑動。通過傳感器正負電位輸出值，進一步判斷路面的平整度情況。連續(xù)式平整度儀不適合應用在破損嚴重的路面檢測中。

2.3 車載式激光平整度儀檢測技術(shù)

車載式激光平整度檢測儀主要由車輛、陀螺儀、激光傳感器等組成，配備了先進的采集及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。當試驗檢測車輛勻速行駛在道路上，配置在汽車底盤的激光傳感器對路面數(shù)據(jù)進行測量，再通過信號處理系統(tǒng)將激光傳感器所發(fā)出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并進行儲存。車輛在不斷移動，檢測數(shù)據(jù)采集也在不間斷更新，通過數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)并結(jié)合平整度指數(shù)可得檢測結(jié)果。車載式激光平整度檢測儀在應用過程中不需要接觸路面，且檢測效率高、檢測精度高。除此之外，車載式激光平整度檢測儀還能實現(xiàn)路面縱斷面、車轍等檢測工作，應用范圍廣且價值突出。

2.4 車載式顛簸累積儀檢測技術(shù)

車載式顛簸累積儀借助車輛行駛狀態(tài)下的振動測量原理，通過機械傳感器獲取相關(guān)位移信息，從而判定路面平整度情況。具體參照后軸和車輛間發(fā)生單向位移過程中的顛簸累計值。顛簸累計值超出合理范圍時，表明路面平整度較差，可根據(jù)具體數(shù)據(jù)結(jié)合施工情況進行質(zhì)量優(yōu)化，提高路面平整度。

由于該公路工程項目有25.12km，相對來說較長，根據(jù)項目的實際情況和現(xiàn)有的檢測設備，決定采用激光檢測儀對該公路路面的平整度進行檢測。

3 車載式激光平整度檢測儀的特點

本項目檢測使用的車載式激光平整度檢測儀名稱為車載式激光多功能測試儀，不僅能檢測路面的平整度，還能檢測構(gòu)造深度、車轍。該儀器分別由承載車輛、加速度傳感器、激光傳感器、距離傳感器和主控制系統(tǒng)組成，其設計檢測距離精度控制在1%內(nèi)。承載車輛主要用于載運激光平整度檢測儀整套系統(tǒng)的儀器設備，其內(nèi)部按照設備要求布局進行專用車輛設計，能有效保障檢測結(jié)果的準確性。

加速度傳感器主要用于測量檢測車車身的垂向運動，目的是感應道路縱斷面的低頻成分。加速度傳感器采用高精度伺服式零頻加速度傳感器，設計檢測準確度為1mg，測量范圍控制在±5g，當檢測車駛過被測路面時，檢測儀整個系統(tǒng)運用計算機二次積分算法處理實時采集的路面平整度數(shù)據(jù)，將加速度傳感器測得的垂向加速度信號轉(zhuǎn)換成道路縱向斷面的垂向高程，同時也通過行駛車速的變化轉(zhuǎn)化得到車身與縱向斷面的相對位移數(shù)據(jù)。

激光位移傳感器主要用于測量檢測車車身與道路縱斷面的垂向相對位移，目的是感應道路縱向斷面的高頻成分，且位移傳感器需采用寬頻帶高響應頻率激光位移傳感器，目前是將其與加速度傳感器測量經(jīng)二次積分計算得到的道路縱向斷面垂向高程進行矢量合成，可得到道路縱向斷面真實的相對高程，其測量范圍控制在200mm內(nèi)，準確度小于0.5mm。距離傳感器主要用于測量道路縱向斷面縱向位置距離，同時為測量過程提供標準時序，其距離檢測精度可控制在0.1%范圍內(nèi)。

4 車載式激光平整度儀的檢測原理

通過距離傳感器、加速度傳感器和激光傳感器，分別測量檢測車沿斷面縱向行駛的距離、激光傳感器的縱向加速度和激光傳感器到斷面的垂直距離，然后測量出斷面高程。便攜式計算機通過系統(tǒng)軟件控制整個測試過程，并且對路面高程差進行存儲，利用軟件計算平整度指數(shù)。

5 車載式激光平整度儀檢測過程

參照《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG 3450—2019）中使用車載式激光平整度儀測定平整度的方法，檢測分為以下步驟：

（1）準備工作。安裝檢測儀器，開啟檢測設備，檢查儀器設備工作性能是否正常（包括檢測車自身性能），校準檢測設備。

（2）預設待檢測路面基本信息，并進行激光標定。由于結(jié)構(gòu)物和施工縫等對平整度檢測結(jié)果影響較大，所以在檢測前要提前記錄道路結(jié)構(gòu)物樁號及具體位置，檢測隨行人員在檢測過程中及時進行標注。如果是首次使用或間隔一段時間再使用，或發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常都需重新標定加速度傳感器以及距離傳感器。

（3）進行檢測系統(tǒng)預熱，為正常檢測進行調(diào)試（通常行駛5～10km）。

（4）按照軟件操作流程以及現(xiàn)場技術(shù)要求，對路面情況進行數(shù)據(jù)采集，進行平整度檢測。

（5）停止檢測并恢復儀器各部分至初始狀態(tài)。

（6）檢查檢測結(jié)果的正確性、完整性（包括檢測樁號準確性、完整性，異常數(shù)據(jù)原因），如有錯誤，則重新檢測。

（7）關(guān)閉系統(tǒng)，整理儀器，結(jié)束測試。

6 數(shù)據(jù)處理

車載式激光平整度檢測儀屬于集成化智能設備，操作簡單快捷。按上述步驟采集及輸入相關(guān)參數(shù)后，由便攜式計算機中的檢測系統(tǒng)自動進行數(shù)據(jù)處理，將相關(guān)數(shù)據(jù)計算結(jié)果匯總后轉(zhuǎn)換為Excel數(shù)據(jù)表，可直接導出文件數(shù)據(jù)。

7 檢測結(jié)果分析

影響瀝青路面平整度檢測結(jié)果的因素主要涉及3個方面：路面施工原材料控制、施工工藝控制及檢測過程控制。檢測過程中的影響因素主要包括測試溫度、測試車速、輪胎氣壓、外界光線強弱、路面新舊程度等。本文主要針對檢測過程對平整度的影響進行分析，忽略原材料及施工工藝的影響，主要對檢測速度、路面新舊程度兩方面進行對比試驗。采用以上激光平整度檢測儀對該公路某試驗路段的路面進行檢測，結(jié)果如表1所示。

表1 激光平整度儀檢測結(jié)果

表1 （續(xù)）

由于連續(xù)式平整度檢測技術(shù)的精度較高，為進一步驗證激光平整度檢測儀的檢測效果，對該試驗路段同樣采用連續(xù)式平整度檢測技術(shù)進行檢測，結(jié)果如表2所示。同時對該試驗路段采用車轍式顛簸累積儀技術(shù)進行檢測，結(jié)果如表3所示。

表2 連續(xù)式平整度儀檢測結(jié)果

表3 車轍式顛簸累積儀檢測結(jié)果

由表1和表2的結(jié)果可知，采用上述兩種方法進行平整度檢測，平整度指數(shù)IRI基本一致，表明兩種方法都能達到預期的效果，但激光平整度檢測儀的檢測效果更高，速度很快。由表3可知，其檢測結(jié)果與表1和表2相差較大，表明車轍式顛簸累積儀檢測出來的平整度指數(shù)IRI精度比連續(xù)式平整度檢測和激光平整度檢測儀檢測出來的平整度指數(shù)IRI精度要低。由此可見，激光平整度檢測儀對路面進行檢測的精度更高、速度更快，可應用于整條公路的檢測中。

8 結(jié)語

在瀝青混凝土路面工程質(zhì)量評價中，路面平整度是一項關(guān)鍵指標。受到路基施工、基層施工、原材料及混合料、路面攤鋪碾壓工藝的影響，路面有時會存在平整度不良的問題。路面平整度不達標會降低駕駛體驗，甚至威脅道路運行安全。因此，做好瀝青混凝土路面施工工作尤為重要，需施工單位結(jié)合工程實際明確具體影響因素，并制定科學的施工控制方案，同時借助先進的路面平整度檢測技術(shù)對路面質(zhì)量進行把關(guān)，這樣才能切實發(fā)揮瀝青混凝土路面施工技術(shù)的價值，促進道路工程建設可持續(xù)發(fā)展。