高等級公路路面平整度的10種檢測方法

高等級公路路面平整度的10種檢測方法

隨著我國公路等級的不斷提高，高等級公路網(wǎng)絡(luò)的日益完善，如何對路面質(zhì)量進(jìn)行檢測評定，是當(dāng)前一個(gè)十分重要的課題。在路面諸多檢查項(xiàng)目評定指標(biāo)中，平整度占評定項(xiàng)目總分?jǐn)?shù)的15%～20%，足見其重要地位。  
1　平整度檢測評定指標(biāo)  

路面平整度的檢測輸出指數(shù)比較多，有些國家地區(qū)使用的檢測指標(biāo)，比如：澳大利亞的ＮＡＡＳＲＡ指數(shù)，法國的ＡＰＬ指數(shù)，加拿大的ＰＳＩ指數(shù)，也有世界性組織國際上較為通用的國際平整度ＩＲＩ。也有相關(guān)行業(yè)如：汽車設(shè)計(jì)研究行業(yè)評價(jià)路面的ＰＳＤ指數(shù)等。而在我國，常用的還有三米直尺量測的最大間隙ｈ及標(biāo)準(zhǔn)偏差σ。下面就我國常用的幾種指標(biāo)及國際平整度指數(shù)ＩＲＩ進(jìn)行簡單介紹： 
1.1 三米直尺量測的最大間隙ｈ 
三米直尺是由硬木或鋁合金等材料制成，底面平直，長3ｍ。在測試前將三米直尺放在車道一側(cè)車輪輪跡（距車道線80～100ｃｍ）上，對舊路已形成車轍的路面，應(yīng)取車轍中間位置為測定位置，然后用粉筆在路面上作好標(biāo)記。測試時(shí)，目測三米直尺底面與路面之間的最大間隙位置，用有高度標(biāo)線的塞尺塞進(jìn)間隙處，量測最大間隙的高度ｈ（ｍｍ），要求準(zhǔn)確至0.2ｍｍ。按《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》（ＪＴＪ071-94）的規(guī)定，每200ｍ測試兩處，每處要求連續(xù)10尺，然后計(jì)算10個(gè)最大間隙的平均值、不合格尺數(shù)及合格率。這種測試方法由于全部由人工操作，因此人為因素大、精度低、測試效率低，只適用于在建道路施工過程進(jìn)行質(zhì)量控制，不適于高等級公路竣工驗(yàn)收和日后運(yùn)行中進(jìn)行檢測評定。 

1.2 標(biāo)準(zhǔn)差σ 
標(biāo)準(zhǔn)差σ是指八輪平整度儀測試輸出的平整度數(shù)據(jù)。八輪平整度儀是以3ｍ長桁架鉸接對分小梁為基準(zhǔn)，中間機(jī)架可伸縮或折疊，前后各有四個(gè)行車輪，前后兩組輪的軸間距離為3ｍ。在機(jī)架中間有一個(gè)能起落的測定輪，測定輪上裝有位移傳感器和距離傳感器，測定時(shí)以儀器著地的八個(gè)輪為相對基準(zhǔn)面，沿路面某一縱向位置以一定間隔量（如桁架每移動(dòng)25ｃｍ）采集測試輪的單向垂直位移數(shù)值，再用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法來計(jì)算100ｍ中所有數(shù)據(jù)（若間隔為25ｃｍ，則100ｍ有400個(gè)數(shù)據(jù)）的方差，此方差即我們通常所說的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ。 

1.3 國際平整度指數(shù)ＩＲＩ 
為了檢測路面平整度，世界各國研制出許多相關(guān)的儀器設(shè)備，如美國、加拿大的四分之一車，英國的標(biāo)準(zhǔn)顛簸累積儀，法國的縱斷面分析儀，澳大利亞的平整度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。這些設(shè)備在當(dāng)時(shí)的使用情況都不錯(cuò)，但因彼此之間未建立定量關(guān)系，其檢測到的數(shù)據(jù)無法對比。因此，為了客觀定量分析路面平整度，世界銀行在七十年代末八十年代初組織了世界有關(guān)專家及各國測定平整度的主要儀器，在巴西利亞進(jìn)行研究試驗(yàn)，最后在1986年提出了國際平整度粗糙指數(shù)ＩＲＩ概念。 

ＩＲＩ的定義是：模擬標(biāo)準(zhǔn)車在80ｋｍ/ｈ速度條件下，車身懸架的總位移（單位為ｍ）與行駛距離（單位為ｋｍ）之此，同時(shí)發(fā)表了采用精密水準(zhǔn)儀測得路面一定間隔（如每25ｃｍ或50ｃｍ）的高程，計(jì)算ＩＲＩ的算式和計(jì)算程序， 的真實(shí)縱斷面情況表征為國際平整度指數(shù)ＩＲＩ，從而把過去世界各國不同的平整度儀測試結(jié)果指標(biāo)統(tǒng)一到ＩＲＩ來，國際平整度指數(shù)ＩＲＩ是世行組織召集世界各國專家學(xué)者，考慮了公路路面的長波模型、短波模型、臺階模型以及專家模型等向世界各國推薦的。所以從技術(shù)上比較全面、合理。這對世界路面平整度測量是一個(gè)重大的貢獻(xiàn)，目前ＩＲＩ已發(fā)展成各國平整度的通用指標(biāo)，包括現(xiàn)在最先進(jìn)的采用激光技術(shù)的平整度檢測設(shè)備均可直接輸出ＩＲＩ的指標(biāo)數(shù)值。 

2　新檢評標(biāo)準(zhǔn)中平整度的相關(guān)問題 
鑒于國內(nèi)十余年來路面平整度儀器設(shè)備的研究開發(fā)和應(yīng)用發(fā)展情況，顛簸累積儀已從廣泛用于現(xiàn)有路網(wǎng)路面平整度測定，發(fā)展成為可完全滿足新建路面竣工驗(yàn)收需要的檢測手段，故新檢評標(biāo)準(zhǔn)采用較高級的自動(dòng)或半自動(dòng)化檢測設(shè)備，不再單指連續(xù)平整度儀（即八輪平整度儀），并引入了國際通用的國際平整指數(shù)ＩＲＩ。 

2.1 采用ＩＲＩ作為路面平整度的檢測和評定指標(biāo)的必要性 
為了客觀準(zhǔn)確高效地檢測和評定路面平整度，平整度指數(shù)的設(shè)置要具有合理性。我國過去使用較多的儀器有三米直尺和連續(xù)式平整度儀等，這些儀器受長度和速度的限制，難以反映較高車速下路面較長波長的顛簸和起伏。另外連續(xù)式平整度儀在使用中還存在測試效率低、速度慢、機(jī)械配置龐大而笨重、測定精度差、再現(xiàn)性差等問題。因此，為提高平整度測試的精確度及與國際通用指標(biāo)保持一致，有必要在規(guī)范中采用國際平整度指數(shù)ＩＲＩ作為路面平整度的檢測和評定指標(biāo)。 

2.2 新標(biāo)準(zhǔn)ＩＲＩ界限值界定 
我國從“七五”開始，在路面管理系統(tǒng)中采用ＩＲＩ作為路面平整度指標(biāo)，已實(shí)際使用了十余年，測得了數(shù)萬公里的瀝青路面的ＩＲＩ值，為干線公路路面評價(jià)、養(yǎng)護(hù)決策提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。同時(shí)，交通部公路科學(xué)研究所曾多次在北京、上海、南京、長春、太原等地對國際平整度指數(shù)ＩＲＩ與平整度標(biāo)準(zhǔn)差σ進(jìn)行了大量的對比試驗(yàn)，全部試驗(yàn)結(jié)果表明二者之間具有良好的相關(guān)關(guān)系：σ=0.5926ＩＲＩ+0.013，相關(guān)系數(shù)ｒ=0.9875.為了便于應(yīng)用，一般取σ=0.6ＩＲＩ。 
3　平整度檢測設(shè)備介紹   

因?yàn)槁访嫫秸鹊臋z測比較重要，各國相繼研制了各種各樣的平整度檢測設(shè)備及評價(jià)方法，目前主要的有多輪式平整度儀、響應(yīng)式平整度儀、手推式斷面儀、激光斷面儀、超聲波斷面儀等等，這里就激光斷面儀作簡單介紹： 
3.1 激光斷面儀 
激光斷面儀是與激光測距儀為基礎(chǔ)，把激光測距儀固定在車體上，測試時(shí)激光測距儀始終監(jiān)測距路面高度，由于車體受路面平整度的影響，激光測距儀測出的距離并不能直接反映路面平整度，為此技術(shù)人員在車體上加裝了加速度傳感器，并對該加速度計(jì)輸出的加速度信號進(jìn)行積分處理。一次積分輸出速度信號、二次積分輸出位移信號，這樣就量化了車體受路面平整度影響產(chǎn)生的位移，用該信號同激光測距儀測出的信號進(jìn)行互差，消除車體的震動(dòng)位移采集到真實(shí)的路面斷面值。目前，澳大利亞ＡＲＲＢ公司研制的五激光斷面儀（簡稱5ＬＰ），該儀器測試速度為20-120ｋｍ/ｈ，擁有檢測速度快、效率高、測試精度高等優(yōu)點(diǎn)。該儀器五個(gè)激光探頭裝在測試車前的激光橫杠上，當(dāng)測試車每移動(dòng)約50ｍｍ，儀器就對其每條輪跡線和中線進(jìn)行縱向路面形狀的測量，并將數(shù)據(jù)在事后處理成為國際平整度指數(shù)ＩＲＩ值，同時(shí)計(jì)算輸出該車道的平整度值。因此，5ＬＰ對于高等級公路的檢測不僅快速高效，而且能準(zhǔn)確反映路面每個(gè)車道、每個(gè)位置的平整度真實(shí)情況，為高等級公路的施工、竣工驗(yàn)收、養(yǎng)護(hù)管理提供了科學(xué)依據(jù)。 

4 應(yīng)用五激光斷面儀檢測路面平整度應(yīng)注意的問題
（1） 路面清潔度對數(shù)據(jù)的影響。在路面檢測中，道路的表面清潔度對數(shù)據(jù)有著一定的影響。例如道路表面有樹葉等垃圾或雜物，當(dāng)測試車行駛經(jīng)過時(shí)，測試結(jié)果就有可能反映的是樹葉表面的平整度值，而無法測得路面的真實(shí)數(shù)據(jù)。
（2） 為確保測試結(jié)果的精確性，在測試過程中，應(yīng)使測試車始終保持勻速狀態(tài)。根據(jù)五激光斷面儀的標(biāo)定結(jié)果分析，該儀器在50～80ｋｍ的時(shí)速下數(shù)據(jù)更精確，所以在檢測中，應(yīng)維持正在測試的車道的暢通，減小車速的影響。 
（3） 當(dāng)檢測長坡路段時(shí)，應(yīng)注意上下坡時(shí)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。對于五激光斷面儀，下坡測得的平整度值一般略大于上坡測試的結(jié)果。為此，檢測人員應(yīng)掌握這個(gè)規(guī)律，以便在實(shí)際測試中的數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確可靠。 
（4） 測試車在不同的載重下對數(shù)據(jù)也存在一定影響，主要由于不同的載重會影響輪胎的氣壓等原因，造成測試車橫梁高度的變化，產(chǎn)生數(shù)據(jù)偏差。這就要求保證測試時(shí)車輛的荷載，一般僅由駕駛員和操作手兩人為宜。 
（5） 在雨天或路面潮濕有水的情況下，不能進(jìn)行檢測。以五激光斷面儀為例，當(dāng)路面有水時(shí)，激光發(fā)射到地面后會產(chǎn)生散射，因此測得的數(shù)據(jù)就不準(zhǔn)確。其它各類儀器也普遍存在這個(gè)問題。 
（6） 在測試過程中，應(yīng)合理的將測試距離進(jìn)行分段，根據(jù)主管部門或施工單位等的要求，可以按標(biāo)段、不同管轄路段及公樁等進(jìn)行分段，以便在檢測報(bào)告中更好地反映出結(jié)果，滿足受檢部門的需要。 
5　平整度檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢   

公路是我們業(yè)內(nèi)人的事業(yè)，同時(shí)又是全社會的公益福利。我國高等級公路起步較晚。但建設(shè)速度之快，在本世紀(jì)初，骨架路網(wǎng)絡(luò)基本形成。因此，不單要對施工過程質(zhì)量控制進(jìn)行檢測，對交工驗(yàn)收質(zhì)量評定檢測，而且要對公路的長期服務(wù)進(jìn)行檢測評定。我國已開展的路面管理系統(tǒng)（ＣＰＭＳ）就是一種科學(xué)的養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)，ＣＰＭＳ系統(tǒng)內(nèi)最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)就是平整度指標(biāo)。正在進(jìn)行開發(fā)研究的ＧＩＳ系統(tǒng)正是下一步公路信息向全社會開放與服務(wù)的前期研究。由此可見公路路面檢測的重要性。從檢測設(shè)備來看，由于使用條件與使用目的的不同，所以使用的設(shè)備也不盡相同，三米直尺、五米直尺、水平儀等傳統(tǒng)的檢測方法在施工過程中仍然有一定的作用，例如對路面面層以下各結(jié)構(gòu)層的檢測，方法簡便易行，對業(yè)主、監(jiān)理、施工單位來說，均不失為一種較好的方法。但近年來由于各種車載高效檢測設(shè)備擁有測試精度等級高，人為因素少，不用中斷交通等優(yōu)點(diǎn)，這種方法正在為各省市的質(zhì)監(jiān)部門所采用，高等級公路的平整度檢測事業(yè)也正朝著精確、快速、高效的方向發(fā)展。