沥青路面平整度检测技术探析

2012-09-25朱万红

城市道桥与防洪 2012年4期

朱万红

（厦门百城建设投资有限公司，福建厦门 361009）

0 前言

随着经济的迅速发展。我国汽车工业正在突飞猛进地发展，人们对“行”的要求在不断提升，越来越重视行车的舒适度，尤其对路面的平整度要求越来越高。沥青平整度是沥青路面施工质量与服务水平的重要指标之一。它是指以规定的标准量规，间断地或连续地量测路表面的凹凸情况，即不平整度的指标。路面的平整度与路面各结构层次的平整状况有着一定的联系，即各层次的平整效果将累积反映到路面表面上，路面面层由于直接与车辆接触，不平整的表面将会增大行车阻力，将使车辆产生附加振动作用。平整度不佳，不仅难以满足汽车高速行驶的要求，而且还会增加汽车的燃耗和轮胎磨损，加大运输成本和运输时间，降低社会经济效益，甚至会危及行车安全。同时车辆冲击力越大，对道路的破坏越严重，会大大降低道路工程的投资效益，增加后期的养护维修费用。所以路面平整度成为衡量高等级道路性能的一项重要指标。因此加大沥青路面平整度检测，严把沥青路面施工质量就显得尤为重要。目前，我国针对沥青路面检测技术开展了深入研究，自20世纪80年代以来，通过设备和技术引进和自主开发，我国在路面检测技术方面也取得了很大进展。

平整度的检测设备分为断面类及反应类两大类。断面类实际上是测定路面表面凹凸情况的，如最常用的3 m直尺及连续式平整度仪和激光路面平整度测定仪等，也可通过精确测定高程得到；反应类测定路面凹凸引起车辆振动的颠簸情况。反应类指标是司机和乘客直接感受到的平整度指标，因此它实际上是舒适性能指标，最常用的检测设备是车载式颠簸累积仪。现已有更新型的自动化检测设备，如纵断面分析仪，路面平整度数据采集系统测定车等。目前常见几种平整度检测方法的特点及技术指标比较见表1所列。国际上通用国际平整度指数IRI衡量路面行驶舒适性或路面行驶质量，可通过标定试验得出IRI与标准差σ或单向累计值VBI之间的关系。

表1 平整度检测方法比较一览表

1 3 m直尺法

3 m直尺测定法有单尺测定最大间隙及等距离（1.5 m）连续测定两种。两种方法测定的路面平整度有较好的相关关系。前者常用于施工质量控制与检查验收，单尺测定时要计算出测定段的合格率；等距离连续测试也可用于施工质量检查验收，要算出标准差，用标准差来表示平整程度。但该方法比较落后，测量效率低下，操作者需要低头弯腰，现已用得较少。

2 连续式平整度仪法

连续式平整度仪测量时由人或车拉动该仪器前进，由于路面不平引起测量小轮上下摆动，并带动位移传感器的测杆在传感器的小孔槽里上下滑动。这样就可以根据传感器输出的电位的正负及其大小来确定路面平整度。采用该类测定仪灵活性较大，既可人拖，也可车拉，但检测效率较低（检测速度不大于12 km/h）。该方法适用于测定路表面的平整度，评定路面的施工质量和使用质量，但不适用于在已有较多坑槽、破坏严重的路面上测定。

连续式平整度仪的标准长度为3 m，构造如图1所示,其质量应符合仪器标准的要求。中间为一个3 m长的机架，机架可缩短或折叠，前后各有4个行走轮，前后两组轮的轴间距离为3 m。机架中间有一个能起落的测定轮。机架上装有蓄电源及可拆卸的检测箱，检测箱可采用显示、记录、打印或绘图等方式输出检测结果。测定轮上装有位移传感器，自动采集位移数据时，测定间距为10 cm，每一计算区间的长度为100 m，100 m输出一次结果。当为人工检测，无自动采集数据及计算功能时，应能记录检测曲线。机架头装有一牵引钩及手拉柄，可用人力或汽车牵引。

图1 连续式平整度仪构造图1-脚轮；2-拉簧；3-离合器；4-测架；5-牵引架；6-前架；7-纵断面绘图仪；8-测定轮；9-纵梁；10-后架

连续式平整度测定仪测定后，可按每10 cm间距采集的位移值自动计算100 m计算区间的平整度标准差，还可记录检测长度、曲线振幅大于某一定值（3 mm、5 mm、8 mm、10 mm等）的次数、曲线振幅的单向（凸起或凹下）累计值及以3 m机架为基准的中点路面偏差曲线图，并打印输出。当为人工计算时，在记录曲线上任意设一基准线，每隔一定距离（宜为1.5 m）读取曲线偏离基准线的偏离位移值di。每一计算区间的路面平整度以该区间测定结果的标准差表示，按式（1）计算：式中：σi——各计算区间的平整度计算值，mm；

di——以100 m为一个计算区间，每隔一定距离（自动采集间距为10 cm，人工采集间距为1.5 m）采集的路面凹凸偏差位移值，mm；

n——计算区间用于计算标准差的检测数据

个数。

最后可计算出一个评定路段内各区间平整度标准差的平均值、标准差、变异系数。

3 激光平整度仪法

图2 激光平整度仪安装示意图

激光平整度仪，构造如图2所示，采用激光传感器和距离传感器组合成惯性参照路面纵断面剖面检测系统，通过对应于轮迹为止的激光传感器测得距离路面的高度，随着车辆的行使可以得到路面纵向断面，即可计算纵向平整度，其中车辆振动带来的影响通过加速度传感器（对应左右轮迹各一个）记录数据的两次积分来扣除；惯性运动传感器可以反映水平纵向、水平横向和竖向的角度，扫描得到的数据经专业软件分析后可以输出各种评价指标，包括：国际平整度指标（IRI）、平整度标准差（σ）、观测打分值（RN）、行驶质量指数（RQI）等参数。该系统可在正常车速的条件下对路面进行长距离快速自动检测与现场计算机数据分析与评价。

激光平整度仪检测速度快，是传统检测方法的几倍甚至是几十倍；可充分保证路面检测的高精度，其检测精度高达0.1 mm，样点采集间距0.13 mm，检测车速可达到80 km/h，适用于高速公路、城市道路、机场跑道路面的建设、大规模公路路面病害数据采集等工作中；可直接检测和输出IRI值、行使质量指数、纵断面及几何参数，如坡度值、曲率半径或曲率数据等，且精确可靠；取消了人为操作，实现计算机自动化，更好地保证测试的精度和准确性；功能强，除可检测路面平整度外，还可用于测量路面纹理和车辙深度等。

4 车载式颠簸累积仪法

车载式颠簸累积仪测定时检测车以一定的速度在路面上行使，路面的凹凸不平引起汽车的激振，通过机械传感器可测量后轴同车厢之间的单向位移累积值 VBI，以 cm/km计。 VBI越大，说明路面平整度越差。车载式颠簸累积仪测定路面平整度速度快，价格低廉，操作简便。可用其检测的结果评定路面的施工质量和使用期的舒适性。

车载式颠簸累积仪：由机械传感器、数据处理器及微型打印机组成，传感器固定安装在检测车的底板上，如图3所示。检测结果与检测车机械系统的振动特性和车辆行驶速度有关。减振性能好，则VBI测值小；车速越高，VBI测值越大。因此必须通过对机械系统的良好保养和检测时严格控制车速来保持测定结果的稳定性。用车载式颠簸累积仪测出的颠簸累积值VBI，与用连续式平整仪测出的标准差σ概念不同，可通过对比试验，建立两者的相关关系，将VBI值换算为σ，用于路面平整度评定。通过大量研究观察得出：σ=0.61IRI。国际不整度指数IRI是国际上公认的衡量路面行驶舒适性或路面行驶质量的指数。也可通过标定试验，建立VBI与IRI的相关关系，将颠簸累积仪测出的颠簸累积值VBI换算为国际平整度指数IRI。