激光自动弯沉车影响测值因素研究
2014-09-25刘建伟
罗 祥，刘建伟
(益阳市交通建设工程试验检测有限公司，湖南益阳 413000)
传统弯沉检测主要使用贝克曼梁，因其效率低、精度差，已不能适应于现代交通要求。随着上世纪80年代，公路检测中应用计算机和电子信息技术，经过近30 a的发展，国内外道路自动化检测设备得到推广，我国借鉴国外经验并结合自身实际情况，生产了激光自动弯沉车。由于工程使用受一些因素的影响，导致检测数据存在偏差。本文以JG－2005激光自动弯沉仪为研究对象，通过数据分析找出影响测试结果的因素，降低检测过程中数据的不确定性。
1 温湿度影响分析
路面温度越高、湿度越大，弯沉测值就越大。因为随着温湿度变化，路面也产生微小变化，这种变化直接影响所测弯沉。
1.1 试验方案
为探讨温湿度对路面的影响，选择试验路段路基及AC路面各1 km进行弯沉测试。在不同的季节、不同温湿度的条件下，A方案为自动弯沉车检测，B方案为贝克曼梁法，对两者相关性进行分析，确定两者之间的检测数据是否存在差异，并对该时段路基或路面的含水情况进行检测。弯沉车标定后，采样布局调整为10 m。
1.2 数据分析
通过2种不同的方法测定不同温度条件下的弯沉如表1。
通过对2种方案比较，说明在不同的地表温度测得2种方法所得到的数据基本一致，但随着湿度不同，其路面变化较大。在检测路基弯沉中，地下水的作用直接影响到路基的回弹模量，而弯沉值大小90%取决路基的回弹弯沉。通过试验发现:春夏交替季节(即以上试验在19～25℃地表温度)，由于地下水影响，所测的同一路段的弯沉值较秋季所测的大12%左右。
表1 不同温度下的弯沉值
我国南方地区容易出现温湿急剧变化的情况，所以利用自动弯沉车在环境变化(如突然降雨或降温)时，应该立即终止测量，以保证所得数据的有效、真实。
2 测试速度的影响分析
JG－2005型激光自动弯沉车测试车速的变化直接反映为:弯沉车对路基、路面作用的时间不同，导致使检测点荷载变形量相异。因此，车速成为影响自动弯沉车数据大小的一个重要因素。JG－2005型激光自动弯沉车速可以达到6 km/h，对不同车速与弯沉建立相关性，将其影响大小数量化。
2.1 试验方案
为探讨车速影响弯沉测试结果，试验中保证外界温度、湿度变化较小，选择3条典型的试验路段，其结构类型分别为:SMA路面、AC路面和路基。通过以下步骤进行检测:
1)数据采集的方式:对3条典型路段选取测试长度为1 km，采样步距10 m。
2)标定测试车:通过增减砝码使得测试车后轴轴重100 kN，轮胎气0.7 MPa。
3)试验检测:分别以 2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 km/h对同一路段测试。测试完一次，停30 min后进行下一次测试，保证温差变化小的且路面有足够时间恢复变形。
2.2 数据分析
对3条路段的检测数据进行整理，为保证数据能够真实反映不同车速对弯沉的影响程度，取每公里弯沉的平均值做分析。测得的数据如表2所示。
为保证试验具有代表性，选用3条试验路涵盖所有的弯沉水平，选用SMA路面代表较小的弯沉值，AC路面代表弯沉中等水平，土路基代表弯沉较大路段。对各典型路段进行回归分析，同时令速度为零时，表示路面弯沉的真实值，得出其影响程度，如表3所示。
表2 不同速度下的弯沉值
表3 不同速度下对测值的影响
从分析的数据可以看出:弯沉值小于10时，回归所得到的相关性系数低，可见检测车速对所检结果影响很小，所以弯沉较小时，速度对其测值影响忽略不计。随着弯沉值的增大，影响程度明显增加。当弯沉值大于50时，车速增加1 km/h，其弯沉值的影响度大于3%，从表2可以看出，车速在3～4 km/h时3条路的弯沉较稳定，所以JTJ E60－2008公路路基路面现场测试规程要求车速在3.5 km/h。
3 路段上下纵坡对测值影响分析
在一定纵坡下进行弯沉测试，受力情况如图1所示。
图1 自动弯沉仪纵坡检测的受力分析图
根据力的平衡分析N=Gcosα，弯沉是垂直于路面作用力产生的变形，该点受力大小N，由于坡度存在明显小于轴载G。所以当存在一定坡度时，对测试结果是偏小。在一定纵坡下使用贝克曼梁弯沉仪与自动弯沉车比较两者之间是否存在差异，从而判断不同方法检测同一指标是否存在差异。
3.1 试验方案
标定标准车轴重和胎压。选择某公路同一路面结构的6段不同纵坡路段，每试验路测量长度为400 m。自动弯沉车和贝克曼梁测试的车速统一为4 km/h，采样步距为10 m，上坡后0.5 h进行下坡测试，得到每段的弯沉平均值。
3.2 数据分析
对不同坡度下2种测量方法，得到其不同坡度下平均弯沉值，其数据如表4。
对自动弯沉车和贝克曼梁所得数据进行差异分析，对不同坡度和上(下)坡两者偏差进行相关性分析，得到上坡的相关方程为:y=0.450 6x2+3.027 6x－0.407 7，相关系数 R2=0.82，如图 2;得到下坡的相关方程为:y=0.497 7x2－4.604 8x+0.898 0，相关系数 R2=0.80，如图3。
从上(下)坡两者偏差值可以看出:当坡度小于1%时，2种方法测得的数据偏差较小，说明2种方法测得结果无明显差异。当坡度超过1.5%这种差异很明显。这是因为自动弯沉车轴载的重心比贝克曼梁检测车靠后，上坡时相当于后轮轴荷载增加，下坡时使荷载减小，导致两者差异。
表4 不同坡度下平均弯沉值
图2 上坡路段偏差分析图
图3 下坡路段偏差分析图
4 路段横坡对测值影响分析
对互通匝道进行弯沉的检测，由于该路段横坡明显变化较大，根据JTG E60－2008规范要求路面横坡大于4%时对弯沉值进行修正。对于部分匝道的横坡过大，导致自动弯沉车测得的数据不稳定，影响测试的准确性。
4.1 试验方案
选某高速的5段有代表性匝道。每段的长度为100 m。激光自动弯沉车的采样步距为10 m，测试速度为4 km/h，标定弯沉车后，第1次测量0.5 h后进行第2次重复测量。其试验路段具体参数见表5。
4.2 数据分析
对5条试验路利用自动弯沉车进行检测，取右轮的弯沉值做分析。具体数据如表6。
表5 所选试验段纵、横坡参数表
表6 不同纵坡下重复测量弯沉汇总表
为判断不同横坡下检测数据的重复性，用spss统计软件进行分析，通过对不同的横坡进行T检 验，通过双尾检验的结果分析数据见表7。
表7 不同横坡条件下数据重复性样本分析
从上表可以看出，不同的坡度得到的Sig.(2－tailed)都大于0.05，表明在置信区间为95%条件下，两组检测结果没有显著性差异。表明了在不同的坡度条件下测试的数据是稳定的，说明在不同横坡条件下得到的数据是有效的。
5 其他因素影响分析
自动弯沉车在检测过程中会受外部环境、设备自身、检测人员的影响，使得检测数据存在偏差。
5.1 外部环境的影响
除了温湿度对测量的影响外，还有电磁波、干扰信号等对检测数据带来一定影响。所以在高压电线、无线电波发射站等特殊地点，要随时观测数据是否波动过大。
5.2 检测人员的影响
由于人为因素造成激光自动弯沉车的效率低下、数据错误甚至引起安全事故，这就要求我们注重人员培训教育。
1)组织不协调，导致检测的效率降低。JG－2005型自动化设备，检测时测试梁需要人工放梁，需要现场配合较好。对正在运营的公路检测时，需要交通部门配合。保证其他通行车辆的安全，同时降低车辆对检测的干扰。保障人员的安全的同时还要提高工作效率。
2)操作人员对仪器及其原理了解不够深入。在测试中，如出现数据波动较大，要对该段数据综合分析，考察实际情况否存在颠簸;对于急转弯的车道，由于测试梁臂较长，易造成“断梁”现象;在非直线状态下，梁臂可能会摩擦轮胎，需要工作人员随时观察测量梁臂的情况，防止压梁;这些都对技术人员需要较高专业素养和操作水平。
5.3 仪器设备影响
自动弯沉仪存在设备自身因素的影响，导致所得数据偏差较大。忽视这些因素，易导致左右轮的检测弯沉的平均值相差较大，同时数据极其不稳定。通过总结以往经验，得出仪器自身原因影响数据可靠性，其主要有以下几个方面:
1)测试车的左右轮气压没有标定，引起车载配重加载于两轮有差异，使两者弯沉测值有偏差。通过实验证明，当两轮胎气压相差5%，两轮所测数据相差3%。
2)设备随使用时间增加，零部件日益磨损。为保证测试的正常进行，对仪器的保养非常重要，特别注重测试后对设备的进行养护、维修。降低由于设备自身原因造成数据测量的偏真。
6 结语
本文针对以上各种因素的分析，提出以下几点建议:
1)对湿度影响路面检测可以采用季节因素影响进行修正，需要对该设备添加相应的程序，保证不同气候条件下能较准确的反映弯沉实际水平。
2)由于设备不同的厂家、不同型号。可以提出自己相应的修正系数或参数，前提建立在大量的科学试验上。
3)对于自动弯沉车的测试速度虽然仪器规定可以大于6 km/h，但是实际操作中还是按照规范的建议值，得到较稳定的数据。
4)对于路段的纵坡对弯沉车测试产生的影响，我们以往不够重视，需要提出一个新的修正。
5)横坡对弯沉值的测定虽然有一定的影响，自动弯沉车能自动对横坡修正，得到较有效的数据。
6)对仪器设备的日常维护以及工作人员的教育培训应更加注重，培养成一支人与人、设备与人高度配合和协调的检测队伍。
［1］JTG E60－2008，公路路基路面现场测试规程［S］.
［2］李 刚.自动弯沉仪检测路面弯沉影响因素分析［J］.公路交通科技，2006，21(10).
［3］赵品余.激光自动弯沉仪应用研究［D］.长沙:长沙理工大学，2012.
［4］黄小文，邓 华，等.自动弯沉车与贝克曼梁弯沉检测对比分析［J］. 交通标准化，2011(8).
［5］常成利，和 松.路面自动弯沉仪测试数据的修正技术［J］.公路，2005(5).
