自制松铺层平整度仪与八轮仪的试验结果分析

邵晓峰，汪飞田，王 睿，罗清云

（1．兴安盟交通建设工程质量监督局，内蒙古 乌兰浩特 137400；2．长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室，陕西 西安 710064）

0 引 言

平整度是路面施工质量评价及验收的一个重要指标，它不仅反映了车辆行驶的舒适度，而且影响路面的使用寿命［1－2］。常用的测量路面平整度的仪器有八轮仪、颠簸累积仪、3m直尺等［3］。八轮仪、颠簸累积仪主要适用于测量摊铺碾压完成后的成型路面的平整度，对于摊铺机摊铺的松铺层平整度无法测量［4－5］；3m 直尺虽然可以用于测量松铺层平整度，但混合料温度过高时直尺容易产生底面翘曲，影响平整度测定精度［6］。基于上述原因，本文自主研制用于测量松铺层平整度的仪器。该仪器测量原理与八轮仪相似，数据采集方便，测量效率高，混合料温度高时不产生翘曲变形。

目前，评价路面平整度的指标较多，如驾驶舒适度指数RQI、国际平整度指数IRI、平整度标准差σ、3m直尺测量的最大间隙等［7］。本文选用标准差σ作为检测指标，对检测结果进行对比分析，得出自制平整度仪的平整度检测值与八轮仪平整度检测值之间的关系，并分析其相关性。

1 平整度测量仪器

1．1 连续式八轮平整度仪

连续式八轮平整度仪（简称八轮仪）由一个3m长的机架、前后各4个行走轮（2个行走轮为一组，由杆件相连，杆件中点为机架铰接点）、中间1个测定轮以及具有数据采集、处理、存储、显示功能的系统组成，如图1所示［8］。机架可伸缩或折叠，机架中间测定轮能收起、放下；测定轮上装有位移传感器、距离传感器，用于测量八轮仪行走距离和路面平整度［9－10］。当行走轮遇到凸起物时，对机架铰接点的影响是凸起物高度的一半［11］。八轮仪每行走100mm测量1次路面纵向位移值，测量n次后，计算该区间的平整度标准差［12］。八轮仪自重较大，主要依靠牵引车拖行［13］。

图1 八轮仪结构

1．2 自制平整度仪

自制平整度仪主要由3个1m长的可折叠铝合金机架、前后各1个滑靴、中间1个测量靴以及具有数据采集、处理、存储、显示功能的系统组成，如图2所示。自制平整度仪通过装有位移传感器的滑靴测量路面平整度，能自动采集、处理和显示平整度测量值。自制平整度仪在测量平整度时，将安装在折叠梁上的测量靴放置在松铺层表面，利用位移传感器自动采集测量靴在竖直方向的位移数据；通过安装于摊铺机行走轮上的距离传感器测定行驶距离。每行走100mm测量1次路面纵向位移值，测量n次后，计算该区间的平整度标准差。

图2 自制平整度仪结构

2 试验数据采集与分析

2．1 试验数据采集

试验选取6段长度各为100m的典型路段，使用八轮仪和自制平整度测量仪在每个路段上进行等间隔（100mm）测量。检测结果排序之后的对比数据如图3所示。

2．2 试验数据相关性分析

（1）线性相关性。对数据进行线性相关性分析，X为自制平整度仪平整度检测值，Y为八轮仪平整度检测值，相关系数r的计算公式［14］为

图3 检测结果

式中：N为检测路段数；Xi为第i个检测路段自制平整度仪的平整度检测值（mm）；Yi为第i个检测路段八轮仪的平整度检测值（mm）；X－为自制平整度仪平整度检测结果平均值（mm）；Y－为八轮仪平整度检测结果平均值（mm）。

由式（1）得到相关系数r为0．93，表明二者有较强相关性，对X和Y进行线性回归分析，如图4所示，得到如下关系式。

式中：Y∧为八轮仪平整度检测估计值（mm）。

图4 线性拟合

（2）非线性相关性。对数据进行非线性相关性分析，两自变量的非线性回归曲线如图5所示，得到两者之间的关系见式（3），复相关系数计算公式见式（4）。

由式（4）得到复相关系数R为0．99，表明二者具有很强的相关性。

图5 非线性拟合

3 结果分析

上述相关性分析结果表明，八轮仪平整度检测值与自制平整度仪的平整度检测值之间的线性相关系数r为0．93，八轮仪平整度检测值与自制平整度仪平整度检测值之间的非线性的复相关系数R为0．99，两者具有很强相关性。由图4可以看出，在平整度数据较小时两者线性相关性较强，平整度数据较大时两者线性相关性较弱。这主要是由于，八轮仪的行走装置采用杠杆原理制作，降低了路面不平整对机架的影响，而自制平整度仪的行走装置未采用杠杆原理制作，路面平整度不好时对机架的影响较大［15－16］。通常摊铺机的摊铺平整度较好（标准差可控制在0．8mm以内），而且八轮仪与自制平整度仪测量原理基本一致。因此，在路面平整度数据较小时，两者测量数据之间应为线性关系（图6），自制平整度仪的平整度检测值可采用式（5）换算为八轮仪的平整度估计值。其相关系数为0．95，表明二者具有很强相关性。

图6 线性拟合

4 结 语

常用的测量路面平整度的仪器有八轮仪、颠簸累积仪、3m直尺等，八轮仪、颠簸累积仪主要适用于测量成型路面平整度，无法测量摊铺机摊铺的松铺层平整度；3m直尺虽然可以测量松铺层平整度，但高温沥青混合料会使直尺底面产生翘曲，影响平整度测定精度。因此，基于八轮仪测量原理，自主研制了一种测量松铺层平整度的仪器。

试验结果表明，八轮仪平整度检测值与自制平整度仪的平整度检测值之间具有很强相关性，路面平整度数据越小两者线性相关性越强，路面平整度数据越大两者线性相关性越弱。当摊铺机的摊铺平整度较高（平整度标准差小于0．8mm）时，两者检测数据之间具有较强线性相关性，可通过线性拟合公式将自制平整度仪的平整度检测值换算为八轮仪的平整度估计值。