基于路面跳车检测技术的研究

李中杰

（中国葛洲坝集团勘测设计有限公司，湖北 宜昌443002）

1 引言

路面跳车是由路面异常突起或沉陷等损坏引起的车辆突然颠簸。路面跳车影响因素包括水泥混凝土路面的错台，沥青路面的坑槽、拥包、沉陷、波浪，井盖凸起或者沉陷，路面与桥隧构造物异常连接引起的跳车。

2 路面跳车产生原因

路面跳车产生的因素具有多样性，主要原因是刚性桥涵等结构物与柔性路堤之间存在刚度差异，致使路桥过渡段在行车荷载的反复作用下，连接处两边发生了不均匀沉降，较大的沉降差形成台阶，从而引发路面跳车病害。

2.1 桥台等结构物和台背路基的沉降差

桥台、涵洞等结构物与其回填的台背路基在公路总体成型后，由于受到自身重力或者车辆荷载作用，均要产生不同程度的沉降或竖向压缩变形。由于两者之间的沉降差异会在行车方向产生纵向高差，从而导致路面跳车，这是路面跳车产生的重要方面。

2.2 不同类型填筑材料路基的沉降差

在路基填筑过程中，对于长年积水或受地表、地下水浸泡而形成淤泥质的地基，会造成地基土天然含水量高，孔隙比大、压缩性高、强度低，渗透系数小，地基沉降更为严重，而且需要相当长的时间才能趋于稳定。现场施工控制不到位或者换填不完全会造成路基长时间稳定过程，与正常路基形成沉降差。

3 路面跳车检测

3.1 检测原理

路面跳车检测基于激光测距原理，数据采集通过一种非接触式断面类距离测试设备。

测试系统主要包括系统处理器、激光器、距离传感器和计算机系统。通过激光传感器、加速度传感器和距离传感器，分别测量激光传感器到断面的垂向距离、激光传感器的垂向加速度和沿断面纵向行驶的距离，然后用下面的公式可计算得到断面的高程（20世纪60年代由美国通用汽车公司的Elson Spangler 和William Kelly 提出，仍然是目前国际上主要惯性断面类测量仪测量断面的理论基础），再计算出路面跳车指数。

式中：x——断面的纵向距离；

Z（x）——断面高程；

H（x）——激光传感器到断面的垂向距离；

At（x）——激光传感器的垂向加速度；

V2——沿断面纵向行驶速度的平方。

3.2 检测方法

3.2.1 准备工作

①安装设备，根据设备操作说明对测试系统传感器进行校准。②检查测试系统各部分应符合测试要求，不应有明显的可视性破损。③打开系统电源，启动控制程序，检查各部分工作状态。

3.2.2 测试步骤

①测试开始前让测试车以测试速度行驶5～10km，对设备进行预热。②测试车停在测试起点前50～100m 处，启动设备测试系统程序，按照设备操作手册的规定和测试路段的现场技术要求设置完毕所需的测试状态。③驾驶员按照要求驾驶车辆，避免急加速和急减速，沿正常行车轨迹测试路段。④进入测试路段后，测试人员启动系统采集和记录程序，在测试过程中必须实时关注设备检测状况。⑤测试完成后关闭测试设备，结束测试。

3.3 数据处理

根据JTG 5210—2018《公路技术状况评定标准》对路面跳车的计算要求[1]，计算由路面纵断面高差确定。路面跳车按下式计算得出：

式中：Δh——路面纵断面高差（cm），应为10m 路面纵断面最大高程和最小高程之差；

hi——第i 点的路面纵断面高程；

i——第i 个路面纵断面高程数据，应为自动化设备检测数据，每0.1m 计1 个高程，10m 路面纵断面共计100 个高程数据。

对于路面跳车应按表1的规定划分跳车程度。

表1 路面跳车程度划分标准

路面跳车应按处计算。若10m 路面纵断面存在轻度、中度或者重度路面跳车，则该10m 路面跳车应取严重程度最大的段落，计为1 处路面跳车[2]。路面跳车指数PBI，总体采用总体100 分制，对于测试路段得分采用扣分制，按下式计算：

式中：PBi——第i 类程度的路面跳车；

ai——第i 类程度的路面跳车单位扣分，按表2的规定取值；

i——路面跳车类型；

i0——路面跳车类型总数，取3。

表2 路面跳车程度扣分标准

2019年4月，湖北某高速公路进行了路面跳车检测，现选取样本K5+000.1～K5+010.0 进行数据分析，该路段路线顺直无设计纵坡、无桥梁伸缩缝等构件缝隙，数据如图1所示。

图1 路面纵向相对高程剖面图

根据规范要求对以上数据进行统计分析，可得出该高速公路K5+000.1～K5+010.0 路面纵断面高差：

计算可得该高速公路K5+000.1～K5+010.0 路面跳车程度为中度，路面跳车指数PBI，按下式计算：

4 结语

随着公路检测自动化技术的不断进步，根据我国公路养护管理的实际需要和国际上公路技术状况指标体系的构成情况，路面跳车指数已经正式出现在路况调查范围内，为积极实施预防性养护提供了依据[3]。目前，路面跳车检测仍处于日臻完善的阶段，在检测中需要对路面本身存在的纵坡、桥面伸缩缝等引起一定的重视，否则得到的检测数据会对结果判定有较大影响，希望能同本领域专家学者一起为完善公路技术状况评定提供更为科学、严谨的检测手段。