激光检测仪在沥青路面平整度检测中的应用

贺慧涛

（衡水中科公路工程试验检测有限公司，河北 衡水 053000）

1 沥青路面平整度检测的必要性

在沥青混凝土路面质量评估中，平整度是其重要考核指标之一。沥青混凝土路面的平整度在很大程度上决定了后期道路运行的平稳性、安全性，并且不平整路面易积滞雨水，长期作用下水损将降低路面耐久性及使用寿命。因此，为保证行车的安全性、舒适性以及道路的耐久性，施工单位针对沥青混凝土路面施工，不但要保证工艺科学合理，并且需采取可靠的检测技术确保质量达标，为道路运行提供可靠的运行条件。在实际的施工过程中，需结合项目的实际情况，采取一种或多种检测技术对沥青路面平整度进行检测，确保检测结果准确，从而提高沥青路面的施工质量。

2 路面平整度检测方案比选

某沥青路面公路呈南北走向，全长25.12km，设计为双向4车道，时速为80km/h。路面施工采用沥青混凝土，设计厚度为16.5cm。此公路项目建成后的通车量较大，因此对沥青混凝土路面的平整度要求较高，需采用合理的路面平整度检测技术进行检测。常见的检测技术主要有直尺检测技术、连续式平整度检测技术、车载式激光平整度检测仪技术、车载式颠簸累积仪技术等。现选取该公路某标段内的600m作为试验检测路段进行检测方案的比选分析。

2.1 直尺检测技术

平整度检测中，将3m直尺设置在道路路面纵向上。通过目测识别直尺与路面间的间隙，找到间隙最大的位置，将具有高度标线的塞尺插入间隙部位，测量最大间隙值，或通过深度尺测量直尺上顶面与地面的间距，测量获取的数据减去尺高即为平整度差值，单位精确到毫米。

2.2 连续式平整度仪检测技术

连续式平整度仪测量是基于人或车辆拉力作用，对仪器进行前拉。当道路不平整时，测量轮上下摇摆，带动位移传感器上下滑动。通过传感器正负电位输出值，进一步判断路面的平整度情况。连续式平整度仪不适合应用在破损严重的路面检测中。

2.3 车载式激光平整度仪检测技术

车载式激光平整度检测仪主要由车辆、陀螺仪、激光传感器等组成，配备了先进的采集及数据处理系统。当试验检测车辆匀速行驶在道路上，配置在汽车底盘的激光传感器对路面数据进行测量，再通过信号处理系统将激光传感器所发出的模拟信号转换为数字信号，并进行储存。车辆在不断移动，检测数据采集也在不间断更新，通过数据分析系统并结合平整度指数可得检测结果。车载式激光平整度检测仪在应用过程中不需要接触路面，且检测效率高、检测精度高。除此之外，车载式激光平整度检测仪还能实现路面纵断面、车辙等检测工作，应用范围广且价值突出。

2.4 车载式颠簸累积仪检测技术

车载式颠簸累积仪借助车辆行驶状态下的振动测量原理，通过机械传感器获取相关位移信息，从而判定路面平整度情况。具体参照后轴和车辆间发生单向位移过程中的颠簸累计值。颠簸累计值超出合理范围时，表明路面平整度较差，可根据具体数据结合施工情况进行质量优化，提高路面平整度。

由于该公路工程项目有25.12km，相对来说较长，根据项目的实际情况和现有的检测设备，决定采用激光检测仪对该公路路面的平整度进行检测。

3 车载式激光平整度检测仪的特点

本项目检测使用的车载式激光平整度检测仪名称为车载式激光多功能测试仪，不仅能检测路面的平整度，还能检测构造深度、车辙。该仪器分别由承载车辆、加速度传感器、激光传感器、距离传感器和主控制系统组成，其设计检测距离精度控制在1%内。承载车辆主要用于载运激光平整度检测仪整套系统的仪器设备，其内部按照设备要求布局进行专用车辆设计，能有效保障检测结果的准确性。

加速度传感器主要用于测量检测车车身的垂向运动，目的是感应道路纵断面的低频成分。加速度传感器采用高精度伺服式零频加速度传感器，设计检测准确度为1mg，测量范围控制在±5g，当检测车驶过被测路面时，检测仪整个系统运用计算机二次积分算法处理实时采集的路面平整度数据，将加速度传感器测得的垂向加速度信号转换成道路纵向断面的垂向高程，同时也通过行驶车速的变化转化得到车身与纵向断面的相对位移数据。

激光位移传感器主要用于测量检测车车身与道路纵断面的垂向相对位移，目的是感应道路纵向断面的高频成分，且位移传感器需采用宽频带高响应频率激光位移传感器，目前是将其与加速度传感器测量经二次积分计算得到的道路纵向断面垂向高程进行矢量合成，可得到道路纵向断面真实的相对高程，其测量范围控制在200mm内，准确度小于0.5mm。距离传感器主要用于测量道路纵向断面纵向位置距离，同时为测量过程提供标准时序，其距离检测精度可控制在0.1%范围内。

4 车载式激光平整度仪的检测原理

通过距离传感器、加速度传感器和激光传感器，分别测量检测车沿断面纵向行驶的距离、激光传感器的纵向加速度和激光传感器到断面的垂直距离，然后测量出断面高程。便携式计算机通过系统软件控制整个测试过程，并且对路面高程差进行存储，利用软件计算平整度指数。

5 车载式激光平整度仪检测过程

参照《公路路基路面现场测试规程》（JTG 3450—2019）中使用车载式激光平整度仪测定平整度的方法，检测分为以下步骤：

（1）准备工作。安装检测仪器，开启检测设备，检查仪器设备工作性能是否正常（包括检测车自身性能），校准检测设备。

（2）预设待检测路面基本信息，并进行激光标定。由于结构物和施工缝等对平整度检测结果影响较大，所以在检测前要提前记录道路结构物桩号及具体位置，检测随行人员在检测过程中及时进行标注。如果是首次使用或间隔一段时间再使用，或发现数据异常都需重新标定加速度传感器以及距离传感器。

（3）进行检测系统预热，为正常检测进行调试（通常行驶5～10km）。

（4）按照软件操作流程以及现场技术要求，对路面情况进行数据采集，进行平整度检测。

（5）停止检测并恢复仪器各部分至初始状态。

（6）检查检测结果的正确性、完整性（包括检测桩号准确性、完整性，异常数据原因），如有错误，则重新检测。

（7）关闭系统，整理仪器，结束测试。

6 数据处理

车载式激光平整度检测仪属于集成化智能设备，操作简单快捷。按上述步骤采集及输入相关参数后，由便携式计算机中的检测系统自动进行数据处理，将相关数据计算结果汇总后转换为Excel数据表，可直接导出文件数据。

7 检测结果分析

影响沥青路面平整度检测结果的因素主要涉及3个方面：路面施工原材料控制、施工工艺控制及检测过程控制。检测过程中的影响因素主要包括测试温度、测试车速、轮胎气压、外界光线强弱、路面新旧程度等。本文主要针对检测过程对平整度的影响进行分析，忽略原材料及施工工艺的影响，主要对检测速度、路面新旧程度两方面进行对比试验。采用以上激光平整度检测仪对该公路某试验路段的路面进行检测，结果如表1所示。

表1 激光平整度仪检测结果

表1 （续）

由于连续式平整度检测技术的精度较高，为进一步验证激光平整度检测仪的检测效果，对该试验路段同样采用连续式平整度检测技术进行检测，结果如表2所示。同时对该试验路段采用车辙式颠簸累积仪技术进行检测，结果如表3所示。

表2 连续式平整度仪检测结果

表3 车辙式颠簸累积仪检测结果

由表1和表2的结果可知，采用上述两种方法进行平整度检测，平整度指数IRI基本一致，表明两种方法都能达到预期的效果，但激光平整度检测仪的检测效果更高，速度很快。由表3可知，其检测结果与表1和表2相差较大，表明车辙式颠簸累积仪检测出来的平整度指数IRI精度比连续式平整度检测和激光平整度检测仪检测出来的平整度指数IRI精度要低。由此可见，激光平整度检测仪对路面进行检测的精度更高、速度更快，可应用于整条公路的检测中。

8 结语

在沥青混凝土路面工程质量评价中，路面平整度是一项关键指标。受到路基施工、基层施工、原材料及混合料、路面摊铺碾压工艺的影响，路面有时会存在平整度不良的问题。路面平整度不达标会降低驾驶体验，甚至威胁道路运行安全。因此，做好沥青混凝土路面施工工作尤为重要，需施工单位结合工程实际明确具体影响因素，并制定科学的施工控制方案，同时借助先进的路面平整度检测技术对路面质量进行把关，这样才能切实发挥沥青混凝土路面施工技术的价值，促进道路工程建设可持续发展。