高等级公(gōng)路路面平整度的10种检测方法

高等级公(gōng)路路面平整度的10种检测方法

随着我國(guó)公(gōng)路等级的不断提高，高等级公(gōng)路网络的日益完善，如何对路面质(zhì)量进行检测评定，是当前一个十分(fēn)重要的课题。在路面诸多(duō)检查项目评定指标中(zhōng)，平整度占评定项目总分(fēn)数的15%～20%，足见其重要地位。  
1　平整度检测评定指标  

路面平整度的检测输出指数比较多(duō)，有(yǒu)些國(guó)家地區(qū)使用(yòng)的检测指标，比如：澳大利亚的ＮＡＡＳＲＡ指数，法國(guó)的ＡＰＬ指数，加拿(ná)大的ＰＳＩ指数，也有(yǒu)世界性组织國(guó)际上较為(wèi)通用(yòng)的國(guó)际平整度ＩＲＩ。也有(yǒu)相关行业如：汽車(chē)设计研究行业评价路面的ＰＳＤ指数等。而在我國(guó)，常用(yòng)的还有(yǒu)三米直尺量测的最大间隙ｈ及标准偏差σ。下面就我國(guó)常用(yòng)的几种指标及國(guó)际平整度指数ＩＲＩ进行简单介绍： 
1.1 三米直尺量测的最大间隙ｈ 
三米直尺是由硬木(mù)或铝合金等材料制成，底面平直，長(cháng)3ｍ。在测试前将三米直尺放在車(chē)道一侧車(chē)轮轮迹（距車(chē)道線(xiàn)80～100ｃｍ）上，对旧路已形成車(chē)辙的路面，应取車(chē)辙中(zhōng)间位置為(wèi)测定位置，然后用(yòng)粉筆(bǐ)在路面上作(zuò)好标记。测试时，目测三米直尺底面与路面之间的最大间隙位置，用(yòng)有(yǒu)高度标線(xiàn)的塞尺塞进间隙处，量测最大间隙的高度ｈ（ｍｍ），要求准确至0.2ｍｍ。按《公(gōng)路工(gōng)程质(zhì)量检验评定标准》（ＪＴＪ071-94）的规定，每200ｍ测试两处，每处要求连续10尺，然后计算10个最大间隙的平均值、不合格尺数及合格率。这种测试方法由于全部由人工(gōng)操作(zuò)，因此人為(wèi)因素大、精(jīng)度低、测试效率低，只适用(yòng)于在建道路施工(gōng)过程进行质(zhì)量控制，不适于高等级公(gōng)路竣工(gōng)验收和日后运行中(zhōng)进行检测评定。 

1.2 标准差σ 
标准差σ是指八轮平整度仪测试输出的平整度数据。八轮平整度仪是以3ｍ長(cháng)桁架铰接对分(fēn)小(xiǎo)梁為(wèi)基准，中(zhōng)间机架可(kě)伸缩或折叠，前后各有(yǒu)四个行車(chē)轮，前后两组轮的轴间距离為(wèi)3ｍ。在机架中(zhōng)间有(yǒu)一个能(néng)起落的测定轮，测定轮上装(zhuāng)有(yǒu)位移传感器和距离传感器，测定时以仪器着地的八个轮為(wèi)相对基准面，沿路面某一纵向位置以一定间隔量（如桁架每移动25ｃｍ）采集测试轮的单向垂直位移数值，再用(yòng)数理(lǐ)统计的方法来计算100ｍ中(zhōng)所有(yǒu)数据（若间隔為(wèi)25ｃｍ，则100ｍ有(yǒu)400个数据）的方差，此方差即我们通常所说的标准偏差σ。 

1.3 國(guó)际平整度指数ＩＲＩ 
為(wèi)了检测路面平整度，世界各國(guó)研制出许多(duō)相关的仪器设备，如美國(guó)、加拿(ná)大的四分(fēn)之一車(chē)，英國(guó)的标准颠簸累积仪，法國(guó)的纵断面分(fēn)析仪，澳大利亚的平整度数据采集系统等。这些设备在当时的使用(yòng)情况都不错，但因彼此之间未建立定量关系，其检测到的数据无法对比。因此，為(wèi)了客观定量分(fēn)析路面平整度，世界银行在七十年代末八十年代初组织了世界有(yǒu)关专家及各國(guó)测定平整度的主要仪器，在巴西利亚进行研究试验，最后在1986年提出了國(guó)际平整度粗糙指数ＩＲＩ概念。 

ＩＲＩ的定义是：模拟标准車(chē)在80ｋｍ/ｈ速度条件下，車(chē)身悬架的总位移（单位為(wèi)ｍ）与行驶距离（单位為(wèi)ｋｍ）之此，同时发表了采用(yòng)精(jīng)密水准仪测得路面一定间隔（如每25ｃｍ或50ｃｍ）的高程，计算ＩＲＩ的算式和计算程序， 的真实纵断面情况表征為(wèi)國(guó)际平整度指数ＩＲＩ，从而把过去世界各國(guó)不同的平整度仪测试结果指标统一到ＩＲＩ来，國(guó)际平整度指数ＩＲＩ是世行组织召集世界各國(guó)专家學(xué)者，考虑了公(gōng)路路面的長(cháng)波模型、短波模型、台阶模型以及专家模型等向世界各國(guó)推荐的。所以从技(jì )术上比较全面、合理(lǐ)。这对世界路面平整度测量是一个重大的贡献，目前ＩＲＩ已发展成各國(guó)平整度的通用(yòng)指标，包括现在最先进的采用(yòng)激光技(jì )术的平整度检测设备均可(kě)直接输出ＩＲＩ的指标数值。 

2　新(xīn)检评标准中(zhōng)平整度的相关问题 
鉴于國(guó)内十余年来路面平整度仪器设备的研究开发和应用(yòng)发展情况，颠簸累积仪已从广泛用(yòng)于现有(yǒu)路网路面平整度测定，发展成為(wèi)可(kě)完全满足新(xīn)建路面竣工(gōng)验收需要的检测手段，故新(xīn)检评标准采用(yòng)较高级的自动或半自动化检测设备，不再单指连续平整度仪（即八轮平整度仪），并引入了國(guó)际通用(yòng)的國(guó)际平整指数ＩＲＩ。 

2.1 采用(yòng)ＩＲＩ作(zuò)為(wèi)路面平整度的检测和评定指标的必要性 
為(wèi)了客观准确高效地检测和评定路面平整度，平整度指数的设置要具(jù)有(yǒu)合理(lǐ)性。我國(guó)过去使用(yòng)较多(duō)的仪器有(yǒu)三米直尺和连续式平整度仪等，这些仪器受長(cháng)度和速度的限制，难以反映较高車(chē)速下路面较長(cháng)波長(cháng)的颠簸和起伏。另外连续式平整度仪在使用(yòng)中(zhōng)还存在测试效率低、速度慢、机械配置庞大而笨重、测定精(jīng)度差、再现性差等问题。因此，為(wèi)提高平整度测试的精(jīng)确度及与國(guó)际通用(yòng)指标保持一致，有(yǒu)必要在规范中(zhōng)采用(yòng)國(guó)际平整度指数ＩＲＩ作(zuò)為(wèi)路面平整度的检测和评定指标。 

2.2 新(xīn)标准ＩＲＩ界限值界定 
我國(guó)从“七五”开始，在路面管理(lǐ)系统中(zhōng)采用(yòng)ＩＲＩ作(zuò)為(wèi)路面平整度指标，已实际使用(yòng)了十余年，测得了数万公(gōng)里的沥青路面的ＩＲＩ值，為(wèi)干線(xiàn)公(gōng)路路面评价、养护决策提供了重要的基础数据。同时，交通部公(gōng)路科(kē)學(xué)研究所曾多(duō)次在北京、上海、南京、長(cháng)春、太原等地对國(guó)际平整度指数ＩＲＩ与平整度标准差σ进行了大量的对比试验，全部试验结果表明二者之间具(jù)有(yǒu)良好的相关关系：σ=0.5926ＩＲＩ+0.013，相关系数ｒ=0.9875.為(wèi)了便于应用(yòng)，一般取σ=0.6ＩＲＩ。 
3　平整度检测设备介绍   

因為(wèi)路面平整度的检测比较重要，各國(guó)相继研制了各种各样的平整度检测设备及评价方法，目前主要的有(yǒu)多(duō)轮式平整度仪、响应式平整度仪、手推式断面仪、激光断面仪、超声波断面仪等等，这里就激光断面仪作(zuò)简单介绍： 
3.1 激光断面仪 
激光断面仪是与激光测距仪為(wèi)基础，把激光测距仪固定在車(chē)體(tǐ)上，测试时激光测距仪始终监测距路面高度，由于車(chē)體(tǐ)受路面平整度的影响，激光测距仪测出的距离并不能(néng)直接反映路面平整度，為(wèi)此技(jì )术人员在車(chē)體(tǐ)上加装(zhuāng)了加速度传感器，并对该加速度计输出的加速度信号进行积分(fēn)处理(lǐ)。一次积分(fēn)输出速度信号、二次积分(fēn)输出位移信号，这样就量化了車(chē)體(tǐ)受路面平整度影响产(chǎn)生的位移，用(yòng)该信号同激光测距仪测出的信号进行互差，消除車(chē)體(tǐ)的震动位移采集到真实的路面断面值。目前，澳大利亚ＡＲＲＢ公(gōng)司研制的五激光断面仪（简称5ＬＰ），该仪器测试速度為(wèi)20-120ｋｍ/ｈ，拥有(yǒu)检测速度快、效率高、测试精(jīng)度高等优点。该仪器五个激光探头装(zhuāng)在测试車(chē)前的激光横杠上，当测试車(chē)每移动约50ｍｍ，仪器就对其每条轮迹線(xiàn)和中(zhōng)線(xiàn)进行纵向路面形状的测量，并将数据在事后处理(lǐ)成為(wèi)國(guó)际平整度指数ＩＲＩ值，同时计算输出该車(chē)道的平整度值。因此，5ＬＰ对于高等级公(gōng)路的检测不仅快速高效，而且能(néng)准确反映路面每个車(chē)道、每个位置的平整度真实情况，為(wèi)高等级公(gōng)路的施工(gōng)、竣工(gōng)验收、养护管理(lǐ)提供了科(kē)學(xué)依据。 

4 应用(yòng)五激光断面仪检测路面平整度应注意的问题
（1） 路面清洁度对数据的影响。在路面检测中(zhōng)，道路的表面清洁度对数据有(yǒu)着一定的影响。例如道路表面有(yǒu)树叶等垃圾或杂物(wù)，当测试車(chē)行驶经过时，测试结果就有(yǒu)可(kě)能(néng)反映的是树叶表面的平整度值，而无法测得路面的真实数据。
（2） 為(wèi)确保测试结果的精(jīng)确性，在测试过程中(zhōng)，应使测试車(chē)始终保持匀速状态。根据五激光断面仪的标定结果分(fēn)析，该仪器在50～80ｋｍ的时速下数据更精(jīng)确，所以在检测中(zhōng)，应维持正在测试的車(chē)道的畅通，减小(xiǎo)車(chē)速的影响。 
（3） 当检测長(cháng)坡路段时，应注意上下坡时数据的稳定性。对于五激光断面仪，下坡测得的平整度值一般略大于上坡测试的结果。為(wèi)此，检测人员应掌握这个规律，以便在实际测试中(zhōng)的数据更為(wèi)准确可(kě)靠。 
（4） 测试車(chē)在不同的载重下对数据也存在一定影响，主要由于不同的载重会影响轮胎的气压等原因，造成测试車(chē)横梁高度的变化，产(chǎn)生数据偏差。这就要求保证测试时車(chē)辆的荷载，一般仅由驾驶员和操作(zuò)手两人為(wèi)宜。 
（5） 在雨天或路面潮湿有(yǒu)水的情况下，不能(néng)进行检测。以五激光断面仪為(wèi)例，当路面有(yǒu)水时，激光发射到地面后会产(chǎn)生散射，因此测得的数据就不准确。其它各类仪器也普遍存在这个问题。 
（6） 在测试过程中(zhōng)，应合理(lǐ)的将测试距离进行分(fēn)段，根据主管部门或施工(gōng)单位等的要求，可(kě)以按标段、不同管辖路段及公(gōng)桩等进行分(fēn)段，以便在检测报告中(zhōng)更好地反映出结果，满足受检部门的需要。 
5　平整度检测技(jì )术的发展趋势   

公(gōng)路是我们业内人的事业，同时又(yòu)是全社会的公(gōng)益福利。我國(guó)高等级公(gōng)路起步较晚。但建设速度之快，在本世纪初，骨架路网络基本形成。因此，不单要对施工(gōng)过程质(zhì)量控制进行检测，对交工(gōng)验收质(zhì)量评定检测，而且要对公(gōng)路的長(cháng)期服務(wù)进行检测评定。我國(guó)已开展的路面管理(lǐ)系统（ＣＰＭＳ）就是一种科(kē)學(xué)的养护管理(lǐ)系统，ＣＰＭＳ系统内最基础的数据就是平整度指标。正在进行开发研究的ＧＩＳ系统正是下一步公(gōng)路信息向全社会开放与服務(wù)的前期研究。由此可(kě)见公(gōng)路路面检测的重要性。从检测设备来看，由于使用(yòng)条件与使用(yòng)目的的不同，所以使用(yòng)的设备也不尽相同，三米直尺、五米直尺、水平仪等传统的检测方法在施工(gōng)过程中(zhōng)仍然有(yǒu)一定的作(zuò)用(yòng)，例如对路面面层以下各结构层的检测，方法简便易行，对业主、监理(lǐ)、施工(gōng)单位来说，均不失為(wèi)一种较好的方法。但近年来由于各种車(chē)载高效检测设备拥有(yǒu)测试精(jīng)度等级高，人為(wèi)因素少，不用(yòng)中(zhōng)断交通等优点，这种方法正在為(wèi)各省市的质(zhì)监部门所采用(yòng)，高等级公(gōng)路的平整度检测事业也正朝着精(jīng)确、快速、高效的方向发展。