沥青路面平整度快速检测技术应用研究
沥青路面平整度快速检测技术应用研究
郭斐
南召县公路管理局 河南 南阳 474650
摘要：路面平整度作为一个重要的路用性能指标，行驶的安全性与舒适性与其密切相关。本文采用激光平整度仪对沥青路面进行平整度快速检测，具有方便、简易、快捷的优点，且具有广泛的应用前景。
关键词：沥青路面；平整度；快速检测；技术应用
1.平整度测定方法与设备
平整度的测量方法多种多样，无论是其测试类型还是测试指标，都有着各自的标准，表1为平整度测试方法对比。
表1 平整度测量方法比较
2.平整度评价指标
《沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)中规定采用国际平整度指标IRI、三米直尺最大间隙h和标准差来评价路面的平整度。
2.1国际平整度指标IRI
国际平整度指数是在模拟车辆的基础上利用平整度仪测定。研究结果显示，车体系统与车辆轮轴系统的共振频率各发生于1~2Hz 及8~12Hz之间，通过这一关系，调整四分车车辆悬吊系统参数，使四分车模型演算所得的车体振动量与公路实际通行车辆相仿。车模型以80km/h的速度在路面上行驶，计算一定行驶距离内悬挂系统的累积位移(m/km)作为IRI。IRI一般要求小于8m/km。
IRI 具有以下优点：IRI可与车辆性能有着直接的关系，只需测量IRI值就可以判定路用性能，由于可以用仪器测定而广泛的应用，所以非常便利，对于道路的维修养护有着深远的意义，且基本上被大部分国家所采纳。其缺点是不能反映具体位置的不平等的相关细节。
2.2行驶指数RN
1980年美国联邦公路局（FHWA）进行了道面平整度与舒适度之间的研究，其研究成果在1990年代经FHWA持续发展，最后形成现在的行驶指数RN。RN最初与1960 年的AASHTO试验路发展的现时服务能力指数PSI相似，其评价方法是请一组评分小组对路面的服务质量进行评分，用小组评分平均值(MPR)代表路面的服务水平，RN在延续此观念的同时，以惯性平整度仪测量路段的断面高程。现RN可由PI直接计算得到，其计算公式为RN=5e-160×PI。RN与路面服务水平的关系如表2所示。
表2 RN与路面服务水平的关系
RN优点是能够反映用路者的舒适度。缺点是：主观的评分方式需耗费大量的人力及时间，而且一般社会大众容易受到外界因素的影响而对路面的服务水准评价有所变动；RN只能用来判断行驶质量，不含其他一般性的路面状况(如车辙、表面修复情况等)。
2.3剖面指标PI
剖面指标也是常用平整度评价指标之一，常用于新建道路平整度的检验，该指标仍利用断面式平整度仪为测量仪器，在给定的试验路段，测量出路面铺面平均两车轮轨迹的平整度评估值，此数值即可用来评价路面表面平整度。加州断面仪以7m的金属轻横杆作为参考高程，中央装置随路面起伏移动的测绘轮，使用纸带记录器以1/300的水平比例描绘路面起伏，然后将空白带放在断面图的中心位置上，则部分的波浪起伏会由于高出或低于空白带而呈现扇型区域，量测每个扇型的高度并相加，再将该值除以水平距离则得到断面指数PI。空白带的宽度由各国规范规定，一般为0～5mm，当空白带宽度为零时，称为总的累积不平整度TCR。ASTM(E1274)中有完整检测方法。
PI值的使用在美国和加拿大两国最具有成效，多用于新建公路路面平整度的评估。可接受最大PI值约在110~240mm/km之间，若超过此值就必须对该路段进行适当的改善措施；若PI值低于50~110mm/km范围，代表路面平整度相当好。
2.4路面功率谱密度（PSD）
综合大量研究工作和文献，国际标准化组织（ISO）将平整度分为五级来进行路面平整度的评定。1984年，该组织又提出了《路面平整度表示方法草案》，将平整度分为八级。在参照国际标准之后，我国研究人员将其分为八级。通过研究各种不平整度等级路面的PSD曲线发现了一个一致的趋势：PSD 曲线下的面积与不平整度(采用IRI值)成线性变化，PSD曲线的形状保持一致。
PSD虽能反映路面平整度的平均状况，但是没有区别在指定波长中小振幅波的隆起和大振幅波隆起之间的关系；能够分析汽车荷载和疲劳问题，但是不能反映平整度的具体位置信息，仍有不足。
2.5直尺测定最大间隙与平整度标准差σ
平整度指标指的是直尺与路面间的最大间隙量，直尺长度一般采用3m尺，检测时需符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)规定。交通部公路所1998 年完成“国际平整度指数IRI专项研究”，提出了σ(mm)与IRI(m/km)的关系：σ=0.6×IRI。以上各种平整度指标各有自己的优缺点，现将其汇总如表3：
表3 道路常见平整度评价指标比较
3.车载式激光平整度仪快速测量IRI
3.1车载式激光式平整度仪简介
激光平整度仪是世界上目前最先进的路面平整度测试仪之一。该设备具有精度高、代表性优、检测效率高等优点。
3.2车载式激光式平整度仪检测原理
车载式激光平整度仪属于断面类无接触测试方法，速度快、精度高。工作原理：车载式激光平整度仪利用激光的光时差原理，即激光能用反射时间差来记录所测量的极短长度，从而测定路面的凹凸值。测试原理如图1。
图1 激光式平整度仪原理示意图
3.3车载式激光平整度仪的应用
车载式激光平整度仪主要由激光器横梁以及与汽车连接的机械部件、下位机、距离传感器组成。启动“多功能激光断面仪”软件，点击“开始”，进入系统主窗口，在数据采集系统画面中，最左边的系统状态栏可由操作员根据情况输入。若无改动，可直接点击F1开始数据采集。通过观测界面的13 个控制灯可看测值波动情况，构造深度、平整度及车辙的深度可通过灯的颜色来判定，测试速度可根据表盘的指示灯来看，表盘下方显示所测试的距离。检测停止时可查看平整度和车辙的检测结果，也可以根据检测情况后续对检测数据进行评定整理，具体平整度数据结果文件的格式如图2 所示。
图2平整度数据结果文件的格式
具体的解释说明如下所示：桩号：系统会根据起始桩号和IRI段长来自动生成所测段长的桩号；平整度（左）：汽车左轮迹处的路面平整度IRI的值；平整度（右）：汽车右轮迹处的路面平整度IRI的值；行驶质量：系统会根据左右两侧的IRI值计算出该段长内部的行驶质量；构造深度：汽车左轮迹处的路面构造深度SMTD的值；测试速度：测试该段长时的测试速度；测试距离：从起点桩号起汽车行驶的相对距离；数据有效性：“＋”表示测试结果有效，“－”表明测试结果无效；注释说明：记录在该测试段长内出现的其他信息。
4.结论
随着对道路行驶品质要求的逐渐提高，平整度日益被人们所重视，现有的道路平整度评价方法及指标较多，如何对路面的平整度进行快速、有效的检测是一个急需解决的问题。本文基于激光平整度仪快速、有效的优点，在近几年的公路交工检测工作中也得到了广泛的应用。
参考文献
[1]张钊.公路路基路面快速检测技术应用研究[D].长安大学.2017.06.16