路面平整度檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展分析

郭志軍

（吉林省高等級(jí)公路建設(shè)局，吉林 長(zhǎng)春 130021）

路面平整度是衡量路面質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)，也是運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)的一個(gè)重要指標(biāo)。隨著我國(guó)公路等級(jí)逐步提高，高級(jí)公路網(wǎng)也越來(lái)越發(fā)達(dá)，如何使路面質(zhì)量得以安全檢測(cè)，顯得尤為重要。路面檢測(cè)的眾多項(xiàng)目中，平整度檢測(cè)占15%～20%，可見(jiàn)其重要性。路面平整度不合格會(huì)影響行車(chē)安全，降低舒適度，增加行車(chē)費(fèi)用，產(chǎn)生噪音污染以致影響人們?nèi)粘Ｉ睿硗鈺?huì)使結(jié)構(gòu)破壞加快，養(yǎng)護(hù)周期縮短。因此，全世界道路工作人員都在研究?jī)x器設(shè)備，制定相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)公路情況進(jìn)行評(píng)定。

1 平整度檢測(cè)指標(biāo)的評(píng)定

由于每個(gè)國(guó)家關(guān)于路面平整度的概念不同，所以對(duì)路面輸出的指數(shù)都不一樣。國(guó)外的評(píng)定指標(biāo)規(guī)范有：澳大利亞的NAASRA指數(shù)、法國(guó)的APL指數(shù)、國(guó)際組織上常用的國(guó)際平整度IRI等，我國(guó)常用三米直尺量測(cè)最大間隙h及標(biāo)準(zhǔn)偏差σ。 《公路技術(shù)詞典》認(rèn)為平整度是路表面誘使行駛車(chē)輛出現(xiàn)震動(dòng)的高程變化，即路表面縱向凹凸的表征值。由此可知，定義平整度時(shí)要明確平整度測(cè)量的參考系，還要考慮路、人、車(chē)等因素，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化，進(jìn)而為制定合理路面標(biāo)準(zhǔn)提供理論基礎(chǔ)。本文就我國(guó)常用的指標(biāo)及國(guó)際國(guó)際平整度指標(biāo)IRI進(jìn)行介紹。

1.1 標(biāo)準(zhǔn)差σ

標(biāo)準(zhǔn)差用于反映組內(nèi)個(gè)體間的離散程度。在這里標(biāo)準(zhǔn)差σ是指八輪平整度測(cè)試得出的平整度依據(jù)。八輪平整度儀是以3m絞架對(duì)分小梁為標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)架可伸縮或折疊，前后共有有四個(gè)車(chē)輪，車(chē)輪間距為3m，在機(jī)架中間有一個(gè)測(cè)定輪，在上面有位移傳感器、距離傳感器。測(cè)定時(shí)，以一起著地的八個(gè)輪為相對(duì)基準(zhǔn)面，順著路面縱向位置以一定的間隔采集單向垂直的位移數(shù)值，然后再用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算100m中全部數(shù)據(jù)方差，即得標(biāo)準(zhǔn)方差σ。

1.2 三米直尺量測(cè)的最大間隙

三米直尺是由硬木或鋁合金等材料制成，地面平直，長(zhǎng)3m。具體操作方法是把直尺放在待測(cè)量的路面上，并將楔塊放入直尺的尺底間隙，再讀出測(cè)量值并計(jì)算合格率及最大間隙平均值（對(duì)舊路已形成車(chē)轍的路面，應(yīng)取中間位置為測(cè)定位置，然后用粉筆在路面上做出標(biāo)記）。依據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》，每200m測(cè)試兩處，每處連續(xù)10尺。再計(jì)算10個(gè)最大間隙平均值、不合格指數(shù)及合格率。

這種方法優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是由于人工操作，只能簡(jiǎn)單測(cè)到凹凸部位，對(duì)整體的測(cè)量缺少統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不能記錄斷面圖，且工作強(qiáng)度很大，因此人為因素大、精度低、測(cè)量效率低。適用于公路施工質(zhì)量控制，不適于高等級(jí)公路竣工驗(yàn)收。

1.3 車(chē)載式顛簸累積儀

顛簸累積儀在測(cè)試時(shí)，測(cè)試車(chē)以一定的速度在路面上行駛，由于地面凹凸不平，使汽車(chē)振動(dòng)，由此可通過(guò)機(jī)械傳感器可測(cè)量單向位移累計(jì)值VBI。通常，VBI大表明路面平整度差。檢測(cè)結(jié)果與振動(dòng)特性和行駛速度有關(guān)，因此必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保養(yǎng)和檢測(cè)，嚴(yán)格控制結(jié)果的穩(wěn)定性。

1.4 國(guó)際平整度指標(biāo)IRI

為了檢測(cè)平整度，各國(guó)都研究出了許多不同設(shè)備，這些設(shè)備在使用過(guò)程中效果顯著，但由于各儀器監(jiān)測(cè)結(jié)果無(wú)法比對(duì)，于是世界各國(guó)專家組織研究平整度測(cè)定儀器，在巴西利亞進(jìn)行試驗(yàn)，并于1986年提出了國(guó)際平整度IRI的概念。國(guó)際平整度指標(biāo)IRI的定義是指模擬車(chē)在80 000km／h的速度下，車(chē)身懸架總位移與行駛距離之比。該組織同時(shí)發(fā)表了IRI的計(jì)算程序，把路面的真實(shí)情況用IRI表示出來(lái)，并將此法向世界各國(guó)推廣。該指標(biāo)技術(shù)上全面、有效，對(duì)世界路面平整度測(cè)量是一個(gè)巨大的貢獻(xiàn)，現(xiàn)已發(fā)展成為世界通用指標(biāo)。

2 平整度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展

為了檢測(cè)路面平整度，世界各國(guó)研究出許多相關(guān)的儀器設(shè)備，英國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)顛簸累積儀，澳大利亞的平整度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，美國(guó)、加拿大的四分之一車(chē)，法國(guó)的縱斷面分析儀等?，F(xiàn)在通過(guò)改進(jìn)研制出新產(chǎn)品，綜合實(shí)力得到增強(qiáng)，如日本的激光平度儀可以測(cè)彎曲、傾斜等路面的檢測(cè)，其精度也相當(dāng)高。

2.1 激光平度儀的使用原理

現(xiàn)在很多路面平整度檢測(cè)技術(shù)都是激光路面平整度檢測(cè)儀，其使用的種類雖多，但原理基本相同，都是通過(guò)對(duì)應(yīng)車(chē)輪位置的激光平度儀測(cè)得離地面高度，隨車(chē)行駛可得路面縱斷面和縱向平整度。加速度傳感器可以記錄車(chē)輛震動(dòng)帶來(lái)的影響，慣性運(yùn)動(dòng)傳感器可反映水平橫向、豎向角度、水平縱向。所得數(shù)據(jù)最后經(jīng)軟件分析可輸出評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 激光檢測(cè)技術(shù)與傳統(tǒng)檢測(cè)設(shè)備比較

激光檢測(cè)技術(shù)有眾多優(yōu)點(diǎn)，它克服了傳統(tǒng)設(shè)備存在的許多缺陷，因此具有一定的先進(jìn)性：

a）具有高精度的縱斷面幾何參數(shù)，如曲率數(shù)據(jù)、坡度值等，還可以直接輸出IRI，這是傳統(tǒng)方法做不到的；

b）激光路面平整度儀都以國(guó)際指標(biāo)IRI為輸出數(shù)據(jù)，其他手段都可以用IRI進(jìn)行分析，更能幫助測(cè)設(shè)者了解數(shù)的據(jù)合格性；

c）檢測(cè)高速行進(jìn)時(shí)不必?fù)?dān)心檢測(cè)裝置由于路面不平產(chǎn)生誤差；

d）激光檢測(cè)設(shè)備上由于安裝了若干激光器，可以在一定范圍內(nèi)掃描到路面狀況，避免了傳統(tǒng)方法選用幾個(gè)斷面代表全體而使數(shù)據(jù)失真；

e）激光能充分保證路面檢測(cè)的精度，可用于城市道路、高速公路、公路路面病害較大的數(shù)據(jù)采集工作。

2.3 激光平整度檢測(cè)儀使用的注意事項(xiàng)

使用激光平整度檢測(cè)儀時(shí)，應(yīng)注意如下事項(xiàng)：

a）由于路面清潔度會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，所以當(dāng)檢測(cè)車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)，如果含有雜物測(cè)試的平整度就有可能是樹(shù)葉的平整度而不是路面的平整度，從而無(wú)法得到真實(shí)數(shù)值；

b）測(cè)試的時(shí)候，應(yīng)保證測(cè)試車(chē)始終處于勻速狀態(tài)，以保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，經(jīng)分析此儀器在50～80km時(shí)速下更準(zhǔn)確，同時(shí)在檢測(cè)時(shí)，要保證測(cè)試車(chē)道的順暢；

c）在路面有水時(shí)不能進(jìn)行檢測(cè)，因?yàn)槁访嬗兴?，激光?huì)發(fā)生散射而導(dǎo)致所得數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確；

d）為了在檢測(cè)報(bào)告中更好地反應(yīng)結(jié)果，滿足受檢部門(mén)要求，要合理地將測(cè)試距離進(jìn)行分段；

e）當(dāng)檢測(cè)坡度大的路段時(shí)，要注意上下坡數(shù)據(jù)穩(wěn)定，且下坡的平整度一般大于上坡的平整度，檢測(cè)人員一定要了解這個(gè)規(guī)律，使測(cè)得的數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確可靠。

3 平整度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)高速公路起步晚，但發(fā)展速度非?？?，目前我國(guó)高速公路骨架基本形成，因此在建設(shè)公路時(shí)除了考慮其質(zhì)量外，還要考慮其行車(chē)舒適性，為此要對(duì)公路長(zhǎng)期服務(wù)進(jìn)行檢測(cè)。我國(guó)已開(kāi)展評(píng)定路面指標(biāo)的路面管理系統(tǒng)的研發(fā)，目前正在研究的GIS也是評(píng)定路面的標(biāo)準(zhǔn)，由此可見(jiàn)對(duì)路面平整度的重視。從人工檢測(cè)向自動(dòng)化發(fā)展中對(duì)路面的要求不同，使用的檢測(cè)設(shè)備也不相同，三米直尺，五米直尺等傳統(tǒng)方法，在精度要求不高的公路中仍有一定的作用，這些方法對(duì)路面以下結(jié)構(gòu)層檢測(cè)方法簡(jiǎn)單易行，無(wú)論對(duì)哪一方都不失為一種好方法。近年來(lái)檢測(cè)設(shè)備精度提高，人為因素減少，也促使路面質(zhì)量進(jìn)一步提高。

4 結(jié)語(yǔ)

路面平整度檢測(cè)技術(shù)發(fā)展走向是，從有損害檢測(cè)到安全檢測(cè)，從低精度到高精度，從低速向高速，從人工檢測(cè)向自動(dòng)化發(fā)展。這與我國(guó)公路建設(shè)行情是一致的，我國(guó)研究的用于路面平整度檢測(cè)的GIS是一種十分先進(jìn)的檢測(cè)信息系統(tǒng)，其精度高、符合國(guó)情，檢測(cè)速度快，可滿足不同等級(jí)公路的檢測(cè)需求。從目前來(lái)看，同時(shí)滿足單一指標(biāo)檢測(cè)儀器和多指標(biāo)檢測(cè)儀器的研制是相當(dāng)重要的，筆者已做過(guò)相應(yīng)調(diào)查，并計(jì)劃做進(jìn)一步的研究。