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高等级公路路面平整度的10种检测方法

高等级公路路面平整度的10种检测方法

 

随着我国公路等级的不断提高,高等级公路网络的日益完善,如何对路面质量进行检测评定,是当前一个十分重要的课题。在路面诸多检查项目评定指标中,平整度占评定项目总分数的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,有些国家地区使用的检测指标,比如:澳大利亚的NAASRA指数,法国的APL指数,加拿大的PSI指数,也有世界性组织国际上较为通用的国际平整度IRI。也有相关行业如:汽车设计研究行业评价路面的PSD指数等。而在我国,常用的还有三米直尺量测的最大间隙h及标准偏差σ。下面就我国常用的几种指标及国际平整度指数IRI进行简单介绍: 
1.1 三米直尺量测的最大间隙h 
三米直尺是由硬木或铝合金等材料制成,底面平直,长3m。在测试前将三米直尺放在车道一侧车轮轮迹(距车道线80~100cm)上,对旧路已形成车辙的路面,应取车辙中间位置为测定位置,然后用粉笔在路面上作好标记。测试时,目测三米直尺底面与路面之间的最大间隙位置,用有高度标线的塞尺塞进间隙处,量测最大间隙的高度h(mm),要求准确至0.2mm。按《公路工程质量检验评定标准》(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操作,因此人为因素大、精度低、测试效率低,只适用于在建道路施工过程进行质量控制,不适于高等级公路竣工验收和日后运行中进行检测评定。 

 

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长桁架铰接对分小梁为基准,中间机架可伸缩或折叠,前后各有四个行车轮,前后两组轮的轴间距离为3m。在机架中间有一个能起落的测定轮,测定轮上装有位移传感器和距离传感器,测定时以仪器着地的八个轮为相对基准面,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,再用数理统计的方法来计算100m中所有数据(若间隔为25cm,则100m有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 国际平整度指数IRI 
为了检测路面平整度,世界各国研制出许多相关的仪器设备,如美国、加拿大的四分之一车,英国的标准颠簸累积仪,法国的纵断面分析仪,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,为了客观定量分析路面平整度,世界银行在七十年代末八十年代初组织了世界有关专家及各国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年提出了国际平整度粗糙指数IRI概念。 

IRI的定义是:模拟标准车在80km/h速度条件下,车身悬架的总位移(单位为m)与行驶距离(单位为km)之此,同时发表了采用精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为国际平整度指数IRI,从而把过去世界各国不同的平整度仪测试结果指标统一到IRI来,国际平整度指数IRI是世行组织召集世界各国专家学者,考虑了公路路面的长波模型、短波模型、台阶模型以及专家模型等向世界各国推荐的。所以从技术上比较全面、合理。这对世界路面平整度测量是一个重大的贡献,目前IRI已发展成各国平整度的通用指标,包括现在最先进的采用激光技术的平整度检测设备均可直接输出IRI的指标数值。 


2 新检评标准中平整度的相关问题 
鉴于国内十余年来路面平整度仪器设备的研究开发和应用发展情况,颠簸累积仪已从广泛用于现有路网路面平整度测定,发展成为可完全满足新建路面竣工验收需要的检测手段,故新检评标准采用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),并引入了国际通用的国际平整指数IRI。 

2.1 采用IRI作为路面平整度的检测和评定指标的必要性 
为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有合理性。我国过去使用较多的仪器有三米直尺和连续式平整度仪等,这些仪器受长度和速度的限制,难以反映较高车速下路面较长波长的颠簸和起伏。另外连续式平整度仪在使用中还存在测试效率低、速度慢、机械配置庞大而笨重、测定精度差、再现性差等问题。因此,为提高平整度测试的精确度及与国际通用指标保持一致,有必要在规范中采用国际平整度指数IRI作为路面平整度的检测和评定指标。 

2.2 新标准IRI界限值界定 
我国从“七五”开始,在路面管理系统中采用IRI作为路面平整度指标,已实际使用了十余年,测得了数万公里的沥青路面的IRI值,为干线公路路面评价、养护决策提供了重要的基础数据。同时,交通部公路科学研究所曾多次在北京、上海、南京、长春、太原等地对国际平整度指数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有良好的相关关系:σ=0.5926IRI+0.013,相关系数r=0.9875.为了便于应用,一般取σ=0.6IRI。 
3 平整度检测设备介绍   

因为路面平整度的检测比较重要,各国相继研制了各种各样的平整度检测设备及评价方法,目前主要的有多轮式平整度仪、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简单介绍: 
3.1 激光断面仪 
激光断面仪是与激光测距仪为基础,把激光测距仪固定在车体上,测试时激光测距仪始终监测距路面高度,由于车体受路面平整度的影响,激光测距仪测出的距离并不能直接反映路面平整度,为此技术人员在车体上加装了加速度传感器,并对该加速度计输出的加速度信号进行积分处理。一次积分输出速度信号、二次积分输出位移信号,这样就量化了车体受路面平整度影响产生的位移,用该信号同激光测距仪测出的信号进行互差,消除车体的震动位移采集到真实的路面断面值。目前,澳大利亚ARRB公司研制的五激光断面仪(简称5LP),该仪器测试速度为20-120km/h,拥有检测速度快、效率高、测试精度高等优点。该仪器五个激光探头装在测试车前的激光横杠上,当测试车每移动约50mm,仪器就对其每条轮迹线和中线进行纵向路面形状的测量,并将数据在事后处理成为国际平整度指数IRI值,同时计算输出该车道的平整度值。因此,5LP对于高等级公路的检测不仅快速高效,而且能准确反映路面每个车道、每个位置的平整度真实情况,为高等级公路的施工、竣工验收、养护管理提供了科学依据。 


4 应用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,道路的表面清洁度对数据有着一定的影响。例如道路表面有树叶等垃圾或杂物,当测试车行驶经过时,测试结果就有可能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) 为确保测试结果的精确性,在测试过程中,应使测试车始终保持匀速状态。根据五激光断面仪的标定结果分析,该仪器在50~80km的时速下数据更精确,所以在检测中,应维持正在测试的车道的畅通,减小车速的影响。 
3) 当检测长坡路段时,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。为此,检测人员应掌握这个规律,以便在实际测试中的数据更为准确可靠。 
4) 测试车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,造成测试车横梁高度的变化,产生数据偏差。这就要求保证测试时车辆的荷载,一般仅由驾驶员和操作手两人为宜。 
5) 在雨天或路面潮湿有水的情况下,不能进行检测。以五激光断面仪为例,当路面有水时,激光发射到地面后会产生散射,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,应合理的将测试距离进行分段,根据主管部门或施工单位等的要求,可以按标段、不同管辖路段及公桩等进行分段,以便在检测报告中更好地反映出结果,满足受检部门的需要。 
5 平整度检测技术的发展趋势   

公路是我们业内人的事业,同时又是全社会的公益福利。我国高等级公路起步较晚。但建设速度之快,在本世纪初,骨架路网络基本形成。因此,不单要对施工过程质量控制进行检测,对交工验收质量评定检测,而且要对公路的长期服务进行检测评定。我国已开展的路面管理系统(CPMS)就是一种科学的养护管理系统,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系统正是下一步公路信息向全社会开放与服务的前期研究。由此可见公路路面检测的重要性。从检测设备来看,由于使用条件与使用目的的不同,所以使用的设备也不尽相同,三米直尺、五米直尺、水平仪等传统的检测方法在施工过程中仍然有一定的作用,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、施工单位来说,均不失为一种较好的方法。但近年来由于各种车载高效检测设备拥有测试精度等级高,人为因素少,不用中断交通等优点,这种方法正在为各省市的质监部门所采用,高等级公路的平整度检测事业也正朝着精确、快速、高效的方向发展。

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