激光平整度檢測系統(tǒng)在高速公路瀝青路面施工中的應用
劉 健
（廣西交通科學研究院，廣西 南寧530000）
摘要：公路路面平整度直接影響到行車的舒適性和安全性。文章就激光平整度檢測系統(tǒng)在高速公路瀝青路面的應用展開初步探討，論述了青路面平整度指標，高速公路瀝青路面平整度的傳統(tǒng)檢測設備及方法，僅供參考。
關鍵詞：高速公路；瀝青路面；平整度檢測；重復性試驗
中圖分類號：U412 文獻標識碼：A
文章編號：1009-2374 （2010）19-0144-03
高速公路路面平整度可定義為路面表面誘使行使車輛出現(xiàn)振動的高程變化，它是評價路面使用性能、養(yǎng)護質量的一項重要指標。平整度指標的變化可以反映路面的綜合質量狀況，大多數(shù)路面病害幾乎都會影響平整度，因此平整度的檢測是路面施工和養(yǎng)護的一個非常重要的環(huán)節(jié)。隨著高等級公路的迅速發(fā)展，對于路面平整度要求越來越高，路面平整度的合格率直接關系到公路為用戶提供的舒適性、安全性、快捷性等服務的水平，關系到道路本身的使用壽命。目前，我國針對道路檢測技術開展了深入研究，自20世紀80以來，通過設備和技術引進和自主開發(fā)，我國在路面檢測技術方面也取得了很大進展。本文主要探討激光平整度檢測系統(tǒng)在高速公路瀝青路面的應用，以供同行參考。
1 瀝青路面平整度指標
1.1 國際上瀝青路面平整度指標
國際上瀝青路面平整度指標有：平均調整坡ARS、縱斷面平整度指標 （如σ）和國際平整度指數(shù)IRI 3種。平均調整坡是指在一定測試速度下，反應類平整度儀測定的累積計數(shù)值或將計數(shù)值轉化為相應的懸掛系豎向位移量（如cm）與測試距離 （如km）之比，它反映了單位行使距離內懸掛系的累積行程，以cm/km表示�？v斷面平整度指標是指由斷面類平整度測定系統(tǒng)測試到的輪跡帶路表縱斷剖面曲線的高程變化情況，采用數(shù)理統(tǒng)計分析方法得出的高程變化量的方差、方根或指數(shù)數(shù)值。國際平整度指數(shù)IRI是路面平整度最基本的指標，其是在模擬標準車在80km/h速度條件下，車身懸架的總位移 （如m）與行駛距離 （如km）之比，同時發(fā)表了采用精密水準儀測得路面一定間隔（如每25cm或50cm）的高程，計算IRI的算式和計算程序的真實縱斷面情況表征為國際平整度指數(shù)IRI。
1.2 我國采用的瀝青路面平整度指標
一是用3m直尺測得的最大見習和八輪連續(xù)式平整度儀測得的路面不平整標準差σ，以路面凹凸程度來反映；二是用車載式顛簸累計儀按規(guī)定行使速度測得的顛簸累計值VBI（cm/km）及按規(guī)定的相關性要求換算得出的IRI，以司機感受到的舒適性來反映。
2 高速公路瀝青路面平整度的傳統(tǒng)檢測設備及方法
路面平整度的測試設備分為斷面類和反應類兩大類。斷面類（其測試設備包括3m直尺、連續(xù)式平整度儀和激光路面平整度測定儀等，）測定路表凹凸情況引起車輛振動的顛簸情況，反應類測定路表不平整程度，實際上其是測定路面舒適性指標，最常用的測試設備是車載式顛簸累計儀。
2.1 3m直尺
3m直尺是傳統(tǒng)的路面平整度檢測方法。其工作原理是：將3m直尺輕放于路面上，將畫圖儀移至其一端，用手將畫圖儀推向另一端，由畫圖儀下面的測輪帶動畫針上下運動，同時滾筒輪在輸力輪的帶動下旋轉，并帶動紙帶移動兩個運動的合成便使畫針在紙帶上畫下了路面的幾何量，然后由此求得路面平整度數(shù)值。該檢測法適用于測定壓實成型的路面各層表面的平整度，以評定路面的施工質量和使用質量；但由于其是非自動化的手工檢測方法，精度不高、檢測效率低，目前在我國公路現(xiàn)場平整度檢測中已很少采用。
2.2 連續(xù)式平整度儀（又稱“八輪儀”）
連續(xù)式平整度儀在測量時，由人或車拉動該儀器前進，由于路面不平引起測量小輪上下擺動，并帶動位移傳感器的測桿在傳感器的小孔槽里上下滑動，然后根據(jù)傳感器輸出的電位的正負及其大小來確定路面平整度。該設備靈活性較大，適用于測定路表面的平整度；但其測試效率較低（檢測速度≤12km/h），不適用于在已有較多坑槽、破壞嚴重的路面上測定。
2.3 車載式顛簸累計儀
車載式顛簸累計儀在測定時，測試車以一定的速度在路面上行使，路面的凹凸不平引起汽車的激振，通過機械傳感器可測量后軸同車廂之間的單向位移累積值VBI，以cm/km計。VBI越大，說明路面平整度越差。該設備測定路面平整度速度快，操作簡便，可用其檢測結果評定路面的施工質量和使用舒適性。
3 激光平整度檢測系統(tǒng)概述
3.1 激光平整度檢測系統(tǒng)的工作原理
其工作原理為：采用激光傳感器和距離傳感器組合成慣性參照路面縱斷面剖面檢測系統(tǒng)，通過對應于輪跡為止的激光傳感器測得距離路面的高度，隨著車輛的行使可以得到路面縱向斷面，即可計算縱向平整度，其中車輛振動帶來的影響通過加速度傳感器（對應左右輪跡各一個）記錄數(shù)據(jù)的兩次積分來扣除；慣性運動傳感器可以反映水平縱向、水平橫向和豎向的角度，掃描得到的數(shù)據(jù)經(jīng)專業(yè)軟件分析后可以輸出各種評價指標，包括：國際平整度指標（IRI）、平整度標準差（σ）、觀測打分值（RN）、行駛質量指數(shù)（RQI）等參數(shù)。本系統(tǒng)可在正常車速的條件下對路面進行長距離快速自動檢測與現(xiàn)場計算機數(shù)據(jù)分析與評價。
3.2 激光平整度檢測系統(tǒng)的優(yōu)點
其優(yōu)點有：檢測速度快，是傳統(tǒng)檢測方法的幾倍甚至是幾十倍；可充分保證路面檢測的高精度，其檢測精度高達0.1mm，樣點采集間距0.13mm，檢測車速可達到80km/h，適用于高速公路、城市道路、機場跑道路面的建設、大規(guī)模公路路面病害數(shù)據(jù)采集等工作中；可直接檢測和輸出IRI值、行使質量指數(shù)、縱斷面及幾何參數(shù)，如坡度值、曲率半徑或曲率數(shù)據(jù)等，且精確可靠；取消了人為操作，實現(xiàn)計算機自動化，更好地保證測試的精度和準確性；功能強，除可檢測路面平整度外，還可用于測量路面紋理和車轍深度等。
4 激光平整度檢測系統(tǒng)的可靠性試驗分析
4.1 速度影響性試驗
速度影響性試驗是分析檢測系統(tǒng)的速度穩(wěn)定性，檢驗車速的變化是否會影響檢測結果。在本次試驗中，選擇某路段(長約300m)，分別以30km/h、50 km/h、80 km/h的時速各進行兩次平行試驗，然后求得速度影響系數(shù)dv(dv=(IRIv IRI50)/IRI50×100%)，若dv＜5%，說明該檢測系統(tǒng)的檢測結果受車速影響很小，或可以說根本不受車速的影響。
4.2 重復性試驗
重復性試驗是為了檢測系統(tǒng)在使用過程中的檢測穩(wěn)定性。在本次試驗中，選擇某路段（長約300m），以固定車速(一般為50 km/h)進行若干次平整度檢測，然后應用計算軟件計算出所得IRI值的變異系數(shù)CV，若CV<5%，則表明該檢測系統(tǒng)的檢測穩(wěn)定性良好。
4.3 相關性試驗
相關性試驗是為了檢驗系統(tǒng)檢測的準確性。在本次試驗中，選擇某路段（長約300m），采用經(jīng)檢驗合格的標準儀器和激光路面平整度檢測系統(tǒng)對該路段進行檢測，然后將兩者檢測結果進行對比，若激光路面平整度檢測系統(tǒng)和標準儀器采集的IRI值之間的相關系數(shù)R2≥0.98，則表明激光路面平整度檢測系統(tǒng)相關性能良好，符合要求。
5 激光平整度檢測系統(tǒng)的應用和檢測結果
5.1 工程應用實例
某項目公路瀝青路面的其中一個路段，全長約300m，設計車速為100km/h。在本次路段測試中，我們采用精密水準儀和激光平整度檢測系統(tǒng)分別進行檢測。首先，我們先采用目視法在該300m路段上確定了8 個路段；其次，采用精密水準儀在300 m的路段上每隔 250 mm 測出縱斷面高程，然后運用程序計算路面的國際平整度指數(shù)；最后，采用激光平整度檢測系統(tǒng)在300 m的路段上每隔 247 mm進行測試，然后取先后3 次測試的平均值作為測試結果。
5.2 檢測結果
采用精密水準儀和激光路面平整度檢測系統(tǒng)對同一段路面檢測得到的路面相對縱斷面曲線，其檢測結果如圖1和圖2所示：
由圖可知，采用兩種檢測儀器對路面平整度進行檢測，其檢測結果較溫和，坑洼和凸起一一對應；而兩者曲線局部的差別，主要是由于兩者采樣間隔不一致（精密水準儀每間隔 250 mm采 1個點 ，激光平整度檢測系統(tǒng)每間隔 247 mm采 5個點取平均值）、檢測行走路線不重合等因素引起的，因而也造成兩種檢測方法計算的國際平整度指數(shù)有差別，精密水準儀的檢測結果[IRIs] = 4.72，激光平整度檢測系統(tǒng)檢測結果[IRIc] = 4.65。
而從這兩種檢測儀器的檢測結果相比分析來看(見圖3)，其存在著以下關系：
[IRIs] =0.97[IRIc]＋0.09
從兩種儀器的檢測結果對比而看，其相關系數(shù)為0.99，相對誤差不超過4%，檢測結果達到了世界銀行組織規(guī)定的一類平整度檢測儀器標準。
6 結語
綜上所述，激光平整度檢測系統(tǒng)應用于高速公路瀝青路面平整度的檢測，其具有檢測速度快、計算準確、數(shù)據(jù)采集和結果分析自動化等優(yōu)點，且該檢測系統(tǒng)的檢測
結果不受車速影響，檢測穩(wěn)定性良好，檢測結果準確。實踐證明，該系統(tǒng)不僅適用于我國高等級公路路面的平整度檢測，還可應用于我國公路的竣工驗收和質量評價等，并有助于提高我國公路的檢測水平，值得推廣。
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