路基路面試驗檢測技術(shù)--平整度檢測方法
2011-08-10
一、概 述
平整度是路面施工質(zhì)量與服務(wù)水平的重要指標(biāo)之一。它是指以規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)量規(guī)，間斷地或連續(xù)地量測路表面的凹凸情況，即不平整度的指標(biāo)。路面的平整度與路面各結(jié)構(gòu)層次的平整狀況有著一定的聯(lián)系，即各層次的平整效果將累積反映到路面表面上，路面面層由于直接與車輛及大氣接觸，不平整的表面將會增大行車阻力,并使車輛產(chǎn)生附加振動作用。這種振動作用會造成行車顛簸，影響行車的速度和安全及駕駛的平穩(wěn)和乘客的舒適，同時，振動作用還會對路面施加沖擊力，從而加劇路面和汽車機件損壞和輪胎的磨損，并增大油耗。而且，不平整的路面會積滯雨水，加速路面的破壞。因此；平整度的檢測與評定是公路施工與養(yǎng)護的一個非常重要的環(huán)節(jié)。
平整度的測試設(shè)備分為斷面類及反應(yīng)類兩大類。斷面類實際上是測定路面表面凹凸情況的,如最常用的3m直尺及連續(xù)式平整度儀，還可用精確測定高程得到；反應(yīng)類測定路面凹凸引起車輛振動的顛簸情況。反應(yīng)類指標(biāo)是司機和乘客直接感受到的平整度指標(biāo)，因此它實際上是舒適性能指標(biāo)，最常用的測試設(shè)備是車載式顛簸累積儀?，F(xiàn)已有更新型的自動化測試役備，如縱斷面分析儀，路面平整度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測定車等。國際上通用國際平整度指數(shù)IRI衡量路面行駛舒適性或路面行駛質(zhì)量，可通過標(biāo)定試驗得出IRI與標(biāo)準(zhǔn)差ó 或單向累計值VBI之間的關(guān)系。
二、平整度測試方法
（一） 3m直尺法
3m直尺測定法有單尺測定最大間隙及等距離（1．5m）連續(xù)測定兩種。兩種方法測定的路面平整度有較好的相關(guān)關(guān)系。前者常用于施工質(zhì)量控制與檢查驗收，單尺測定時要計算出測定段的合格率；等距離連續(xù)測試也可用于施工質(zhì)量檢查驗收，要算出標(biāo)準(zhǔn)差，用標(biāo)準(zhǔn)差來表示平整程度。
1．試驗?zāi)康暮瓦m用范圍
用于測定壓實成型的路基、路面各層表面的平整度，以評定路面的施工質(zhì)量及使用質(zhì)量。
2．測試要點
（1）在測試路段路面上選擇測試地點
①當(dāng)為施工過程中質(zhì)量檢測需要時，測試地點根據(jù)需要確定，可以單桿檢測；
②當(dāng)為路基、路面工程質(zhì)量檢查驗收或進行路況評定需要時，應(yīng)首尾相接連續(xù)測量10尺。除特殊需要外，應(yīng)以行車道一側(cè)車輪輪跡（距車道線80～10ocm）帶作為連續(xù)測定的標(biāo)準(zhǔn)位置。
③對舊路面已形成車轍的路面，應(yīng)取車轍中間位置為測定位置，用粉筆在路面上作好標(biāo)記。
（2）測試要點
①在施工過程中檢測時，按根據(jù)需要確定的方向，將3m直尺擺在測試地點的路面上。
②目測3m直尺底面與路面之間的間隙情況，確定間隙為最大的位置。
③用有高度標(biāo)線的塞尺塞進間隙處，量記最大間隙的高度，精確至0．2mm。
④施工結(jié)束后檢測時，按現(xiàn)行《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)調(diào)》（JTJ071-98）的規(guī)定，每1處連續(xù)檢測10尺，按上述步驟測記10個最大間隙。
3. 計算
單桿檢測路面的平整度計算，以3m直尺與路面的最大間隙為測定結(jié)果、連續(xù)測定10尺時，判斷每個測定值是否合格，根據(jù)要求計算合格百分率，并計算10個最大間隙的平均值。
4. 報告
單桿檢測的結(jié)果應(yīng)隨時記錄測試位置及檢測結(jié)果。連續(xù)測定10尺時，應(yīng)報告平均值、不合格尺數(shù)、合格率。
（二）連續(xù)式平整度儀法
1．試驗?zāi)康呐c適用范圍
用于測定路表面的平整度，評定路面的施工質(zhì)量和使用質(zhì)量，但不適用于在己有較多坑槽、破損嚴(yán)重的路面上測定。
2．儀器設(shè)備
（1）連續(xù)式平整度儀：
除特殊情況外，連續(xù)式平整度儀的標(biāo)準(zhǔn)長度為3m，其質(zhì)量應(yīng)符合儀器標(biāo)準(zhǔn)的要求。中間為一個3m長的機架，機架可縮短或折疊，前后各有4個行走輪，前后兩組輪的軸間距離為3m。機架中間有一個能起落的測定輪。機架上裝有蓄電源及可拆卸的檢測箱，檢測箱可采用顯示。記錄、打印或繪圖等方式輸出測試結(jié)果。測定輪上裝有位移傳感器，自動采集位移數(shù)據(jù)時，測定間距為10cm，每一計算區(qū)間的長度為1oom，ioom輸出一次結(jié)果。當(dāng)為人工檢測，無自動采集數(shù)據(jù)及計算功能時，應(yīng)能記錄測試曲線。機架頭裝有一牽引鉤及手拉柄，可用人力或汽車牽引。
（2）牽引車：小面包車或其他小型牽引汽車。
（3）皮尺或測繩。
3. 試驗要點
（1）選擇測試路段路面測試地點，同3m直尺法。
（2）將連續(xù)式平整度測定儀置于測試路段路面起點上。
（3）在牽引汽車的后部，將平整度的掛鉤掛上后，放下測定輪，啟動檢測器及記錄儀，隨即啟動汽車，沿道路縱向行駛、橫向位置保擰穩(wěn)定，并檢查平整度檢測儀表上測定數(shù)字顯示、打印、記錄的情況。如檢測設(shè)備中某項儀表發(fā)生故障，即停車檢測，牽引平整度儀的速度應(yīng)均勻，速度宜為5km/h,最大不得超過12km／h。
在測試路段較短時，亦可用人力拖拉平整度儀測定路面的平整度。但拖拉時應(yīng)保持勻速前進。
4．計算
（1）連續(xù)式平整度測定儀測定后，可按每10cm間距采集的位移值啟動計算：100m計算區(qū)問的平整度標(biāo)準(zhǔn)差，還可記錄測試長度、曲線振幅大于某一定值（3mm、5mm、8mm、10mm等）的 次數(shù)、曲線振幅的單向（凸起或凹下）累計值及以3m機架為基準(zhǔn)的中點路面偏差曲線圖，并打印輸出。當(dāng)為人工計算時，在記錄曲線上任意設(shè)一基準(zhǔn)線，每隔一定距離（宜為1.5m）讀取曲線偏離基準(zhǔn)線的偏離位移值di 。
（2）每一計算區(qū)間的路面平整度以該區(qū)間測定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差表示。
（3）計算一個評定路段內(nèi)各區(qū)間平整度標(biāo)準(zhǔn)差的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)。
5．報告
試驗應(yīng)列表報告每一個評定路段內(nèi)各測定區(qū)間的平整度標(biāo)準(zhǔn)差。各評定路段平整度的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)以及不合格區(qū)問數(shù)。
（三）車載式顛簸累積儀法簡介
1.目的和適用范圍
（1）本方法規(guī)定用車載式顛簸累積儀測量車輛在路面上通行時后軸與車廂之間的單向位移累積值VBI表示路面的平整度，以cm/km計。
（2）本方法適于測定路面表面的平整度，以評定路面的施工質(zhì)量和使用期的舒適性。但不適用于已有較多坑槽、破損嚴(yán)重的路面上測定。
2．主要設(shè)備
本試驗需要下列儀具:
（1）車載式顛簸累積儀：由機械傳感器、數(shù)據(jù)處理器及微型打印機組成，傳感器固定安裝在測試車的底板上。儀器的主要技術(shù)性能指標(biāo)如下：
①測試速度：可在30～50km/h范圍內(nèi)選定；
②最小讀數(shù)：1cm；
③最大測試幅值：±30cm；④最大顯示值:9999cm;
⑤系統(tǒng)最高反應(yīng)頻率:5K Hz；
（2）測試車：旅行車、越野車或小轎車。
3．工作原理
測試車以一定的速度在路面上行駛，由于路面上的凹凸不平狀況，引起汽車的激振，通過機械傳感器可測量后軸同車廂之間韻單向位移累積值VBI，以cm／km計。VBI越大，說明路面平整性越差，人體乘坐汽車時越不舒適。
4. 使用技術(shù)要點
（1）儀器安裝應(yīng)準(zhǔn)確、牢固、便于操作。
（2）測試速度以32km/h為宜，一般不宜超過40km/h。
5. 注意事項
（1）檢測結(jié)果與測試車機械系統(tǒng)的振動特性和車輛行駛速度有關(guān)。減振性能好，則VBI測值小；車速越高，vBI測值越大。因此必須通過對機械系統(tǒng)的良好保養(yǎng)和檢測時嚴(yán)格控制車速來保持測定結(jié)果的穩(wěn)定性。
（2）用車載式顛簸累積儀測出的顛簸累積值VBI，與用連續(xù)式平整儀測出的標(biāo)準(zhǔn)差 ó概念不同，可通過對比試驗；建立兩者的相關(guān)關(guān)系，將VBI值換算為ó ,用于路面平整度評定。
（3）通過大量研究觀察得出：ó=0.6IRI
（4）國際平整度指數(shù)IRI是國際上公認的衡量路面行駛舒適性或路面行駛質(zhì)量的指數(shù)。也可通過標(biāo)定試驗，建立VBI與IRI的相關(guān)關(guān)系，將顛簸累積儀測出的顛簸累積值VBI換算為國際平整度指數(shù)IRI。
關(guān)于車載式顛簸累積儀測定平整度試驗方法可詳見《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTJ059-95）。
6，報告
（1）應(yīng)列表報告每二個評定胳段內(nèi)各測定區(qū)向的顛簸累積值，各評定路段顛簸累積值的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)。
（2）測試速度
（3）試驗結(jié)果與國際平整度指數(shù)等其他平整度指標(biāo)建立的相關(guān)關(guān)系式、參數(shù)值、相關(guān)系數(shù)。
三、乎整度指標(biāo)間相互關(guān)系的建立
1. 國際平整度指數(shù)
平整度測定的方法和儀器很多，相應(yīng)采用的指標(biāo)也各不相同。為了使采用不同的方法和儀器測定的結(jié)果可以相互比較，需要尋找一個標(biāo)準(zhǔn)的（或通用的）平整度指標(biāo)，它同其他平整度指標(biāo)有良好的相關(guān)關(guān)系。同時,采用反應(yīng)類平整度儀測定時，為使測定結(jié)果具有時間穩(wěn)定性，必須經(jīng)常進行標(biāo)定；而標(biāo)定曲線的精度取決于標(biāo)定路段采用的平整度指標(biāo)同反應(yīng)類測定系統(tǒng)的相關(guān)性。
為了解決上述問題，世界銀行于1982年組織了有巴西、英、美、法等國專家參加的國際研究小組、在巴西進行了大規(guī)模的路面平整度試驗，在此基礎(chǔ)上提出采用國際平整度指數(shù)（IRI）作為評價標(biāo)準(zhǔn)的建議。
國際平整度指數(shù)（IRI）是一項標(biāo)準(zhǔn)化的平整度指標(biāo)。它同反應(yīng)類平整度測定系統(tǒng)類似，但是采用的是數(shù)學(xué)模型模擬1/4車輪（即單輪，類似于拖車）以規(guī)定速度行駛在路面斷面上，分析行駛距離內(nèi)動態(tài)反應(yīng)懸掛系的累積豎向位移量）標(biāo)準(zhǔn)的測定速度規(guī)定為80km／h，其測定結(jié)果的單位為m／km。因而，這一指標(biāo)與反應(yīng)類儀器的平均調(diào)整坡ARS相似，稱作參照平均調(diào)整坡（RARS80）。
求得每一個位置的變量值后，即可計算該位置的調(diào)整坡（RS）。IRI為路段長度內(nèi)RS變量的平均值。因此，當(dāng)每個斷面點的調(diào)整坡求得后，便可計算IRI。
上述計算過程已編制電算程序，在量測得到縱斷面的高程資料后，便可按抽樣點間距利用此程序計算該段路面平整度的國際平整度指數(shù)IRI值。
國際平整度指數(shù)IRI作為通用指標(biāo)的效果，可以通過考察不同平整度測定方法的測定結(jié)果轉(zhuǎn)換成以IRI表征后的一致性得到證實。
2。VRI與其他平整度指標(biāo)相關(guān)關(guān)系的建立
用車載式顛簸累積儀測定的VBI值需要與其他平整度指標(biāo)（如連續(xù)式平整度儀測出的標(biāo)準(zhǔn)差、國際平整度指數(shù)（IRI）等】進行換算時，應(yīng)將車載式顛簸累積義的測試結(jié)果進行標(biāo)定，即與相關(guān)的平整度儀測量結(jié)果建立相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均不得小于0．90。
為與其他平整度指標(biāo)建立相關(guān)關(guān)系，選擇的標(biāo)定路段應(yīng)符合下列要求：
（1）有5~ 6段不同平整度的現(xiàn)有道路，從好到壞不同程度的都應(yīng)各有一段
（2）每段路長宜為250~ 3oom。
（3）每一段中的平整度應(yīng)均勻，段內(nèi)應(yīng)無大大差別。
（4）標(biāo)定路段應(yīng)選縱坡變化較小的平坦、直線地段。
（5）選擇交通量小或可以疏導(dǎo)的路段）減少標(biāo)定時車輛的干擾。
標(biāo)定路段起迄點用油漆作好標(biāo)記，并每隔一定距離作中間標(biāo)記，標(biāo)定宜選擇在行車道的正常輪跡上進行。
1）用連續(xù)式平整度儀進行標(biāo)定
（1）用于標(biāo)定的儀器應(yīng)使用按規(guī)定進行校準(zhǔn)后能準(zhǔn)確測定路面平整度的連續(xù)式平整度儀。
（2）按現(xiàn)行操作規(guī)程用連續(xù)式平整度儀沿選擇的每個路段全程連續(xù)測量平整度3~5次，取其平均值作為該路段的測試結(jié)果（以標(biāo)準(zhǔn)差表示）。
（3）用車載式顛簸累積儀沿各個路段進行測量，重復(fù)3 ~5次后，取其各次顛簸累積值的平均值作為該路段的測試結(jié)果，與平整度儀的各段測試結(jié)果相對應(yīng)。標(biāo)定時的測試車速應(yīng)在30~ 50km／h范圍內(nèi)選用一種或兩種穩(wěn)定的車速分別進行，記錄車速及搭載量，以后測試時的情況應(yīng)與標(biāo)定時的相同。
（4）整理相關(guān)關(guān)系
將連續(xù)式平整度儀測出的標(biāo)準(zhǔn)差ó 及車載式顛簸累積儀測出的顛簸累積值VBIv繪制出曲線并進行回歸分析，建立相關(guān)關(guān)系。
