王建偉

摘要：在公路工程中，公路路面的平整度是一項(xiàng)非常重要的參數(shù)，直接影響著行車(chē)安全及舒適度，是路面評(píng)價(jià)及路面施工驗(yàn)收中的一個(gè)重要指標(biāo)。加強(qiáng)公路路面的平整度檢測(cè)工作不僅能高提路面工程質(zhì)量還可以為決策者提供重要的數(shù)據(jù)信息，為將來(lái)公路路面的維護(hù)保養(yǎng)以及返修提供非常必要的優(yōu)化決策信息。因此重點(diǎn)研究路面平整度的檢測(cè)方法可以有效提高公路路面質(zhì)量，其中激光平整度檢測(cè)系統(tǒng)是檢測(cè)公路平整度的一種高效、高質(zhì)的重要方法。本文將重點(diǎn)論述基于激光平整度儀的車(chē)載激光平整度檢測(cè)系統(tǒng)，分析該系統(tǒng)工作原理并結(jié)合工程案例詳細(xì)闡述了激光平整度檢測(cè)系統(tǒng)在公路路面施工中的應(yīng)用及應(yīng)用效果。

Abstract： in highway engineering， the smoothness of the road surface is a very important parameter， which directly affects the safety and comfort of the road. To strengthen the work of highway pavement roughness testing can not only raise the quality of pavement engineering but also provide important data for decision makers， for the future of highway pavement maintenance and repair to provide necessary information to optimize decision. Therefore， the study of road surface roughness detection method can effectively improve the quality of highway pavement， and the laser flatness detection system is an important method to detect the road roughness. This paper focuses on the vehicle laser flatness meter based on flatness detection system， analyzing the working principle of the system and combined with the engineering case describes the application of laser flatness detection system in highway pavement construction and its application.

關(guān)鍵詞：路面平整度；重要指標(biāo)；激光平整度檢測(cè)系統(tǒng)

Key words： pavement roughness；important index；laser flatness measurement system

中圖分類(lèi)號(hào)：U416.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）11-0145-02

0 引言

隨著我國(guó)交通運(yùn)輸?shù)娘w速發(fā)展，尤其是許多高級(jí)公路的發(fā)展，對(duì)公路的平整度要求也隨之提高。公路的平整度直接影響著人們對(duì)于公路本身舒適程度、安全性能、便捷性的評(píng)價(jià)，路面的平整度也和公路的使用壽命緊密相關(guān)。隨著公路施工技術(shù)的發(fā)展，對(duì)道路平整度的檢測(cè)技術(shù)也有了明顯得到了提高，然而由于傳統(tǒng)的公路平整度測(cè)量方法測(cè)試精度低，測(cè)試速度慢、不適用于在已有較多坑槽、破損嚴(yán)重的路面上測(cè)定、需要大量低頭彎腰的工作、需要大量人力、測(cè)量成本高等缺點(diǎn)，因而傳統(tǒng)測(cè)量方式的應(yīng)用逐漸減少。而激光平整度檢測(cè)系統(tǒng)以期對(duì)路面平整度的檢測(cè)速度快、穩(wěn)定、精度高等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于公路路面平整度的檢測(cè)工程中。本文主要從激光平整度檢測(cè)系統(tǒng)在高速公路瀝青路面平整度檢測(cè)中的應(yīng)用做出進(jìn)一步分析。

1 公路路面平整度檢測(cè)的重要性

路面平整度是公路施工驗(yàn)收的重要指標(biāo)之一，它反映出路面的縱斷面曲線(xiàn)的平整性，當(dāng)曲線(xiàn)相對(duì)平滑時(shí)反映出路面相對(duì)平整，而當(dāng)曲非常曲折時(shí)則表示路面比較崎嶇。路面平整度關(guān)系到行車(chē)安全、平穩(wěn)度以及地面沖擊力，如果公路不平等會(huì)大大增加路表的阻力，影響行車(chē)，使得車(chē)輛振動(dòng)較大造成對(duì)汽車(chē)的損耗。振動(dòng)還會(huì)對(duì)汽車(chē)產(chǎn)生很大的沖擊力，加劇路面和汽車(chē)輪胎之間的摩擦，增加油耗。另外，一旦路面不平整，就會(huì)產(chǎn)生積水，增加行車(chē)的危險(xiǎn)系數(shù)。影響路面平整度的因素是多種多樣的，它包括設(shè)計(jì)、施工以及自然環(huán)境因素等，優(yōu)質(zhì)的路面在設(shè)計(jì)中充分考慮了施工環(huán)境，應(yīng)用先進(jìn)的檢測(cè)系統(tǒng)和技術(shù)對(duì)路面進(jìn)行了細(xì)致精密的檢測(cè)。影響瀝青混凝路面平整度的因素主要是不均勻的沉降、攤鋪工藝、下層設(shè)計(jì)等。路面的平整度直接反映了車(chē)輛行駛過(guò)程中的舒適程度和穩(wěn)定性以及公路的使用壽命。路面平整程度為后期的維修保養(yǎng)及返修提供了一定的依據(jù)，是進(jìn)行路面施工的重要客觀指標(biāo)。

2 激光平整度檢測(cè)系統(tǒng)原理及優(yōu)勢(shì)

激光平整度檢測(cè)系統(tǒng)是一種基于激光技術(shù)，采用激傳感器和距離傳感器組合而成的路面縱斷面檢測(cè)系統(tǒng)。激光平整檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)激光傳感器測(cè)量車(chē)輛距離路面的高度，通過(guò)行程過(guò)程得到最終的路面縱向斷面情況，最終計(jì)算路面的縱向平整程度。傳感器是記錄汽車(chē)在行駛中產(chǎn)生的振動(dòng)的設(shè)備，通過(guò)加速傳感器記錄的數(shù)據(jù)的兩次積分來(lái)扣除，慣性傳感器可以將水平、縱向得出的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)軟件分析輸出最終的評(píng)價(jià)指標(biāo)，例如國(guó)際平整度指標(biāo)、平整度標(biāo)準(zhǔn)差、觀測(cè)打分值等。

2.1 檢測(cè)原理

如圖1所示，在一標(biāo)準(zhǔn)剛性梁上，分別安裝了5個(gè)激光位移傳感器1、2、3、4、5（為了分析方便，傳感器2、4用虛線(xiàn)表示），其中傳感器2和4以3為中點(diǎn)，間隔2δ，傳感器1和5以3為中點(diǎn)，間隔2Nδ（N>2），由此形成了步長(zhǎng)分別為δ和Nδ的小步長(zhǎng)和大步長(zhǎng)雙對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)。X軸是測(cè)量過(guò)程中的標(biāo)高基準(zhǔn)線(xiàn)，在整個(gè)行駛測(cè)量過(guò)程中，該坐標(biāo)系一直保持不變。

2.2 激光平整度檢測(cè)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

利用激光平整檢測(cè)系統(tǒng)相比其他的檢測(cè)系統(tǒng)具有檢測(cè)速度快的優(yōu)勢(shì)，其檢測(cè)速度可以達(dá)到傳統(tǒng)檢測(cè)方法的幾倍乃至幾十倍，它能夠迅速就路面的平整度情況得出檢測(cè)結(jié)果，改變了傳統(tǒng)檢測(cè)模式耗時(shí)長(zhǎng)的缺陷。其次，激光平整度檢測(cè)還大大提高了路面檢測(cè)的準(zhǔn)確性和精準(zhǔn)度，通過(guò)實(shí)際數(shù)據(jù)我們可以看到，激光檢測(cè)系統(tǒng)講檢測(cè)精度提高到了0.1mm，采集間距縮短到了0.13mm，檢測(cè)車(chē)速也能達(dá)到80公里每小時(shí)。激光平整度檢測(cè)系統(tǒng)能夠在規(guī)模較大的路面中進(jìn)行快速的檢測(cè)，比如高速公路、城市道路、機(jī)場(chǎng)跑道路面檢測(cè)等。檢測(cè)后可以直接輸出檢測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值，例如IRI值、行駛質(zhì)量指數(shù)、縱斷面參數(shù)、坡度值等。通過(guò)激光檢測(cè)很大的減少了傳統(tǒng)人為操作的誤差，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)化操作，更好的保證了地面監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和檢測(cè)精度。激光平整度檢測(cè)系統(tǒng)不僅僅適用于檢測(cè)路面的平整度，還可以檢測(cè)路面的紋理以及車(chē)轍深度等。

3 激光平整度檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性分析

3.1 速度影響性試驗(yàn)：速度影響性試驗(yàn)是指在激光平整度檢測(cè)系統(tǒng)中檢測(cè)結(jié)果是否會(huì)受到汽車(chē)行駛速度的影響。因此在速度影響性試驗(yàn)中選擇一段路程進(jìn)行兩次平等試驗(yàn)，然后測(cè)量速度影響系數(shù)，測(cè)量的得出的結(jié)果小于5%則說(shuō)明激光平整度檢測(cè)系統(tǒng)受車(chē)速的影響是極小的，甚至是不受影響的，因此激光平整度試驗(yàn)是不受車(chē)速影響的。

3.2 重復(fù)性試驗(yàn)：重復(fù)性試驗(yàn)是對(duì)激光檢測(cè)結(jié)果穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性的檢測(cè)，重復(fù)性試驗(yàn)中對(duì)同一段路面情況進(jìn)行了檢測(cè)，以固定的車(chē)速進(jìn)行若干次平整度檢測(cè)，平整度檢測(cè)所得出的結(jié)果通過(guò)傳感器傳到計(jì)算機(jī)中，對(duì)其進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，最終比較幾次檢測(cè)的結(jié)果是否相同，即計(jì)算出變異系數(shù)，變異系數(shù)在5%以?xún)?nèi)則說(shuō)明激光檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性比較好，幾次檢測(cè)的結(jié)果相差極小或者幾乎不差，這又從另一個(gè)角度說(shuō)明了激光平穩(wěn)度檢測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度較高。

3.3 相關(guān)性試驗(yàn)：相關(guān)性試驗(yàn)和重復(fù)性試驗(yàn)由相似的地方，它重在強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)檢測(cè)的準(zhǔn)確性，采用其他系統(tǒng)檢測(cè)方法對(duì)激光平整度檢測(cè)系統(tǒng)所檢測(cè)出的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，確定該種方法的檢測(cè)是否切實(shí)可行。在試驗(yàn)中選擇了某一段路面，采用標(biāo)準(zhǔn)儀器和激光路面平整度系統(tǒng)對(duì)這段路進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)。激光檢測(cè)的結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)儀器檢測(cè)結(jié)果的相關(guān)系數(shù)大于等于98%，這說(shuō)明了激光平整度檢測(cè)系統(tǒng)的相關(guān)性好，得到的檢測(cè)結(jié)果較為精確。

4 應(yīng)用案例

河南許昌某項(xiàng)目公路瀝青路面的其中一個(gè)路段，全長(zhǎng)約300m，設(shè)計(jì)車(chē)速大約為每小時(shí)100km。在該次路段測(cè)試過(guò)程中，采用的是精密水準(zhǔn)儀、激光平整度檢測(cè)設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行分別檢測(cè)。第一，先利用目視法在該300m路段上確定8個(gè)路段。第二，利用精密水準(zhǔn)儀在300m的路段上每隔250mm測(cè)出縱斷面高程，然后運(yùn)用程序計(jì)算路面的國(guó)際平整度指數(shù)。最后，采用激光平整度檢測(cè)系統(tǒng)在300m的路段上每隔247mm進(jìn)行測(cè)試，然后取先后3次測(cè)試的平均值作為測(cè)試結(jié)果，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。為激光路面平整度檢測(cè)系統(tǒng)和精密水準(zhǔn)儀對(duì)同一段路面檢測(cè)得到的路面相對(duì)縱斷面曲線(xiàn)，如圖3所示。

從圖3可以看到，上述兩種儀器的測(cè)量結(jié)果非常的吻合，坑洼、凸起也比較對(duì)應(yīng)，曲線(xiàn)局部位置的差別主要是因?yàn)樵搩煞N方法采樣間隔不同步造成的，其中精密水準(zhǔn)儀每隔250mm采一個(gè)點(diǎn)，而激光平整度檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，則每隔247mm就會(huì)采5個(gè)點(diǎn)，然后取其平均值。

經(jīng)回歸分析可知，激光檢測(cè)結(jié)果[IRIc]和精密水準(zhǔn)檢測(cè)[IRIs]之間存在以下關(guān)系

[IRIs]=0.97[IRIc]+0.09

兩者之間的相關(guān)系數(shù)為0.99，相對(duì)誤差不超過(guò)4%，測(cè)試結(jié)果達(dá)到了世界銀行組織規(guī)定的一類(lèi)平整度檢測(cè)儀器標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，激光平整度檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于瀝青公路，具有速度快、精確度高、穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，這是對(duì)我國(guó)傳統(tǒng)檢測(cè)方法的又一突破。從上文中展示的幾個(gè)試驗(yàn)可以看出激光平整度檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性高，適用于我國(guó)目前的公路施工和建設(shè)，通過(guò)平整度檢測(cè)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)公路質(zhì)量進(jìn)行把握，實(shí)現(xiàn)對(duì)瀝青公路的后期維護(hù)，延長(zhǎng)公路的使用壽命。

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