路基路面試驗(yàn)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(dòng)作用。這種振動(dòng)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(shí)，振動(dòng)作用還會對路面施加沖擊力，從而加劇路面和汽車機(jī)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(hù)的一個(gè)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(shí)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(dòng)的顛簸情況。反應(yīng)類指標(biāo)是司機(jī)和乘客直接感受到的平整度指標(biāo)，因此它實(shí)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。現(xiàn)已有更新型的自動(dòng)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(yàn)得出IRI與標(biāo)準(zhǔn)差ó 或單向累計(jì)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(yàn)收，單尺測定時(shí)要計(jì)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(yàn)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(yàn)?zāi)康暮瓦m用范圍
用于測定壓實(shí)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(diǎn)
（1）在測試路段路面上選擇測試地點(diǎn)
①當(dāng)為施工過程中質(zhì)量檢測需要時(shí)，測試地點(diǎn)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(yàn)收或進(jìn)行路況評定需要時(shí)，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(diǎn)
①在施工過程中檢測時(shí)，按根據(jù)需要確定的方向，將3m直尺擺在測試地點(diǎn)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(jìn)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(shí)，按現(xiàn)行《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)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(gè)最大間隙。
3. 計(jì)算
單桿檢測路面的平整度計(jì)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(shí)，判斷每個(gè)測定值是否合格，根據(jù)要求計(jì)算合格百分率，并計(jì)算10個(gè)最大間隙的平均值。
4. 報(bào)告
單桿檢測的結(jié)果應(yīng)隨時(shí)記錄測試位置及檢測結(jié)果。連續(xù)測定10尺時(shí)，應(yīng)報(bào)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(yàn)?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(gè)3m長的機(jī)架，機(jī)架可縮短或折疊，前后各有4個(gè)行走輪，前后兩組輪的軸間距離為3m。機(jī)架中間有一個(gè)能起落的測定輪。機(jī)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(dòng)采集位移數(shù)據(jù)時(shí)，測定間距為10cm，每一計(jì)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(dòng)采集數(shù)據(jù)及計(jì)算功能時(shí)，應(yīng)能記錄測試曲線。機(jī)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(yàn)要點(diǎn)
（1）選擇測試路段路面測試地點(diǎn)，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(diǎn)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(dòng)檢測器及記錄儀，隨即啟動(dòng)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(xiàng)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(shí)，亦可用人力拖拉平整度儀測定路面的平整度。但拖拉時(shí)應(yīng)保持勻速前進(jìn)。
4．計(jì)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(dòng)計(jì)算：100m計(jì)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(jì)值及以3m機(jī)架為基準(zhǔn)的中點(diǎn)路面偏差曲線圖，并打印輸出。當(dāng)為人工計(jì)算時(shí)，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(jì)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(jì)算一個(gè)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(bào)告
試驗(yàn)應(yīng)列表報(bào)告每一個(gè)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(shí)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(jì)。
（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(yàn)需要下列儀具:
（1）車載式顛簸累積儀：由機(jī)械傳感器、數(shù)據(jù)處理器及微型打印機(jī)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(jī)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(jì)。VBI越大，說明路面平整性越差，人體乘坐汽車時(shí)越不舒適。
4. 使用技術(shù)要點(diǎn)
（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(xiàng)
（1）檢測結(jié)果與測試車機(jī)械系統(tǒng)的振動(dòng)特性和車輛行駛速度有關(guān)。減振性能好，則VBI測值??；車速越高，vBI測值越大。因此必須通過對機(jī)械系統(tǒng)的良好保養(yǎng)和檢測時(shí)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(yàn)；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(rèn)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(yàn)，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(yàn)方法可詳見《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTJ059-95）。
6，報(bào)告
（1）應(yīng)列表報(bào)告每二個(gè)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(yàn)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(gè)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(shí),采用反應(yīng)類平整度儀測定時(shí)，為使測定結(jié)果具有時(shí)間穩(wěn)定性，必須經(jīng)常進(jìn)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(jìn)行了大規(guī)模的路面平整度試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上提出采用國際平整度指數(shù)（IRI）作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的建議。
國際平整度指數(shù)（IRI）是一項(xiàng)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(dòng)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(gè)位置的變量值后，即可計(jì)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(gè)斷面點(diǎn)的調(diào)整坡求得后，便可計(jì)算IRI。
上述計(jì)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(diǎn)間距利用此程序計(jì)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(shí)。
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(jìn)行換算時(shí)，應(yīng)將車載式顛簸累積義的測試結(jié)果進(jìn)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(shí)車輛的干擾。
標(biāo)定路段起迄點(diǎn)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(jìn)行。
1）用連續(xù)式平整度儀進(jìn)行標(biāo)定
（1）用于標(biāo)定的儀器應(yīng)使用按規(guī)定進(jìn)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(gè)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(gè)路段進(jìn)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(shí)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(jìn)行，記錄車速及搭載量，以后測試時(shí)的情況應(yīng)與標(biāo)定時(shí)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(jìn)行回歸分析，建立相關(guān)關(guān)系。
