高等級公路路面平整度的10種檢測方法

隨著我國公路等級的不斷提高，高等級公路網絡的日益完善，如何對路面質量進行檢測評定，是當前一個十分重要的課題。在路面諸多檢查項目評定指標中，平整度占評定項目總分數的15%～20%，足見其重要地位。  
1　平整度檢測評定指標  

路面平整度的檢測輸出指數比較多，有些國家地區使用的檢測指標，比如：澳大利亞的ＮＡＡＳＲＡ指數，法國的ＡＰＬ指數，加拿大的ＰＳＩ指數，也有世界性組織國際上較為通用的國際平整度ＩＲＩ。也有相關行業如：汽車設計研究行業評價路面的ＰＳＤ指數等。而在我國，常用的還有三米直尺量測的最大間隙ｈ及標準偏差σ。下面就我國常用的幾種指標及國際平整度指數ＩＲＩ進行簡單介紹： 
1.1 三米直尺量測的最大間隙ｈ 
三米直尺是由硬木或鋁合金等材料制成，底面平直，長3ｍ。在測試前將三米直尺放在車道一側車輪輪跡（距車道線80～100ｃｍ）上，對舊路已形成車轍的路面，應取車轍中間位置為測定位置，然后用粉筆在路面上作好標記。測試時，目測三米直尺底面與路面之間的最大間隙位置，用有高度標線的塞尺塞進間隙處，量測最大間隙的高度ｈ（ｍｍ），要求準確至0.2ｍｍ。按《公路工程質量檢驗評定標準》（ＪＴＪ071-94）的規定，每200ｍ測試兩處，每處要求連續10尺，然后計算10個最大間隙的平均值、不合格尺數及合格率。這種測試方法由于全部由人工操作，因此人為因素大、精度低、測試效率低，只適用于在建道路施工過程進行質量控制，不適于高等級公路竣工驗收和日后運行中進行檢測評定。 

1.2 標準差σ 
標準差σ是指八輪平整度儀測試輸出的平整度數據。八輪平整度儀是以3ｍ長桁架鉸接對分小梁為基準，中間機架可伸縮或折疊，前后各有四個行車輪，前后兩組輪的軸間距離為3ｍ。在機架中間有一個能起落的測定輪，測定輪上裝有位移傳感器和距離傳感器，測定時以儀器著地的八個輪為相對基準面，沿路面某一縱向位置以一定間隔量（如桁架每移動25ｃｍ）采集測試輪的單向垂直位移數值，再用數理統計的方法來計算100ｍ中所有數據（若間隔為25ｃｍ，則100ｍ有400個數據）的方差，此方差即我們通常所說的標準偏差σ。 

1.3 國際平整度指數ＩＲＩ 
為了檢測路面平整度，世界各國研制出許多相關的儀器設備，如美國、加拿大的四分之一車，英國的標準顛簸累積儀，法國的縱斷面分析儀，澳大利亞的平整度數據采集系統等。這些設備在當時的使用情況都不錯，但因彼此之間未建立定量關系，其檢測到的數據無法對比。因此，為了客觀定量分析路面平整度，世界銀行在七十年代末八十年代初組織了世界有關專家及各國測定平整度的主要儀器，在巴西利亞進行研究試驗，最后在1986年提出了國際平整度粗糙指數ＩＲＩ概念。 

ＩＲＩ的定義是：模擬標準車在80ｋｍ/ｈ速度條件下，車身懸架的總位移（單位為ｍ）與行駛距離（單位為ｋｍ）之此，同時發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ＩＲＩ，從而把過去世界各國不同的平整度儀測試結果指標統一到ＩＲＩ來，國際平整度指數ＩＲＩ是世行組織召集世界各國專家學者，考慮了公路路面的長波模型、短波模型、臺階模型以及專家模型等向世界各國推薦的。所以從技術上比較全面、合理。這對世界路面平整度測量是一個重大的貢獻，目前ＩＲＩ已發展成各國平整度的通用指標，包括現在最先進的采用激光技術的平整度檢測設備均可直接輸出ＩＲＩ的指標數值。 

2　新檢評標準中平整度的相關問題 
鑒于國內十余年來路面平整度儀器設備的研究開發和應用發展情況，顛簸累積儀已從廣泛用于現有路網路面平整度測定，發展成為可完全滿足新建路面竣工驗收需要的檢測手段，故新檢評標準采用較高級的自動或半自動化檢測設備，不再單指連續平整度儀（即八輪平整度儀），并引入了國際通用的國際平整指數ＩＲＩ。 

2.1 采用ＩＲＩ作為路面平整度的檢測和評定指標的必要性 
為了客觀準確高效地檢測和評定路面平整度，平整度指數的設置要具有合理性。我國過去使用較多的儀器有三米直尺和連續式平整度儀等，這些儀器受長度和速度的限制，難以反映較高車速下路面較長波長的顛簸和起伏。另外連續式平整度儀在使用中還存在測試效率低、速度慢、機械配置龐大而笨重、測定精度差、再現性差等問題。因此，為提高平整度測試的精確度及與國際通用指標保持一致，有必要在規范中采用國際平整度指數ＩＲＩ作為路面平整度的檢測和評定指標。 

2.2 新標準ＩＲＩ界限值界定 
我國從“七五”開始，在路面管理系統中采用ＩＲＩ作為路面平整度指標，已實際使用了十余年，測得了數萬公里的瀝青路面的ＩＲＩ值，為干線公路路面評價、養護決策提供了重要的基礎數據。同時，交通部公路科學研究所曾多次在北京、上海、南京、長春、太原等地對國際平整度指數ＩＲＩ與平整度標準差σ進行了大量的對比試驗，全部試驗結果表明二者之間具有良好的相關關系：σ=0.5926ＩＲＩ+0.013，相關系數ｒ=0.9875.為了便于應用，一般取σ=0.6ＩＲＩ。 
3　平整度檢測設備介紹   

因為路面平整度的檢測比較重要，各國相繼研制了各種各樣的平整度檢測設備及評價方法，目前主要的有多輪式平整度儀、響應式平整度儀、手推式斷面儀、激光斷面儀、超聲波斷面儀等等，這里就激光斷面儀作簡單介紹： 
3.1 激光斷面儀 
激光斷面儀是與激光測距儀為基礎，把激光測距儀固定在車體上，測試時激光測距儀始終監測距路面高度，由于車體受路面平整度的影響，激光測距儀測出的距離并不能直接反映路面平整度，為此技術人員在車體上加裝了加速度傳感器，并對該加速度計輸出的加速度信號進行積分處理。一次積分輸出速度信號、二次積分輸出位移信號，這樣就量化了車體受路面平整度影響產生的位移，用該信號同激光測距儀測出的信號進行互差，消除車體的震動位移采集到真實的路面斷面值。目前，澳大利亞ＡＲＲＢ公司研制的五激光斷面儀（簡稱5ＬＰ），該儀器測試速度為20-120ｋｍ/ｈ，擁有檢測速度快、效率高、測試精度高等優點。該儀器五個激光探頭裝在測試車前的激光橫杠上，當測試車每移動約50ｍｍ，儀器就對其每條輪跡線和中線進行縱向路面形狀的測量，并將數據在事后處理成為國際平整度指數ＩＲＩ值，同時計算輸出該車道的平整度值。因此，5ＬＰ對于高等級公路的檢測不僅快速高效，而且能準確反映路面每個車道、每個位置的平整度真實情況，為高等級公路的施工、竣工驗收、養護管理提供了科學依據。 

4 應用五激光斷面儀檢測路面平整度應注意的問題
（1） 路面清潔度對數據的影響。在路面檢測中，道路的表面清潔度對數據有著一定的影響。例如道路表面有樹葉等垃圾或雜物，當測試車行駛經過時，測試結果就有可能反映的是樹葉表面的平整度值，而無法測得路面的真實數據。
（2） 為確保測試結果的精確性，在測試過程中，應使測試車始終保持勻速狀態。根據五激光斷面儀的標定結果分析，該儀器在50～80ｋｍ的時速下數據更精確，所以在檢測中，應維持正在測試的車道的暢通，減小車速的影響。 
（3） 當檢測長坡路段時，應注意上下坡時數據的穩定性。對于五激光斷面儀，下坡測得的平整度值一般略大于上坡測試的結果。為此，檢測人員應掌握這個規律，以便在實際測試中的數據更為準確可靠。 
（4） 測試車在不同的載重下對數據也存在一定影響，主要由于不同的載重會影響輪胎的氣壓等原因，造成測試車橫梁高度的變化，產生數據偏差。這就要求保證測試時車輛的荷載，一般僅由駕駛員和操作手兩人為宜。 
（5） 在雨天或路面潮濕有水的情況下，不能進行檢測。以五激光斷面儀為例，當路面有水時，激光發射到地面后會產生散射，因此測得的數據就不準確。其它各類儀器也普遍存在這個問題。 
（6） 在測試過程中，應合理的將測試距離進行分段，根據主管部門或施工單位等的要求，可以按標段、不同管轄路段及公樁等進行分段，以便在檢測報告中更好地反映出結果，滿足受檢部門的需要。 
5　平整度檢測技術的發展趨勢   

公路是我們業內人的事業，同時又是全社會的公益福利。我國高等級公路起步較晚。但建設速度之快，在本世紀初，骨架路網絡基本形成。因此，不單要對施工過程質量控制進行檢測，對交工驗收質量評定檢測，而且要對公路的長期服務進行檢測評定。我國已開展的路面管理系統（ＣＰＭＳ）就是一種科學的養護管理系統，ＣＰＭＳ系統內最基礎的數據就是平整度指標。正在進行開發研究的ＧＩＳ系統正是下一步公路信息向全社會開放與服務的前期研究。由此可見公路路面檢測的重要性。從檢測設備來看，由于使用條件與使用目的的不同，所以使用的設備也不盡相同，三米直尺、五米直尺、水平儀等傳統的檢測方法在施工過程中仍然有一定的作用，例如對路面面層以下各結構層的檢測，方法簡便易行，對業主、監理、施工單位來說，均不失為一種較好的方法。但近年來由于各種車載高效檢測設備擁有測試精度等級高，人為因素少，不用中斷交通等優點，這種方法正在為各省市的質監部門所采用，高等級公路的平整度檢測事業也正朝著精確、快速、高效的方向發展。