路面檢測(cè)相關(guān)技術(shù)的研究
2015-06-24
近幾年來，隨著交通基礎(chǔ)建設(shè)投資力度的加大，我國(guó)公路通車?yán)锍讨鹉昕焖僭鲩L(zhǎng)。據(jù)國(guó)家公布消息：截止到2006年底，全國(guó)公路通車總里程已達(dá)345萬公里，其中高速公路達(dá)453萬公里?？梢姡c我國(guó)公路建設(shè)的快速發(fā)展相對(duì)應(yīng)，未來一段時(shí)期內(nèi)大量的原有路面需要維修改造，以保持良好的路用性能。舊路面檢測(cè)的主要指標(biāo)包括彎沉、平整度、摩擦系數(shù)、破損狀況等。傳統(tǒng)的檢測(cè)手段主要包括：(1)采用貝克曼梁彎沉儀，百分表，配合標(biāo)準(zhǔn)軸載黃河車，利用杠桿原理測(cè)試路表回彈彎沉；(2)采用3米直尺，測(cè)試路面縱向平整度、橫向斷面車轍狀況；(3)采用擺式摩擦系數(shù)儀，人工逐點(diǎn)測(cè)試路面摩擦系數(shù)；(4)采用取芯機(jī)，鉆取芯樣測(cè)試路面厚度，判斷芯樣完整性。這些早期檢測(cè)方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力、影響交通，而且數(shù)據(jù)精度也難以得到可靠保證。因此，必須逐步被新型檢測(cè)設(shè)備所取代。
1 路面平整度檢測(cè)
1.1路面平整度是路面評(píng)價(jià)及路面施工質(zhì)量驗(yàn)收中的一個(gè)重要指標(biāo)，主要反映路面縱斷面曲線的平整性。路面平整度的檢測(cè)能為決策者提供重要的信息，使決策者能為路面的維修養(yǎng)護(hù)做出優(yōu)化決策。另一方面路面平整度的檢測(cè)能準(zhǔn)確地提供路面施工質(zhì)量的信息，為路面施工提供一個(gè)質(zhì)量評(píng)定的客觀指標(biāo)。路面的平整度直接反映了公路整體施工質(zhì)量的水平，所以，在路面檢測(cè)中必須對(duì)路面施工的平整度進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量把關(guān)。
1.2目前，路面平整度測(cè)試設(shè)備主要分為斷面類及反應(yīng)類兩大類。斷面類實(shí)際上是測(cè)定路面表面凹凸情況，如連續(xù)式平整度儀、激光斷面儀等。反應(yīng)類是司機(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)，如顛簸累積儀等，其原理是測(cè)試車以一定的速度在路面上行駛，由于路面不平整引起汽車激振，通過機(jī)械傳感器測(cè)量后軸同車廂之間的單向位移累積值VBI，VBI值越大，則行車越不舒適。而斷面類設(shè)備是目前國(guó)內(nèi)外平整度檢測(cè)發(fā)展的主流產(chǎn)品。激光斷面儀是目前應(yīng)用較多的斷面類測(cè)試設(shè)備，正常測(cè)速在80 km／h左右，具有測(cè)試速度快、精度高的特點(diǎn)，可用于平整度等指標(biāo)的測(cè)試，其基本原理是利用激光傳感器測(cè)量車體到路面的距離，同時(shí)利用加速度計(jì)測(cè)量車體本身的豎向位移，從而得到路面縱斷面的剖面，然后利用該剖面實(shí)時(shí)計(jì)算國(guó)際平整度指數(shù)。
2 路面摩擦系數(shù)檢測(cè)
2.1路面抗滑性能是路面使用性能的重要組成部分，直接影響到道路行車安全性。路面抗滑性能包括縱向和橫向兩個(gè)方面，縱向抗滑性能決定車輛在剎車時(shí)的滑行距離，對(duì)避免追尾交通事故的發(fā)生有直接的決定作用；橫向抗滑性能決定車輛的方向控制能力，對(duì)車輛彎道行駛安全性較為重要。近年來，自動(dòng)化摩擦系數(shù)檢測(cè)設(shè)備近幾年來逐漸從英國(guó)、瑞典等國(guó)家引入我國(guó)。根據(jù)測(cè)試方法的不同，此種設(shè)備可分為三類．橫向力系數(shù)測(cè)試儀、剎車式摩擦系數(shù)測(cè)試儀、不完全剎車式摩擦系數(shù)測(cè)試儀等。
2.2橫向力系數(shù)測(cè)試儀在我國(guó)應(yīng)用最廣泛，該設(shè)備的基本原理是設(shè)定試驗(yàn)輪與行車方向成一定角度，橫向力與試驗(yàn)輪對(duì)路面荷載的比值即為橫向力系數(shù)，反映車輛在路面上側(cè)滑的危險(xiǎn)性。剎車式摩擦系數(shù)測(cè)試儀是在行駛的過程中，每間隔指定的距離自動(dòng)對(duì)測(cè)試輪剎車，剎車期間測(cè)試輪在路面上滑動(dòng)。不完全剎車式摩擦系數(shù)測(cè)試儀的測(cè)試輪和行駛輪之間，用不等直徑的同軸齒輪和鏈條連接，使得測(cè)試輪的滾動(dòng)線速度小于行駛輪的滾動(dòng)線速度。在正常測(cè)試時(shí)呈現(xiàn)連滾帶滑的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)力傳感器記錄的數(shù)據(jù)即可計(jì)算路面摩擦系數(shù)。目前在路面抗滑能力測(cè)試方面仍主要采用擺式儀，可以預(yù)見，由于在安全性和精度方面的優(yōu)勢(shì)，自動(dòng)化摩擦系數(shù)儀在我國(guó)將成為主流。
3路面彎沉檢測(cè)
3.1彎沉作為路面檢測(cè)的又一項(xiàng)重要指標(biāo)，其檢測(cè)與分析技術(shù)發(fā)展十分迅速。路面彎沉檢測(cè)設(shè)備已從靜力彎沉儀、穩(wěn)態(tài)動(dòng)力彎沉儀發(fā)展到脈沖式動(dòng)力彎沉儀，從單點(diǎn)最大彎沉檢測(cè)發(fā)展到對(duì)路面彎沉盆的檢測(cè)，并將僅局限于柔性路面意義上的彎沉概念，發(fā)展到剛性路面的結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)與設(shè)計(jì)分析中，路面結(jié)構(gòu)性能的評(píng)價(jià)也從路面整體強(qiáng)度評(píng)定發(fā)展到對(duì)路面各層剛度的反分析。
3.2其中，落錘式彎沉儀(FWD)是脈沖式動(dòng)力彎沉儀的典型代表。其技術(shù)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：測(cè)速快，精度高，并較好地模擬了實(shí)際行車荷載對(duì)路面的動(dòng)力作用，已被許多國(guó)家廣泛地應(yīng)用到路面檢測(cè)和評(píng)價(jià)中。其主要原理如下：通過計(jì)算機(jī)控制下的液壓系統(tǒng)提升并釋放一重錘，從而對(duì)路面施加脈沖荷載，荷載大小通過改變錘重和提升高度調(diào)整，并通過剛性圓盤作用到路面上。路面的彎沉由5個(gè)～9個(gè)傳感器測(cè)定，這樣就能較準(zhǔn)確地反映彎沉盆的形狀，從而為路面模量反算提供基礎(chǔ)。有了模量，就能進(jìn)一步分析出路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，應(yīng)變狀況，評(píng)價(jià)承載能力。此外，F(xiàn)WD還可用于舊水泥混凝土路面板體脫空判定，接縫傳荷能力判定，路基施工過程中動(dòng)態(tài)監(jiān)控、路基沖擊壓實(shí)效果評(píng)價(jià)等多方面，應(yīng)用日趨廣泛。
4 路表破損狀況調(diào)查
4.1路表破損狀況往往是道路使用者對(duì)于路面施工及養(yǎng)護(hù)質(zhì)量的直觀感受，因此，我國(guó)各級(jí)公路部門對(duì)路面破損狀況一向都比較重視。目前該項(xiàng)指標(biāo)主要還是依靠人工采集，除了主觀性大、效率低外，還存在很大的安全隱患。針對(duì)這種狀況，國(guó)內(nèi)部分單位近年來引進(jìn)了路表破損測(cè)試系統(tǒng)，其基本原理是通過攝像系統(tǒng)連續(xù)采集路表圖像，然后通過后處理軟件自動(dòng)處理與人工判讀相結(jié)合識(shí)別，分類與統(tǒng)計(jì)路表破損。這樣能夠大大提升了路表破損程度的測(cè)量精確性，并且在節(jié)省人力物力等方面也得到了比較好的應(yīng)用。
5 結(jié)語。
近幾年來新型檢測(cè)設(shè)備不斷涌現(xiàn)，為我們提供了更豐富更完整且且精確的信息。因此，如何更好地利用自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)評(píng)價(jià)路面使用性能，提出合理的維修方案，將是下一階段檢測(cè)設(shè)備用戶關(guān)注的重點(diǎn)。
路面檢測(cè)技術(shù)的總體趨勢(shì)是由人工檢測(cè)向自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)發(fā)展，由破損類檢測(cè)向無損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展，由低速度、低精度向高速度、高精度發(fā)展。最近幾年，自動(dòng)化路面無損檢測(cè)設(shè)備越來越多，與此對(duì)應(yīng)的，圍繞自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備所開展的研究也將在深度上得到提高。綜合而言，路面檢測(cè)技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展方向如下；
(1)先進(jìn)無損測(cè)試設(shè)備用戶越來越多，并逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)組裝及國(guó)產(chǎn)化；
(2)圍繞測(cè)試技術(shù)所展開的研究將逐步深化，尤其是評(píng)價(jià)技術(shù)，并通過相關(guān)實(shí)用軟件的市場(chǎng)化來推廣；
(3)利用多種無損檢測(cè)設(shè)備測(cè)試結(jié)果對(duì)路面狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)技術(shù)路線決策；
(4)各種檢測(cè)數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入路面管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息化管理。
