路基路面试验检测技术--平整度检测方法
2011-08-10
一、概 述
平整度是路面施工质量与服务水平的重要指标之一。它是指以规定的标准量规，间断地或连续地量测路表面的凹凸情况，即不平整度的指标。路面的平整度与路面各结构层次的平整状况有着一定的联系，即各层次的平整效果将累积反映到路面表面上，路面面层由于直接与车辆及大气接触，不平整的表面将会增大行车阻力,并使车辆产生附加振动作用。这种振动作用会造成行车颠簸，影响行车的速度和安全及驾驶的平稳和乘客的舒适，同时，振动作用还会对路面施加冲击力，从而加剧路面和汽车机件损坏和轮胎的磨损，并增大油耗。而且，不平整的路面会积滞雨水，加速路面的破坏。因此；平整度的检测与评定是公路施工与养护的一个非常重要的环节。
平整度的测试设备分为断面类及反应类两大类。断面类实际上是测定路面表面凹凸情况的,如最常用的3m直尺及连续式平整度仪，还可用精确测定高程得到；反应类测定路面凹凸引起车辆振动的颠簸情况。反应类指标是司机和乘客直接感受到的平整度指标，因此它实际上是舒适性能指标，最常用的测试设备是车载式颠簸累积仪。现已有更新型的自动化测试役备，如纵断面分析仪，路面平整度数据采集系统测定车等。国际上通用国际平整度指数IRI衡量路面行驶舒适性或路面行驶质量，可通过标定试验得出IRI与标准差ó 或单向累计值VBI之间的关系。
二、平整度测试方法
（一） 3m直尺法
3m直尺测定法有单尺测定最大间隙及等距离（1．5m）连续测定两种。两种方法测定的路面平整度有较好的相关关系。前者常用于施工质量控制与检查验收，单尺测定时要计算出测定段的合格率；等距离连续测试也可用于施工质量检查验收，要算出标准差，用标准差来表示平整程度。
1．试验目的和适用范围
用于测定压实成型的路基、路面各层表面的平整度，以评定路面的施工质量及使用质量。
2．测试要点
（1）在测试路段路面上选择测试地点
①当为施工过程中质量检测需要时，测试地点根据需要确定，可以单杆检测；
②当为路基、路面工程质量检查验收或进行路况评定需要时，应首尾相接连续测量10尺。除特殊需要外，应以行车道一侧车轮轮迹（距车道线80～10ocm）带作为连续测定的标准位置。
③对旧路面已形成车辙的路面，应取车辙中间位置为测定位置，用粉笔在路面上作好标记。
（2）测试要点
①在施工过程中检测时，按根据需要确定的方向，将3m直尺摆在测试地点的路面上。
②目测3m直尺底面与路面之间的间隙情况，确定间隙为最大的位置。
③用有高度标线的塞尺塞进间隙处，量记最大间隙的高度，精确至0．2mm。
④施工结束后检测时，按现行《公路工程质量检验评定标准调》（JTJ071-98）的规定，每1处连续检测10尺，按上述步骤测记10个最大间隙。
3. 计算
单杆检测路面的平整度计算，以3m直尺与路面的最大间隙为测定结果、连续测定10尺时，判断每个测定值是否合格，根据要求计算合格百分率，并计算10个最大间隙的平均值。
4. 报告
单杆检测的结果应随时记录测试位置及检测结果。连续测定10尺时，应报告平均值、不合格尺数、合格率。
（二）连续式平整度仪法
1．试验目的与适用范围
用于测定路表面的平整度，评定路面的施工质量和使用质量，但不适用于在己有较多坑槽、破损严重的路面上测定。
2．仪器设备
（1）连续式平整度仪：
除特殊情况外，连续式平整度仪的标准长度为3m，其质量应符合仪器标准的要求。中间为一个3m长的机架，机架可缩短或折叠，前后各有4个行走轮，前后两组轮的轴间距离为3m。机架中间有一个能起落的测定轮。机架上装有蓄电源及可拆卸的检测箱，检测箱可采用显示。记录、打印或绘图等方式输出测试结果。测定轮上装有位移传感器，自动采集位移数据时，测定间距为10cm，每一计算区间的长度为1oom，ioom输出一次结果。当为人工检测，无自动采集数据及计算功能时，应能记录测试曲线。机架头装有一牵引钩及手拉柄，可用人力或汽车牵引。
（2）牵引车：小面包车或其他小型牵引汽车。
（3）皮尺或测绳。
3. 试验要点
（1）选择测试路段路面测试地点，同3m直尺法。
（2）将连续式平整度测定仪置于测试路段路面起点上。
（3）在牵引汽车的后部，将平整度的挂钩挂上后，放下测定轮，启动检测器及记录仪，随即启动汽车，沿道路纵向行驶、横向位置保拧稳定，并检查平整度检测仪表上测定数字显示、打印、记录的情况。如检测设备中某项仪表发生故障，即停车检测，牵引平整度仪的速度应均匀，速度宜为5km/h,最大不得超过12km／h。
在测试路段较短时，亦可用人力拖拉平整度仪测定路面的平整度。但拖拉时应保持匀速前进。
4．计算
（1）连续式平整度测定仪测定后，可按每10cm间距采集的位移值启动计算：100m计算区问的平整度标准差，还可记录测试长度、曲线振幅大于某一定值（3mm、5mm、8mm、10mm等）的 次数、曲线振幅的单向（凸起或凹下）累计值及以3m机架为基准的中点路面偏差曲线图，并打印输出。当为人工计算时，在记录曲线上任意设一基准线，每隔一定距离（宜为1.5m）读取曲线偏离基准线的偏离位移值di 。
（2）每一计算区间的路面平整度以该区间测定结果的标准差表示。
（3）计算一个评定路段内各区间平整度标准差的平均值、标准差、变异系数。
5．报告
试验应列表报告每一个评定路段内各测定区间的平整度标准差。各评定路段平整度的平均值、标准差、变异系数以及不合格区问数。
（三）车载式颠簸累积仪法简介
1.目的和适用范围
（1）本方法规定用车载式颠簸累积仪测量车辆在路面上通行时后轴与车厢之间的单向位移累积值VBI表示路面的平整度，以cm/km计。
（2）本方法适于测定路面表面的平整度，以评定路面的施工质量和使用期的舒适性。但不适用于已有较多坑槽、破损严重的路面上测定。
2．主要设备
本试验需要下列仪具:
（1）车载式颠簸累积仪：由机械传感器、数据处理器及微型打印机组成，传感器固定安装在测试车的底板上。仪器的主要技术性能指标如下：
①测试速度：可在30～50km/h范围内选定；
②最小读数：1cm；
③最大测试幅值：±30cm；④最大显示值:9999cm;
⑤系统最高反应频率:5K Hz；
（2）测试车：旅行车、越野车或小轿车。
3．工作原理
测试车以一定的速度在路面上行驶，由于路面上的凹凸不平状况，引起汽车的激振，通过机械传感器可测量后轴同车厢之间韵单向位移累积值VBI，以cm／km计。VBI越大，说明路面平整性越差，人体乘坐汽车时越不舒适。
4. 使用技术要点
（1）仪器安装应准确、牢固、便于操作。
（2）测试速度以32km/h为宜，一般不宜超过40km/h。
5. 注意事项
（1）检测结果与测试车机械系统的振动特性和车辆行驶速度有关。减振性能好，则VBI测值小；车速越高，vBI测值越大。因此必须通过对机械系统的良好保养和检测时严格控制车速来保持测定结果的稳定性。
（2）用车载式颠簸累积仪测出的颠簸累积值VBI，与用连续式平整仪测出的标准差 ó概念不同，可通过对比试验；建立两者的相关关系，将VBI值换算为ó ,用于路面平整度评定。
（3）通过大量研究观察得出：ó=0.6IRI
（4）国际平整度指数IRI是国际上公认的衡量路面行驶舒适性或路面行驶质量的指数。也可通过标定试验，建立VBI与IRI的相关关系，将颠簸累积仪测出的颠簸累积值VBI换算为国际平整度指数IRI。
关于车载式颠簸累积仪测定平整度试验方法可详见《公路路基路面现场测试规程》（JTJ059-95）。
6，报告
（1）应列表报告每二个评定胳段内各测定区向的颠簸累积值，各评定路段颠簸累积值的平均值、标准差、变异系数。
（2）测试速度
（3）试验结果与国际平整度指数等其他平整度指标建立的相关关系式、参数值、相关系数。
三、乎整度指标间相互关系的建立
1. 国际平整度指数
平整度测定的方法和仪器很多，相应采用的指标也各不相同。为了使采用不同的方法和仪器测定的结果可以相互比较，需要寻找一个标准的（或通用的）平整度指标，它同其他平整度指标有良好的相关关系。同时,采用反应类平整度仪测定时，为使测定结果具有时间稳定性，必须经常进行标定；而标定曲线的精度取决于标定路段采用的平整度指标同反应类测定系统的相关性。
为了解决上述问题，世界银行于1982年组织了有巴西、英、美、法等国专家参加的国际研究小组、在巴西进行了大规模的路面平整度试验，在此基础上提出采用国际平整度指数（IRI）作为评价标准的建议。
国际平整度指数（IRI）是一项标准化的平整度指标。它同反应类平整度测定系统类似，但是采用的是数学模型模拟1/4车轮（即单轮，类似于拖车）以规定速度行驶在路面断面上，分析行驶距离内动态反应悬挂系的累积竖向位移量）标准的测定速度规定为80km／h，其测定结果的单位为m／km。因而，这一指标与反应类仪器的平均调整坡ARS相似，称作参照平均调整坡（RARS80）。
求得每一个位置的变量值后，即可计算该位置的调整坡（RS）。IRI为路段长度内RS变量的平均值。因此，当每个断面点的调整坡求得后，便可计算IRI。
上述计算过程已编制电算程序，在量测得到纵断面的高程资料后，便可按抽样点间距利用此程序计算该段路面平整度的国际平整度指数IRI值。
国际平整度指数IRI作为通用指标的效果，可以通过考察不同平整度测定方法的测定结果转换成以IRI表征后的一致性得到证实。
2。VRI与其他平整度指标相关关系的建立
用车载式颠簸累积仪测定的VBI值需要与其他平整度指标（如连续式平整度仪测出的标准差、国际平整度指数（IRI）等】进行换算时，应将车载式颠簸累积义的测试结果进行标定，即与相关的平整度仪测量结果建立相关关系，相关系数均不得小于0．90。
为与其他平整度指标建立相关关系，选择的标定路段应符合下列要求：
（1）有5~ 6段不同平整度的现有道路，从好到坏不同程度的都应各有一段
（2）每段路长宜为250~ 3oom。
（3）每一段中的平整度应均匀，段内应无大大差别。
（4）标定路段应选纵坡变化较小的平坦、直线地段。
（5）选择交通量小或可以疏导的路段）减少标定时车辆的干扰。
标定路段起迄点用油漆作好标记，并每隔一定距离作中间标记，标定宜选择在行车道的正常轮迹上进行。
1）用连续式平整度仪进行标定
（1）用于标定的仪器应使用按规定进行校准后能准确测定路面平整度的连续式平整度仪。
（2）按现行操作规程用连续式平整度仪沿选择的每个路段全程连续测量平整度3~5次，取其平均值作为该路段的测试结果（以标准差表示）。
（3）用车载式颠簸累积仪沿各个路段进行测量，重复3 ~5次后，取其各次颠簸累积值的平均值作为该路段的测试结果，与平整度仪的各段测试结果相对应。标定时的测试车速应在30~ 50km／h范围内选用一种或两种稳定的车速分别进行，记录车速及搭载量，以后测试时的情况应与标定时的相同。
（4）整理相关关系
将连续式平整度仪测出的标准差ó 及车载式颠簸累积仪测出的颠簸累积值VBIv绘制出曲线并进行回归分析，建立相关关系。
