路面检测相关技术的研究
2015-06-24
近几年来，随着交通基础建设投资力度的加大，我国公路通车里程逐年快速增长。据国家公布消息：截止到2006年底，全国公路通车总里程已达345万公里，其中高速公路达453万公里。可见，与我国公路建设的快速发展相对应，未来一段时期内大量的原有路面需要维修改造，以保持良好的路用性能。旧路面检测的主要指标包括弯沉、平整度、摩擦系数、破损状况等。传统的检测手段主要包括：(1)采用贝克曼梁弯沉仪，百分表，配合标准轴载黄河车，利用杠杆原理测试路表回弹弯沉；(2)采用3米直尺，测试路面纵向平整度、横向断面车辙状况；(3)采用摆式摩擦系数仪，人工逐点测试路面摩擦系数；(4)采用取芯机，钻取芯样测试路面厚度，判断芯样完整性。这些早期检测方法不仅费时费力、影响交通，而且数据精度也难以得到可靠保证。因此，必须逐步被新型检测设备所取代。
1 路面平整度检测
1.1路面平整度是路面评价及路面施工质量验收中的一个重要指标，主要反映路面纵断面曲线的平整性。路面平整度的检测能为决策者提供重要的信息，使决策者能为路面的维修养护做出优化决策。另一方面路面平整度的检测能准确地提供路面施工质量的信息，为路面施工提供一个质量评定的客观指标。路面的平整度直接反映了公路整体施工质量的水平，所以，在路面检测中必须对路面施工的平整度进行严格的质量把关。
1.2目前，路面平整度测试设备主要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，如连续式平整度仪、激光断面仪等。反应类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，如颠簸累积仪等，其原理是测试车以一定的速度在路面上行驶，由于路面不平整引起汽车激振，通过机械传感器测量后轴同车厢之间的单向位移累积值VBI，VBI值越大，则行车越不舒适。而断面类设备是目前国内外平整度检测发展的主流产品。激光断面仪是目前应用较多的断面类测试设备，正常测速在80 km／h左右，具有测试速度快、精度高的特点，可用于平整度等指标的测试，其基本原理是利用激光传感器测量车体到路面的距离，同时利用加速度计测量车体本身的竖向位移，从而得到路面纵断面的剖面，然后利用该剖面实时计算国际平整度指数。
2 路面摩擦系数检测
2.1路面抗滑性能是路面使用性能的重要组成部分，直接影响到道路行车安全性。路面抗滑性能包括纵向和横向两个方面，纵向抗滑性能决定车辆在刹车时的滑行距离，对避免追尾交通事故的发生有直接的决定作用；横向抗滑性能决定车辆的方向控制能力，对车辆弯道行驶安全性较为重要。近年来，自动化摩擦系数检测设备近几年来逐渐从英国、瑞典等国家引入我国。根据测试方法的不同，此种设备可分为三类．横向力系数测试仪、刹车式摩擦系数测试仪、不完全刹车式摩擦系数测试仪等。
2.2横向力系数测试仪在我国应用最广泛，该设备的基本原理是设定试验轮与行车方向成一定角度，横向力与试验轮对路面荷载的比值即为横向力系数，反映车辆在路面上侧滑的危险性。刹车式摩擦系数测试仪是在行驶的过程中，每间隔指定的距离自动对测试轮刹车，刹车期间测试轮在路面上滑动。不完全刹车式摩擦系数测试仪的测试轮和行驶轮之间，用不等直径的同轴齿轮和链条连接，使得测试轮的滚动线速度小于行驶轮的滚动线速度。在正常测试时呈现连滚带滑的运动状态，根据力传感器记录的数据即可计算路面摩擦系数。目前在路面抗滑能力测试方面仍主要采用摆式仪，可以预见，由于在安全性和精度方面的优势，自动化摩擦系数仪在我国将成为主流。
3路面弯沉检测
3.1弯沉作为路面检测的又一项重要指标，其检测与分析技术发展十分迅速。路面弯沉检测设备已从静力弯沉仪、稳态动力弯沉仪发展到脉冲式动力弯沉仪，从单点最大弯沉检测发展到对路面弯沉盆的检测，并将仅局限于柔性路面意义上的弯沉概念，发展到刚性路面的结构评价与设计分析中，路面结构性能的评价也从路面整体强度评定发展到对路面各层刚度的反分析。
3.2其中，落锤式弯沉仪(FWD)是脉冲式动力弯沉仪的典型代表。其技术特点主要表现在：测速快，精度高，并较好地模拟了实际行车荷载对路面的动力作用，已被许多国家广泛地应用到路面检测和评价中。其主要原理如下：通过计算机控制下的液压系统提升并释放一重锤，从而对路面施加脉冲荷载，荷载大小通过改变锤重和提升高度调整，并通过刚性圆盘作用到路面上。路面的弯沉由5个～9个传感器测定，这样就能较准确地反映弯沉盆的形状，从而为路面模量反算提供基础。有了模量，就能进一步分析出路面结构的应力，应变状况，评价承载能力。此外，FWD还可用于旧水泥混凝土路面板体脱空判定，接缝传荷能力判定，路基施工过程中动态监控、路基冲击压实效果评价等多方面，应用日趋广泛。
4 路表破损状况调查
4.1路表破损状况往往是道路使用者对于路面施工及养护质量的直观感受，因此，我国各级公路部门对路面破损状况一向都比较重视。目前该项指标主要还是依靠人工采集，除了主观性大、效率低外，还存在很大的安全隐患。针对这种状况，国内部分单位近年来引进了路表破损测试系统，其基本原理是通过摄像系统连续采集路表图像，然后通过后处理软件自动处理与人工判读相结合识别，分类与统计路表破损。这样能够大大提升了路表破损程度的测量精确性，并且在节省人力物力等方面也得到了比较好的应用。
5 结语。
近几年来新型检测设备不断涌现，为我们提供了更丰富更完整且且精确的信息。因此，如何更好地利用自动化检测技术评价路面使用性能，提出合理的维修方案，将是下一阶段检测设备用户关注的重点。
路面检测技术的总体趋势是由人工检测向自动化检测技术发展，由破损类检测向无损检测技术发展，由低速度、低精度向高速度、高精度发展。最近几年，自动化路面无损检测设备越来越多，与此对应的，围绕自动化检测设备所开展的研究也将在深度上得到提高。综合而言，路面检测技术在我国的发展方向如下；
(1)先进无损测试设备用户越来越多，并逐步实现国内组装及国产化；
(2)围绕测试技术所展开的研究将逐步深化，尤其是评价技术，并通过相关实用软件的市场化来推广；
(3)利用多种无损检测设备测试结果对路面状况进行综合评价，并进行养护技术路线决策；
(4)各种检测数据直接导入路面管理系统，实现信息化管理。
