高速公路路面無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的研究

鄧曉波

【摘 要】現(xiàn)有高速公路路面損壞形式及特征多樣，對(duì)新建公路和已有公路進(jìn)行檢測(cè)成為一項(xiàng)非常重要的任務(wù)。當(dāng)前路面檢測(cè)技術(shù)由破損檢測(cè)向無(wú)損檢測(cè)發(fā)展，本文就幾種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析介紹。

【關(guān)鍵詞】高速公路；路面；無(wú)損檢測(cè)

前言

近幾年雖然我國(guó)在高速公路路面檢測(cè)方面發(fā)展迅速，但仍然存在不少問(wèn)題：檢測(cè)指標(biāo)不完善，路面水損害、瀝青路面老化程度等都沒(méi)有評(píng)定指標(biāo)；不同儀器檢測(cè)同一指標(biāo)結(jié)果有差異，如激光紋理儀與鋪砂法測(cè)構(gòu)造深度；大部分檢測(cè)方法是有損檢測(cè)，破壞了路面的結(jié)構(gòu)，如壓實(shí)度、厚度檢測(cè)；大多數(shù)檢測(cè)手段測(cè)速低、可靠性差，有些人工操作為主的檢測(cè)手段仍在沿用。今后，道路工程檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的總體趨勢(shì)是：由人工向自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)發(fā)展，由破損類(lèi)檢測(cè)向無(wú)損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展，由一般技術(shù)向高技術(shù)發(fā)展。對(duì)此，筆者對(duì)路面無(wú)損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的分析研究。

一、路面平整度的檢測(cè)

目前能檢測(cè)道路平整度的測(cè)試設(shè)備主要有精密水準(zhǔn)儀、手推式斷面儀、響應(yīng)式平整度儀、激光斷面儀等，其中激光斷面儀效率高，檢測(cè)數(shù)據(jù)精確，易于使用，在我國(guó)已得到廣泛應(yīng)用。

激光傳感器系統(tǒng)可以由司機(jī)一人進(jìn)行操縱，其采集數(shù)據(jù)的速度可以達(dá)到110km/h。激光傳感器、加速度計(jì)以及可選裝的IMS安裝在汽車(chē)前部的剛性鋁制防護(hù)罩（傳感器單元或傳感器架）內(nèi)。傳感器架基本單元長(zhǎng)約1.83m，在其兩端可分別加裝一個(gè)0.25m長(zhǎng)的翼架。這樣整個(gè)傳感器架總長(zhǎng)約2.33m。每個(gè)翼架可容納一個(gè)激光傳感器，以一定的角度安裝，這樣可以有效地增加傳感器架的測(cè)量寬度，使每端大約增加30cm的測(cè)量寬度。整個(gè)傳感器架的的測(cè)試有效寬度約為2.90m。激光傳感器系統(tǒng)每100米采集一個(gè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)顯示國(guó)際平整度指數(shù)IRI值，根據(jù)輸出的國(guó)際平整度指數(shù)IRI，可以計(jì)算出路面的平整度指數(shù)RQI：

a0標(biāo)定系數(shù)，采用0.0185；a1標(biāo)定系數(shù)，采用0.437。

二、路基路面承載能力檢測(cè)

回彈彎沉值是用來(lái)表示路基路面承載能力的，回彈彎沉值越小，承載能力越大；反之則越小。通常所說(shuō)的回彈彎沉值是指標(biāo)準(zhǔn)后軸載雙輪組輪隙中間處的最大回彈彎沉值?；貜棌澇林悼梢苑从陈坊访娴木C合承載能力，是一個(gè)重要的基本參數(shù)。彎沉值檢測(cè)的方法有落錘式彎沉儀（FWD）、便攜式落錘彎沉儀（PFWD）、貝克曼梁法等，現(xiàn)就貝克曼梁法進(jìn)行介紹。

貝克曼梁法適用于測(cè)定各類(lèi)路基、路面的回彈彎沉，用以評(píng)定其整體承載能力，可供路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用；測(cè)定的路基、柔性路面的回彈彎沉值可供交工和竣工驗(yàn)收使用；可為公路養(yǎng)護(hù)管理部門(mén)制定養(yǎng)路修路計(jì)劃提供依據(jù)。檢測(cè)方法如下：

在測(cè)試路段布置測(cè)點(diǎn)，其距離隨測(cè)試需要而定，測(cè)點(diǎn)應(yīng)在路面行車(chē)車(chē)道的輪跡帶上，并用白油漆或粉筆劃上標(biāo)記。將試驗(yàn)車(chē)后輪輪隙對(duì)準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)后約3 ～ 5cm處的位置上。將彎沉儀插入汽車(chē)后輪之間的縫隙處，與汽車(chē)方向一致，梁臂不得碰到輪胎，彎沉儀測(cè)頭置于測(cè)點(diǎn)上（輪隙中心前方3 ～ 5m處），并安裝百分表于彎沉儀的測(cè)定桿上，百分表調(diào)零，用手指輕輕叩打彎沉儀，檢查百分表是否穩(wěn)定回零。彎沉儀可以是單側(cè)測(cè)定，也可以雙側(cè)同時(shí)測(cè)定。測(cè)定者吹哨發(fā)令指揮汽車(chē)緩緩前進(jìn)，百分表隨路面變形的增加而持續(xù)向前轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)表針轉(zhuǎn)動(dòng)到最大值時(shí)，迅速讀取初讀數(shù)L1 。汽車(chē)仍在繼續(xù)前進(jìn)，表針?lè)聪蚧剞D(zhuǎn)：待汽車(chē)駛出彎沉影響半徑（3m 以上）后，吹口哨或揮動(dòng)紅旗指揮停車(chē)。待表針回轉(zhuǎn)穩(wěn)定后讀取終讀數(shù) L2 。汽車(chē)前進(jìn)的速度宜為5km/h左右。 結(jié)果計(jì)算及溫度修正：

（1）計(jì)算測(cè)點(diǎn)的回彈彎沉值。

路面溫度為T(mén)的回彈彎沉值 LT=（L1-L2）*2

（2）進(jìn)行彎沉儀支點(diǎn)變形修正時(shí)，計(jì)算路面測(cè)點(diǎn)的回彈彎沉值。

（3）瀝青面層厚度大于5cm且路面溫度超過(guò)（20土2）℃范圍時(shí)，回彈彎沉值應(yīng)進(jìn)行溫度修正。

（4）計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)，應(yīng)將彎沉特異值舍棄。對(duì)舍棄的彎沉值過(guò)大的點(diǎn)，應(yīng)找出其周?chē)缦蓿M(jìn)行局部處理。用兩臺(tái)彎沉儀同時(shí)進(jìn)行左右輪彎沉值測(cè)定時(shí)， 應(yīng)按兩個(gè)獨(dú)立測(cè)點(diǎn)計(jì)， 不能采用左右兩點(diǎn)的平均值。

（5）彎沉代表值不大于設(shè)計(jì)要求的彎沉值時(shí)得滿(mǎn)分；大于時(shí)得零分。

三、路面離析檢測(cè)

瀝青混合料的離析會(huì)造成瀝青瀝青表面粗細(xì)集料的不均勻分布以及路面密實(shí)狀況不同。路面離析檢測(cè)的方法包括憑借路表情況進(jìn)行判斷的視覺(jué)觀(guān)察法；憑借路表紋理不同進(jìn)行判斷的構(gòu)造深度法；憑借路面材料密實(shí)情況變化進(jìn)行判斷的密度法、滲水試驗(yàn)法；憑借混合料級(jí)配分布變化的取芯法；基于熱成像技術(shù)的紅外熱像儀法。

1、原位密度法和滲水試驗(yàn)

密度的變化程度可反映出混合料的不均勻程度。原位密度法是指在路表不進(jìn)行鉆芯取樣直接測(cè)試路面密度，根據(jù)路面密度的變化情況判別離析的發(fā)生程度。常用的方法有核子密度儀法、無(wú)核密度儀法、探地雷達(dá)法等。路面不同位置處滲水試驗(yàn)結(jié)果與離析的不同程度具有一定的相關(guān)性。

2、鉆芯取樣法

對(duì)成型的瀝青面層進(jìn)行鉆芯取樣，分析芯樣的材料組成及芯樣密度等來(lái)評(píng)定，是判斷瀝青混合料離析最為直接的的方法。費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且表面層施工一般不允許過(guò)多取芯，故應(yīng)僅在發(fā)現(xiàn)面層明顯離析，才采用此法進(jìn)行調(diào)查?？稍跀備伜?、碾壓前從攤鋪面不同寬度位置取樣來(lái)評(píng)價(jià)攤鋪面的均勻性。

3、紅外熱像儀法

探測(cè)攤鋪面瀝青混合料溫度變化來(lái)判別其溫度離析狀況。溫度離析為面域問(wèn)題，常規(guī)溫度計(jì)只能取得單點(diǎn)的溫度數(shù)值，而紅外熱像儀提供攤鋪面的溫度分布情況，研究施工現(xiàn)場(chǎng)的溫度離析狀況只能采用紅外熱像儀。

四、路面摩擦系數(shù)檢測(cè)

自動(dòng)化摩擦系數(shù)檢測(cè)設(shè)備近幾年來(lái)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(lèi)：橫向力系數(shù)測(cè)試儀、剎車(chē)式摩擦系數(shù)測(cè)試儀、不完全剎車(chē)式摩擦系數(shù)測(cè)試儀等。橫向力系數(shù)測(cè)試儀在我國(guó)應(yīng)用最廣泛，由于從國(guó)外引進(jìn)價(jià)格較高，20-世紀(jì)90年代中期實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。該設(shè)備的基本原理是設(shè)定試驗(yàn)輪與行車(chē)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(chē)輛在路面上側(cè)滑的危險(xiǎn)性，正常測(cè)速約50km/h。剎車(chē)式摩擦系數(shù)測(cè)試儀是在行駛的過(guò)程中，每間隔指定的距離自動(dòng)對(duì)測(cè)試輪剎車(chē)，剎車(chē)期間測(cè)試輪在路面上滑動(dòng)，根據(jù)傳感器所記錄的力，即可計(jì)算制動(dòng)力系數(shù)。該設(shè)備在路面上的測(cè)試速度為50km/h左右，在歐洲應(yīng)用較多，由于不是現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的采集設(shè)備，在進(jìn)行摩擦系數(shù)測(cè)試時(shí)需進(jìn)行與擺式儀或橫向力系數(shù)測(cè)試儀間的對(duì)比試驗(yàn)，建立兩者之間的關(guān)系。目前在路面抗滑能力測(cè)試方面仍主要采用擺式儀，橫向力系數(shù)儀已逐漸擁有了相當(dāng)多的用戶(hù)，剎車(chē)式和不完全剎車(chē)式摩擦系數(shù)測(cè)試儀目前僅有少數(shù)用戶(hù)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，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。

五、結(jié)束語(yǔ)

就國(guó)內(nèi)目前情況看，盡快組織力量，投入資金，并在國(guó)內(nèi)外已有成果基礎(chǔ)上，深入系統(tǒng)地開(kāi)展瀝青路面快速檢測(cè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)的研究，發(fā)展我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的路面快速檢測(cè)技術(shù)，提升我國(guó)路面檢測(cè)技術(shù)的規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)我國(guó)路面檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用及實(shí)施，對(duì)于全面提高我國(guó)公路的管養(yǎng)水平，進(jìn)而全面提高我國(guó)公路工程質(zhì)量，具有重要意義。

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