路面檢測相關(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，我國公路通車里程逐年快速增長。據(jù)國家公布消息：截止到2006年底，全國公路通車總里程已達345萬公里，其中高速公路達453萬公里。可見，與我國公路建設(shè)的快速發(fā)展相對應，未來一段時期內(nèi)大量的原有路面需要維修改造，以保持良好的路用性能。舊路面檢測的主要指標包括彎沉、平整度、摩擦系數(shù)、破損狀況等。傳統(tǒng)的檢測手段主要包括：(1)采用貝克曼梁彎沉儀，百分表，配合標準軸載黃河車，利用杠桿原理測試路表回彈彎沉；(2)采用3米直尺，測試路面縱向平整度、橫向斷面車轍狀況；(3)采用擺式摩擦系數(shù)儀，人工逐點測試路面摩擦系數(shù)；(4)采用取芯機，鉆取芯樣測試路面厚度，判斷芯樣完整性。這些早期檢測方法不僅費時費力、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設(shè)備所取代。
1 路面平整度檢測
1.1路面平整度是路面評價及路面施工質(zhì)量驗收中的一個重要指標，主要反映路面縱斷面曲線的平整性。路面平整度的檢測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)護做出優(yōu)化決策。另一方面路面平整度的檢測能準確地提供路面施工質(zhì)量的信息，為路面施工提供一個質(zhì)量評定的客觀指標。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，在路面檢測中必須對路面施工的平整度進行嚴格的質(zhì)量把關(guān)。
1.2目前，路面平整度測試設(shè)備主要分為斷面類及反應類兩大類。斷面類實際上是測定路面表面凹凸情況，如連續(xù)式平整度儀、激光斷面儀等。反應類是司機和乘客直接感受到的平整度指標，因此，它實際上是舒適性能指標，如顛簸累積儀等，其原理是測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，通過機械傳感器測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)備是目前國內(nèi)外平整度檢測發(fā)展的主流產(chǎn)品。激光斷面儀是目前應用較多的斷面類測試設(shè)備，正常測速在80 km／h左右，具有測試速度快、精度高的特點，可用于平整度等指標的測試，其基本原理是利用激光傳感器測量車體到路面的距離，同時利用加速度計測量車體本身的豎向位移，從而得到路面縱斷面的剖面，然后利用該剖面實時計算國際平整度指數(shù)。
2 路面摩擦系數(shù)檢測
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方面，縱向抗滑性能決定車輛在剎車時的滑行距離，對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，對車輛彎道行駛安全性較為重要。近年來，自動化摩擦系數(shù)檢測設(shè)備近幾年來逐漸從英國、瑞典等國家引入我國。根據(jù)測試方法的不同，此種設(shè)備可分為三類．橫向力系數(shù)測試儀、剎車式摩擦系數(shù)測試儀、不完全剎車式摩擦系數(shù)測試儀等。
2.2橫向力系數(shù)測試儀在我國應用最廣泛，該設(shè)備的基本原理是設(shè)定試驗輪與行車方向成一定角度，橫向力與試驗輪對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)滑的危險性。剎車式摩擦系數(shù)測試儀是在行駛的過程中，每間隔指定的距離自動對測試輪剎車，剎車期間測試輪在路面上滑動。不完全剎車式摩擦系數(shù)測試儀的測試輪和行駛輪之間，用不等直徑的同軸齒輪和鏈條連接，使得測試輪的滾動線速度小于行駛輪的滾動線速度。在正常測試時呈現(xiàn)連滾帶滑的運動狀態(tài)，根據(jù)力傳感器記錄的數(shù)據(jù)即可計算路面摩擦系數(shù)。目前在路面抗滑能力測試方面仍主要采用擺式儀，可以預見，由于在安全性和精度方面的優(yōu)勢，自動化摩擦系數(shù)儀在我國將成為主流。
3路面彎沉檢測
3.1彎沉作為路面檢測的又一項重要指標，其檢測與分析技術(shù)發(fā)展十分迅速。路面彎沉檢測設(shè)備已從靜力彎沉儀、穩(wěn)態(tài)動力彎沉儀發(fā)展到脈沖式動力彎沉儀，從單點最大彎沉檢測發(fā)展到對路面彎沉盆的檢測，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)評價與設(shè)計分析中，路面結(jié)構(gòu)性能的評價也從路面整體強度評定發(fā)展到對路面各層剛度的反分析。
3.2其中，落錘式彎沉儀(FWD)是脈沖式動力彎沉儀的典型代表。其技術(shù)特點主要表現(xiàn)在：測速快，精度高，并較好地模擬了實際行車荷載對路面的動力作用，已被許多國家廣泛地應用到路面檢測和評價中。其主要原理如下：通過計算機控制下的液壓系統(tǒng)提升并釋放一重錘，從而對路面施加脈沖荷載，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～9個傳感器測定，這樣就能較準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，就能進一步分析出路面結(jié)構(gòu)的應力，應變狀況，評價承載能力。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，路基施工過程中動態(tài)監(jiān)控、路基沖擊壓實效果評價等多方面，應用日趨廣泛。
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于路面施工及養(yǎng)護質(zhì)量的直觀感受，因此，我國各級公路部門對路面破損狀況一向都比較重視。目前該項指標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。針對這種狀況，國內(nèi)部分單位近年來引進了路表破損測試系統(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處理與人工判讀相結(jié)合識別，分類與統(tǒng)計路表破損。這樣能夠大大提升了路表破損程度的測量精確性，并且在節(jié)省人力物力等方面也得到了比較好的應用。
5 結(jié)語。
近幾年來新型檢測設(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化檢測技術(shù)評價路面使用性能，提出合理的維修方案，將是下一階段檢測設(shè)備用戶關(guān)注的重點。
路面檢測技術(shù)的總體趨勢是由人工檢測向自動化檢測技術(shù)發(fā)展，由破損類檢測向無損檢測技術(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，自動化路面無損檢測設(shè)備越來越多，與此對應的，圍繞自動化檢測設(shè)備所開展的研究也將在深度上得到提高。綜合而言，路面檢測技術(shù)在我國的發(fā)展方向如下；
(1)先進無損測試設(shè)備用戶越來越多，并逐步實現(xiàn)國內(nèi)組裝及國產(chǎn)化；
(2)圍繞測試技術(shù)所展開的研究將逐步深化，尤其是評價技術(shù)，并通過相關(guān)實用軟件的市場化來推廣；
(3)利用多種無損檢測設(shè)備測試結(jié)果對路面狀況進行綜合評價，并進行養(yǎng)護技術(shù)路線決策；
(4)各種檢測數(shù)據(jù)直接導入路面管理系統(tǒng)，實現(xiàn)信息化管理。
