路面檢測技術的發展現狀

李德寶

（哈爾濱龍江公路勘察設計院）

1 路面平整度檢測技術

1.1 3m直尺

此方法用于測定壓實成型的路面各層表面的平整度,以評定路面的施工質量和使用質量。但該方法比較落后,測量效率低下,現已用得較少。測試時把3 m直尺輕放于路面上,將畫圖儀移至其一端,用手將畫圖儀推向另一端。在這個過程中由于路面的凹凸不平,畫圖儀下面的測輪帶動畫針上下運動,同時滾筒輪在輸力輪的帶動下旋轉,并帶動紙帶移動,兩個運動的合成便使畫針在紙帶上畫下了路面的幾何量,并由此求得路面平整度數值。

1.2 連續式平整度儀

該方法適用于測定路表面的平整度,評定路面的施工質量和使用質量,但不適用于在已有較多坑槽、破壞嚴重的路面上測定。采用該類測定儀靈活性較大,既可人拖,也可車拉,但測試效率較低（檢測速度≤12 km/h）。測量時由人或車拉動該儀器前進,由于路面不平引起測量小輪上下擺動,并帶動位移傳感器的測桿在傳感器的小孔槽里上下滑動。這樣就可以根據傳感器輸出的電位的正負及其大小來確定路面平整度。

1.3 激光路面平整度測定儀

該類測定儀是一種與路面無接觸的測量儀器,測試速度快,精度高。同時還可以進行路面縱斷面、橫坡、車轍等測量,因此該測定儀有著廣闊的應用前景。激光路面平整度測定儀是一臺裝備有激光傳感器、加速度計和陀螺儀的測定車,它同時具有先進的數據采集和處理系統。工作時,測試車以一定的速度在路面上行使,固定在汽車底盤上的一排激光傳感器通過測試激光束反射回讀數器的角度來測試路面,這個距離信號同測試車上裝的加速度計信號進行互差,消除測試車自身的顛簸,輸出路面真實斷面信號。信號處理系統將來自激光傳感器的模擬信號轉換成數字信號并記錄下來。隨著汽車的行進,每隔一定間距采集一次數據。通過數據分析系統,可顯示打印國際平整度指數等平整度檢測結果。

1.4 車載式顛簸累積儀

車載式顛簸累積儀測定路面平整度速度快,價格低廉,操作簡便。可用其檢測的結果評定路面的施工質量和使用期的舒適性。測定時測試車以一定的速度在路面上行使,路的凹凸不平引起汽車的激振,通過機械傳感器可測量后軸同車廂之間的單向位移累積值VBI,以 cm/km計。VBI越大,說明路面平整度越差。

2 路面彎沉檢測新技術

2.1 激光彎沉測定儀法

這種彎沉儀操作簡易、精度高、讀數穩定、體積小、質量輕、造價低且容易研制,另外,由于該測定儀依靠光線作為臂長,可以射得很遠。加上激光發射角窄,光點小而紅亮,10m之遠仍能清晰可見,可用于剛性路面彎沉檢測。在測定時,將測定儀固定在路面上汽車的后輪隙中,利用汽車駛離被測點時路面回彈,帶動原固定于地面上的硅光電池測頭向上升起,使激光器發出的激光束射到硅光電池上產生光電流。并根據光電流的大小來計算路面回彈變形的數值,即路面回彈彎沉值。

2.2 自動彎沉測定儀法

整個測定是在測定車連續行駛的情況下進行的。它可對路面進行高密集點的強度測量,適用于路面施工質量控制、驗收和路面養護管理。該測定儀在檢測路段上在牽引車的作用下以一定的速度行駛,將測定儀的彎沉測定梁放在車輛底盤的前端并支于地面保持不動,當后軸雙輪隙通過測頭時,彎沉通過位移傳感器等裝置被自動記錄下來。這時,測定梁被拖動,以二倍的牽引車速度拖到下一測點,周而復始地向前連續測定,然后通過計算機輸出路段彎沉檢測統計結果。

2.3 落錘式彎沉儀（FWD）法

落錘式彎沉儀（FWD）是脈沖式動力彎沉儀的典型代表,是一種很理想的動態無損檢測設備。其技術特點主要表現在測速快,精度高。檢測最大速度可達80 km/h,內置式落錘彎沉儀的牽引速度可大于100 km/h。此設備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。FWD是通過計算機控制下的液壓系統啟動的落錘裝置,使一定質量的重錘從一定高度自由落下,沖擊力作用于承載板上并傳到路面,導致路面產生彎沉。通過距測點不同距離的傳感器檢測結構層表面的變形,記錄系統將信號輸入計算機。

3 瀝青路面損壞狀況檢測新技術

3.1 攝像測量法

路面破損快速檢測技術主要是應用攝像技術對路面的破損狀況進行動態、實時獲取,然后采用圖像處理技術對獲得的路面圖像進行處理,定量分析路面破損狀況,如裂縫等。這使在風吹日曬環境下的現場損壞測量工作轉為室內對膠片的處理,并借助計算機進行人工判讀和數據記錄。該方法先進性高,成本低,會成為今后一段時間內的路面損壞檢測的主要手段。

3.2 探地雷達

探地雷達可以檢測瀝青路面厚度,路面脫空、裂縫、陷落、空洞等病害。其檢測速度可達80 km/h以上,最大探測深度大于60 cm。裝有探地雷達的車在路上以一定的速度行駛時,探地雷達發射電磁脈沖,并在較短時間內穿透路面,脈沖反射波被無線接收機接收,數據采集系統記錄路面結構中的不連續電介質常數的突變情況,根據測知的各種路面材料的電介質常數及波速,可計算出路面各結構層的厚度或給出含水量、損壞位置等數據。

4 路面抗滑能力檢測技術

抗滑能力主要是指路面摩擦系數。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。在檢測方法上主要有早期英國的擺式摩擦儀（靜態、單點檢測）和現今制動測距（動態、連續檢測）的方法。動態連續式檢測已成為當今國際上的主流,但在制造上有較大的難度。國際上檢測手段較發達的國家有瑞典和美國等。另一種新的檢測方法是測定檢測車全剎車時的最大減速度,一些研究成果表明,此最大減速度與路面摩擦系數有較好的相關性。近幾年國際上有一些研究采用高分辨率的激光距離傳感器檢測路面的微觀特征,并研究其綜合定量指標與路面摩擦系數的相關性。若這一種新的方法得以認可,路面摩擦系數的快速檢測將變得更有效和低價。

我國目前廣泛采用的主要檢測設備為橫向力系數測試儀。該設備的基本原理是,設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,反映車輛在路面上側滑的危險性,正常測速約50 km/h,剎車式摩擦系數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。根據傳感器所記錄的力,即可計算制動力系數。該設備在美國是抗滑能力測試標準設備之一,測試速度最高可以達到110 km/h。

5 路面車轍檢測

車轍是指沿道路縱向在車輛集中位置處路面產生的帶狀凹槽。由于交通量的增長、車輛渠化交通、持續高溫等因素的綜合影響,車轍已經成為我國瀝青路面早期破壞中常見的一種路面病害。

路面車轍檢測技術早期主要采用3m直尺方法,目前在國際上已發展到較為完善的程度。美國ICC公司、South Dakota DOT、澳大利亞ARRB等均能生產快速可靠的車載式車轍自動檢測儀。這類儀器可進行高速、連續的檢測,具有可靠性高、操作安全、不影響車輛的正常通行等優點,在國外已得到廣泛應用。這類儀器主要是采用光學傳感器（包括激光和紅外傳感器）及超聲波傳感器進行測量,每種傳感器均有一定的適用范圍,未來的研究將根據不同需求研究選用合適的傳感器,以期達到更好的應用效果和更高的經濟性。如激光傳感器要求路面不具有較強的陽光照射度,而紅外傳感器對色彩較敏感,超聲波傳感器則對汽車產生的噪音較敏感。然而我國在路面車轍檢測方面主要停留在人工檢測階段,對車轍的檢測局限于對典型斷面的檢測。這種檢測對典型斷面的選取隨意性大,受主觀因素影響多,由于手段落后、速度慢,危險性極大。目前哈爾濱工業大學進行了相應的設備和算法方面的研究,取得了階段性的成果。

近幾年來,一種新的激光車轍掃描測試系統已經開始研發并有樣機問世,該系統包含兩個斷面激光掃描器,能采集1 280個點的數據,取樣率為25斷面/s,在工程應用上能更加真實地反映路面車轍的實際情況。系統不受溫度、濕度、路面顏色和平整度的影響,雨天也可測試。此外,激光車轍掃描測試系統具有很高的重復性以及精確度,測試高度的精確度為±1mm。預計此類產品將成為未來的發展趨勢。

6 結語

近年來,隨著計算機技術、自動化控制技術、高精度測微技術的進步,道路檢測技術由人工檢測向自動化檢測技術發展,由破損類檢測向無損檢測技術發展,由低速度、低精度向高速度、高精度發展。

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