瀝青路面平整度評價指標研究

(重慶交通大學經濟與管理學院 重慶 400074))

隨著社會的發展進步，我國公路建設事業迅速發展，人們對公路交通設施安全、暢通、迅速、舒適、方便等功能的要求愈來愈高。作為道路使用者最為關心的路面使用性能指標，平整度影響行駛質量、行駛安全、行駛速度以及車輛運營費用，同時，平整度綜合反映了路面病害及路面使用狀況，是關系到路面使用性能和服務性能的最重要的單項指標。

一、路面平整度的定義

有關平整度的定義,美國試驗與材料協會(American Society for Testing and Material.ASTM)規定道路平整度(Traveled Surface Roughness)為路面表面相對于理想平面的豎向偏差，其影響車輛的動力性能、行車質量、動態荷載和排水[1]。1960年AASHTO(American Association of State Highway and Transportation Officials)的道路試驗表明約95%的路面服務性能來源于道路表明的平整度。從定義可以看出路面平整度是評價路面使用性能的一個重要指標，反映了公眾對公路運行的滿意程度。LTPP(Long Term Pavement Performance)的研究表明，路面平整度特別是初始路面平整度，嚴重影響路面使用壽命。AASHTO 2002設計指南將路面平整度納入設計體系，而不僅僅是將其作為施工驗收控制指標,這也是各國設計體系中路面平整度的發展趨勢。由此可以看出，路面平整度無論是在路面管理系統或是路面設計中都是至關重要的因素，甚至有些地方考慮用平整度表征路面性能。可見，平整度評價指標不僅可以評估路面的使用性能，也可以為養護決策提供依據。

二、瀝青路面平整度評價指標研究現狀

國內外路面平整度的評價指標較多，主要有斷面類、動態反應類和主觀類三類。斷面類評價指標主要包括平整度標準差σ、功率譜密度PSD(Power spectral Density)等。主觀評價指標主要有平均評分等級MPR(Mean Panel Rating)、現時服務性能等級PSR(Present Serviceability Rating)、行駛質量數RN(Ride Number)等。20世紀20年代開始出現平整度反應類測試評價方法，反應類測試設備主要包括車載式顛簸累積儀、美國公路局研制的BPR平整度儀、澳大利亞NAASRA儀等，通過測量車輛在路面上通行時車軸與車身之間的垂直位移或車身的加速度作為其對路面平整度的反映值，所提出的反應類評價指標主要有顛簸累積值VBI、國際平整度指數IRI(International Roughness Index)、斷面指數Pl(Profile Index)、豎向加速度均方根RMSVA(Root Mean Square of Vertical Acceleration)等。此外，當前還出現了更為高效自動化的縱斷面測試系統，如激光斷面測試儀、超聲波斷面測試儀、法國APL縱斷面分析儀和多輪式平整度測試儀等，通過測量縱向斷面高程值，直接計算出國際平整度指數IRI表征路面平整度。

(一)直尺測定最大間隙h與平整度標準差σ

我國目前實行的《公路路基路面現場測試規程》(JTG E60-2008)[2]規定了直尺測定最大間隙h與平整度標準差σ。這兩個測定平整度的試驗方法。當采用3m直尺測定路面平整度時，定義3m直尺基準面距離路表面的最大間隙h表示路面的平整度，適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。當采用連續式平整度儀檢測時，一般采用路面平整度標準差。來表征路面平整度，用于評定路面的施工質量和使用質量，但不適用于在己有較多坑槽、破損嚴重的路面上測定。

(二)國際平整度指數IRI

國際平整度指數(IRI)是美國國家公路研究計劃(NCHRP)1978年提出，由世界銀行推薦使用的標準平整度測試指標[3-5]。由一條單向縱斷面計算得到，采用1/4車模型，以80km/h的速度在已知斷面上行駛，計算一定行駛距離內懸掛系統的累積位移作為IRI。IRI是一個斷面類的數學統計指標，具有時間穩定性，對路面1.2-30.5m范圍內的波長有較好的頻率響應特征[6]，并與大多數的平整度測試結果有良好的相關關系，已成為各發達國家評價路面平整度的主要指標。美國AASHT0 2002設計指南和大部分歐洲國家均采用IRI作為平整度驗收指標。

(三)功率譜密度PSD

功率譜密度(PSD)是國際標準化組織ISO(International Standard Organization)在1972年用來進行路面平整度判定的標準[6-8]。測量表明，路面平整度可模型化為隨機場，它不僅在幅值上有高低起伏，而且在幅度的變化快慢(頻率)上也因不同路段而有所不同。而無論是用3m法還是IRI法都不能反映這一點，因此應該用統計模型來刻畫它的綜合特性。目前國際上已經提出用路面功率譜密度PSD(Power Spectral Density)來代替IRI。功率譜密度表示變量在不同頻率(波長)下的方差，因此可以通過分析不同波長(頻率)下的高程、速度、加速度的方差來分析路面斷面的不平整性。道路縱斷面可以認為是由不同特性的短波、中波及長波組成，在測量平整度時，用水準儀或專門的路面計來得到路面縱斷面上的平整度值，測量得到的大量路面平整度數據通過在計算機上進行處理，得到路面平整度的功率譜密度Gq(n)，進而求得平整度敏感的頻率范圍，有利于評價路面平整度的總體特征。

三、現有平整度評價指標存在的問題

我國道路行業路面平整度評價指標常用標準差σ和國際平整度指數IRI，而車輛工程常用功率譜密度PSD。它們雖然都是統計性指標，但指標間差異較大，有著各自的優點和缺陷:

①標準差σ的評價過程比較簡單，具有較高的實際意義和理論意義，但由于連續式平整度儀的檢測參照是依賴于三米長的檢測橫梁，其僅能獲得短波長的路面縱斷面剖面曲線，因此。是一個僅能反映短波長剖面的平整度指標。事實上，在正常的行駛速度條件下，人體對路面波長的敏感范圍遠長于1.5m(30m左右)。由此可見，平整度標準差σ不能全面地評價路面行駛質量。另一方面，對檢測儀的檢測波長范圍極為敏感，對同一條給定路面，不同的檢測波長范圍將會得到不同的平整度標準差。

②PSD不僅能表現出路面波的結構，還能反映出路面的總體特征，但不能體現車輛和人的因素。

③計算IRI時采用的是1/4小客車模型，不適合評價貨車行駛的舒適性，而且由于和引起的沖擊動荷載相關性差，不適合用于確定路面修復的時機。其原因主要在于客車和貨車的振動頻率不同，而且和沖擊荷載相關的是加速度而不是IRI。

④ IRI的分級臨界值不能適用于所有等級的公路。IRI是在80km/h的速度下測試得到的，且它受車速的影響較大。不同等級公路的設計速度不同，自然不能采用統一的IRI分級臨界值。

四、結語

本文對常用的路面平整度評價指標進行了介紹，這些評價指標雖然在一定程度上反映了路面服務性能水平以及預測了平整度隨時間發展的趨勢，但只是一定長度路段的一個總體概括，所能提供的路面平整度狀況的附加信息較少，而實際上每個路段必定包含各自特有的平整度信息，而這些信息在路面養護決策、路面平整度檢測評價、平整度變化規律分析以及車輛行駛舒適性研究等方面有著重要的作用。因此，有必要尋找一種新的分析方法來提取路面平整度的具體信息，通過嘗試性的探索，彌補現行評價指標的不足之處，以完善我國路面平整度的評價方法，并在此基礎上進一步對平整度變化規律進行預測，為路面養護決策提供依據。