道路綜合檢測車在高速公路瀝青路面平整度檢測中的應(yīng)用

摘要：平整度是評價路面施工質(zhì)量的重要指標，為了確保道路后續(xù)服務(wù)的使用性能，公路檢測部門需要不斷提高道路平整度檢測的效率和準確性。文章以路面平整度及其常用評價指標為基礎(chǔ)，結(jié)合上林至橫州高速公路瀝青路面檢測案例，利用道路綜合檢測車檢測路面的平整度情況，計算其國際平整度指數(shù)IRI和標準差[σ]。檢測結(jié)果表明，640個檢測點的IRI均小于2.3 m/km，檢測路段瀝青路面平整度良好。該應(yīng)用研究可為路面施工質(zhì)量評價提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：道路綜合檢測車；高速公路；瀝青路面；平整度；檢測

中圖分類號：U418.32"""" 文獻標識碼：A""""" 文章編號：1674-0688（2024）03-0109-05

【作者簡介】文海珍，女，桂林興安人，工程師，研究方向：道路工程。

【引用本文】文海珍.道路綜合檢測車在高速公路瀝青路面平整度檢測中的應(yīng)用［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2024（3）：109-113.

0 引言

路面平整度是評定路面施工質(zhì)量與后續(xù)道路服務(wù)水平的重要指標之一，其好壞直接影響駕駛員的行車安全。張晶［1］等的研究表明，當(dāng)?shù)缆肥┕そㄔO(shè)結(jié)束后，道路使用壽命、服務(wù)性能等均與路面平整度的初測值存在明顯關(guān)系。常用的路面平整度檢測方法有人工檢測和自動化檢測兩種。其中，人工檢測一般指三米直尺法，該檢測方法采用人工記錄直尺和路面之間的最大距離值，不僅勞動強度大、檢測效率低，檢測精度還受到主觀因素的影響，難以滿足道路快速巡檢的需求，因此該方法逐漸被淘汰；自動化檢測一般指車載式檢測技術(shù)，該檢測方法在《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG 3450—2019）中被推薦使用，可以實現(xiàn)對高等級路面平整度快速、準確的檢測。

目前，車載式檢測設(shè)備主要有車載式激光平整度檢測儀［2］和道路綜合檢測車［3］，兩者均采用激光類平整度采集儀器，將采集到的數(shù)字信號通過軟件系統(tǒng)處理后，即能實現(xiàn)對路面平整度的快速檢測。在車載式檢測設(shè)備的應(yīng)用研究中，孟華君等［4］介紹了LP-22型車載式激光平整度儀與多功能道路檢測系統(tǒng)（MMTS），通過現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)對2種儀器的使用性能、檢測誤差及相關(guān)性進行對比分析，得出2種平整度檢測結(jié)果之間相關(guān)性良好的結(jié)論，從而驗證道路綜合檢測車的適用性；葉方寧［5］和羅科［6］探討道路綜合檢測車在路面平整度檢測中的具體應(yīng)用，并提出道路綜合檢測車的應(yīng)用策略與推廣方法。基于前人的研究，本文將道路綜合檢測車應(yīng)用于上林至橫州高速公路K94+000～K110+000段瀝青路面平整度檢測項目中，評價該高速公路項目路面施工的質(zhì)量效果。

1 路面平整度及其常用評價指標

1.1 路面平整度定義

路面平整度是一種約定可計量的非物理量，它的定義與計量方法有關(guān)，并且兩者之間不存在確定的換算關(guān)系。因此，根據(jù)不同的測量方法，路面平整度會出現(xiàn)不同的結(jié)果［7］。我國交通規(guī)范將路面平整度定義為道路表面縱向的凹凸量的偏差值，即行駛車輛出現(xiàn)振動的高程變化；美國材料與試驗協(xié)會（ASTM）將路面平整度定義為道路表面相對于理想平面的豎向偏差，該豎向偏差將影響到路面的排水性能，以及行駛車輛的行駛質(zhì)量、動力特性、動荷載等。綜合2種路面平整度定義，平整度是一種客觀存在的路面情況，它直接反映了路面凹凸不平的情況或高程變化。

1.2 路面平整度常用評價指標

道路是一種帶狀結(jié)構(gòu)物，受施工質(zhì)量、技術(shù)等級、外界作用、施工材料等因素的影響，其表面會表現(xiàn)出高程變化的特性。路面斷面的剖面曲線包括橫斷面曲線和縱斷面曲線，屬于一種二維空間斷面，橫斷面曲線主要體現(xiàn)路面車轍病害，縱斷面曲線體現(xiàn)路面平整度及路面設(shè)計等級等信息。因此，在評價路面平整度時，選擇道路的一條縱斷面曲線進行平整度檢測，該條縱斷面曲線與路面中線有一定的距離，檢測沿著輪跡帶的中心線進行；然后，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)信息，對路面平整度進行評價。目前，國內(nèi)外常用的路面平整度評價指標有路面功率譜密度PSD（Power Spectral Density）、國際平整度指數(shù)IRI（International Roughness Index）、三米直尺測定最大間隙Δh、路面縱斷面指數(shù)PI（Profile Index）、路面平整度標準差[σ]、路面行駛質(zhì)量數(shù)RQI（Running Quality Index）等。在我國，根據(jù)我國道路基礎(chǔ)設(shè)施的實際情況，同時考慮三米直尺法檢測受到的限制，常用的評價指標為國際平整度指數(shù)IRI（以下簡稱IRI指數(shù)）、路面平整度標準差[σ]、路面行駛質(zhì)量數(shù)RQI（以下簡稱RQI指數(shù)）。

1.2.1 IRI指數(shù)

SAYER 等［8］在1982年進行路面平整度試驗，首次提出國際平整度指數(shù)IRI的指標。IRI指數(shù)的計算采用了四分之一車模型（見圖1）。

車模型在路面斷面以80 km/h的速度行駛，在一定的測量距離內(nèi)，將車模型動態(tài)反應(yīng)懸掛系統(tǒng)的豎向累積位移量作為IRI值，四分之一車模型的動力方程如下：

[m2x2+c2（x1-x2）+k2（x1-x2）=0]""""""""""" （1）

[m1x1+c2（x1-x2）+k1（x1-x0）+k2（x1-x2）=0]（2）

其中：[x2]為簧上質(zhì)量[m2]的絕對位移；[x1]為簧下質(zhì)量[m1]的絕對位移；[x0]為路面斷面高程。將公式兩端同時除以[m2]，得到如下模型：

[x2+c（x1-x2）+ks（x1-x2）=0]"""""""""""" （3）

[ux1+c（x1-x2）+ks（x1-x0）+ku（x1-x2）=0]" （4）

其中：[u=m1m2=0.15]；[c=c2m2=6.00sec-1]；[ks=m1m2=653sec-2]；[ku=k2m2=63.3sec-2]。

由于路面斷面高程函數(shù)具有不連續(xù)性，對于公式（3）、公式（4）可采用數(shù)值計算方法計算出結(jié)果，從而推出IRI指數(shù)的計算模型為

[IRI=1L01x2-x1dx]""""""""""""""""" （5）

其中：[L]為測量距離；[x2-x1]為路面微面元的高程變化。

IRI指數(shù)屬于一種通用性平整度指標，其技術(shù)全面、合理，因此被許多國家的公路檢測單位使用。目前，IRI指數(shù)計算程序被內(nèi)置到激光平整度檢測設(shè)備中，數(shù)據(jù)信息通過檢測后，可直接輸出IRI的指標數(shù)值。

1.2.2 路面平整度標準差[σ]

通常情況下，IRI指數(shù)可以很好地反映出路面縱斷面的平整度信息，但由于我國高速公路車道較寬，為了能夠從2個維度更全面地了解路面的不平度情況，采用路面平整度標準差[σ]值，對每一個IRI值進行補充說明，以掌握同一橫斷面上的不平度信息。路面平整度標準差[σ]的計算方法如下：

[σ=1NX=0N-1S（X）-S2]""""""""""""""" （6）

其中：[N]為高程值個數(shù)；[S（X）]為測點[X]處的高程值；[S]為所有測點的高程平均值。

1.2.3 RQI指數(shù)

我國《公路技術(shù)狀況評定標準》（JTG 5210—2018）中規(guī)定使用路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI評價路面平整度。RQI指數(shù)計算需代入IRI指數(shù)，計算公式為

[RQI=1001+a0ea1IRI]"""""""""""""""""""""" （7）

其中：[a0]為公路等級系數(shù)，高速公路、一級公路取0.026，其他等級公路取0.018 5；[a1]為公路等級系數(shù)，高速公路、一級公路取0.65，其他等級公路取0.58。

《公路技術(shù)狀況評定標準》中還明確規(guī)定了RQI指數(shù)的評價標準，其與IRI指數(shù)的對應(yīng)關(guān)系見表1。

2 工程概況

本工程位于南寧市上林縣、賓陽縣、橫州市境內(nèi)，路線起點為上林縣明亮鎮(zhèn)莫馬村附近，終點為橫州市南鄉(xiāng)鎮(zhèn)廣龍村附近。主線采用雙向四車道高速公路標準建設(shè)，設(shè)計速度為120 km/h，路基寬度為26.5 m，橋涵設(shè)計汽車荷載等級采用公路-I級。全線設(shè)置白圩、新圩、賓陽北、洋橋、黎塘北、露圩北、露圩、石塘、陶圩、橫州西、橫州南共11處互通式立交，其中白圩、黎塘北、露圩北、石塘、橫州南互通為樞紐式互通，新圩、賓陽北、洋橋、露圩、陶圩、橫州西為一般式互通，同步建設(shè)必要的交通工程及沿線設(shè)施。主線橋梁38 座（含互通樞紐服務(wù)區(qū)及分離式立交），總長10 118.3 m；特大橋1 座，全長1 198 m；大橋25 座，總長8 009.2 m；中小橋126 座，總長911.1 m；涵洞共242道；互通式立交共11處。項目設(shè)計起訖樁號為 K25+170.588～K118+287.066，路線全長 118.441 km（含與柳南高速共線段25.193 km）。本次檢測范圍為上林至橫州高速公路K94+000～K110+000段，瀝青路面檢測項目及頻率見表2。其中，將瀝青路面平整度作為重要的路面質(zhì)量檢測指標。

3 瀝青路面平整度檢測方案及道路綜合檢測車的應(yīng)用

3.1 瀝青路面平整度檢測方案

瀝青路面平整度采用ZOYON-RTM-T道路綜合檢測車檢測，檢測系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)包括激光測距機盒和車載硬件控制設(shè)備，搭載在高性能的機動車上；軟件系統(tǒng)包括采集軟件、集成處理軟件、數(shù)據(jù)報表軟件等。硬件系統(tǒng)中的激光測距機盒是完成路面平整度檢測的主要設(shè)備，將2個激光測距機盒分別安裝于2個后車輪的前方。激光測距機盒由激光測距機、加速度計及溫度傳感器組成，固定于車身兩側(cè)的后車輪前方，左右對稱，距離地面約400 mm，機盒上方有通風(fēng)管接入，確保激光測距機在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)正常工作。電源、信號傳輸線選用19芯屏蔽線，可充分滿足電氣件對電源和信號的要求。ZOYON-RTM-T道路綜合檢測車在正常行駛的狀態(tài)下，自動測量兩邊輪跡上的平整度，并采用加速度計慣性補償?shù)膰H平整度測量方法，輸出國際平整度指數(shù)。

3.2 ZOYON-RTM-T道路綜合檢測車技術(shù)指標

ZOYON-RTM-T道路綜合檢測車屬于高端智能化的綜合道路檢測設(shè)備，其主要技術(shù)指標見表3。

3.3 ZOYON-RTM-T道路綜合檢測車檢測要點

采用ZOYON-RTM-T道路綜合檢測車對瀝青路面平整度進行檢測，應(yīng)按照以下要點操作。

（1）為了保證測量精度，需做好準備工作。首先，檢查檢測車的輪胎，氣壓應(yīng)達到車輛輪胎規(guī)定的標準氣壓，車胎應(yīng)清潔，不得粘附雜物；其次，檢查檢測系統(tǒng)各部分是否符合要求，是否有明顯的可視性破損；最后，打開系統(tǒng)電源，啟動控制程序，檢查各部分系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

（2）檢測開始前，按照設(shè)備使用說明規(guī)定的預(yù)熱時間對系統(tǒng)進行預(yù)熱。

（3）檢測車停在檢測起點前50～100 m處，啟動檢測系統(tǒng)程序，按照設(shè)備操作手冊的規(guī)定和檢測路段的現(xiàn)場技術(shù)要求，設(shè)置所需的檢測系統(tǒng)參數(shù)。

（4）檢測速度控制在60～80 km/h范圍內(nèi)，避免急加速和急減速，急彎路段需放慢車速，沿正常行車軌跡駛?cè)霗z測路段。

（5）進入檢測路段后，檢測人員啟動系統(tǒng)的采集和記錄程序，在檢測過程中，需及時、準確地將檢測路段的起點、終點和其他需要特殊標記的位置輸入檢測數(shù)據(jù)記錄中。

（6）當(dāng)檢測車輛駛出檢測路段后，檢測人員停止數(shù)據(jù)采集和記錄，并將儀器的各部分恢復(fù)至初始狀態(tài)。

（7）檢查檢測數(shù)據(jù)文件是否完整，內(nèi)容是否正確，否則需要重新檢測。

（8）輸出分析結(jié)果（即IRI指數(shù)），計算出路面平整度標準差[σ]。

4 瀝青路面平整度檢測結(jié)果與評價

本工程K94+000～K110+000段左、右幅車道瀝青路面平整度檢測結(jié)果分別見表4和表5。

由表4和表5可知，上林至橫州高速公路K94+000～K110+000段瀝青路面平整度檢測點的IRI指數(shù)均遠遠小于《公路技術(shù)狀況評定標準》中2.3 m/km的優(yōu)級指標，并且標準差[σ]較小，合格率為100%；同時，根據(jù)RQI指數(shù)與IRI指數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，該檢測段路面的RQI指數(shù)評價為優(yōu)，說明該瀝青路面平整度良好。

5 結(jié)論

本文通過對上林至橫州高速公路K94+000～K110+000段瀝青路面的平整度進行檢測，探索道路綜合檢測車的應(yīng)用效果，得出以下結(jié)論。

（1）與人工檢測相比，道路綜合檢測車在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等方面操作便捷、檢測精度較高，適用于瀝青路面平整度的快速檢測，對路面施工質(zhì)量評價的準確性更高。

（2）道路綜合檢測車能直接獲取路面高程信息，用于計算IRI指數(shù)和平整度標準差[σ]，不僅符合國家規(guī)范及測試規(guī)程，而且保證了結(jié)果的通用性。

（3）上林至橫州高速公路K94+000～K110+000段的瀝青路面平整度測點中，IRI指數(shù)全部小于2.3 m/km，RQI指數(shù)評價為優(yōu)，路面施工的質(zhì)量效果良好。

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