近年來,中國的(de)高速公路技術(shù)有了很大的發展,截(jié)止2014年底,中國的(de)高速公(gōng)路通車裏程(chéng)已達到10.6萬公裏,超過美國的9.2萬公裏,成為世界第一。中國(guó)的10.6萬公裏告訴公路,以(yǐ)瀝青(qīng)混(hún)凝土路麵居多,未來(lái)幾年內,中國的高速(sù)公路裏程數不會再有大(dà)幅度的上升,更多(duō)的將放在已有公路的養護管理上(shàng),路麵檢測工作就是養護中的一項重要工作。
本文總結了公路瀝青路麵常見的檢測(cè)技術,並分別對其(qí)進行了簡單的介紹,希望能(néng)給瀝青路麵檢測工作者帶來一定的幫助。總的(de)來(lái)說,瀝青路麵檢測技術主要包括:路麵彎沉檢測、路麵平整度檢測、抗(kàng)滑(huá)性能檢測和路麵智能集成檢測車。接下(xià)來將一一介紹:
一、路麵彎沉檢測
路(lù)麵彎沉檢測是我國(guó)柔性路麵強度測量的一項主要指(zhǐ)標。路麵彎沉是指在規定的標準軸載作用下,路麵表麵輪隙位置產生的總垂直變形或垂直回彈變形值。常見的彎沉值(zhí)的(de)檢測方法有以下幾種(zhǒng):
(1)貝克曼梁法
貝克曼梁由美國A.C.Benkilman於1953年發明,並用於AASHO試驗路,後作為補強設計及施工時彎沉檢驗的手段,在全世界得到了廣泛應用,在我國已作為路(lù)麵設計的標準方法和基本參數。目前工程上廣泛使用(yòng)貝克曼梁測定彎沉(chén),並作為路麵彎沉檢測和竣工(gōng)、交工驗(yàn)收的標準方法(fǎ),其(qí)測量(liàng)的精確性(xìng)和代表性非常重要。該方法操作(zuò)簡單,但整(zhěng)個測試過程全是人工操作,測(cè)試結果受人為因素的影響較大,而且測(cè)試慢。該(gāi)方法應用範圍是:
①測定各類路(lù)基(jī)、路麵的回彈彎沉,用以評定其整體承載能力(lì),可(kě)供路麵結構設(shè)計使用。
② 測定的路(lù)基、柔性路麵的回彈彎沉值可(kě)供交(jiāo)工和竣工驗收使用。
③ 測定的路麵回彈彎沉可為(wéi)公路養護管理部門指定養路修路計劃提供依據(jù)。
④ 瀝青路麵的彎沉以(yǐ)標準溫(wēn)度20℃時為準,在其它溫度進行的測(cè)試需要進行溫度修正。
(2)激光彎沉測定(dìng)儀法
在采用(yòng)該方法測定時,將測定儀固定在路麵(miàn)上汽車的後輪隙中。利用汽車駛離被測點時路(lù)麵(miàn)回彈(dàn),帶(dài)動原固定於地麵上的矽光電池測頭向上升起,使激光器(qì)發出的激(jī)光束通過進(jìn)光小孔射到(dào)矽光電池上產生光電流,並根據光電流的大小來計算路(lù)麵回彈變形的(de)數值,即路麵回彈彎沉值。
這種彎沉儀(yí)操作簡易、精度(dù)高、讀(dú)數穩定、體積小(xiǎo)、質量(liàng)輕、造價低且容易研製,另外由於該(gāi)測定儀依靠光線作為臂長,可(kě)以射得很遠,加(jiā)上激光發射角窄,光點小而紅亮,10m之遠仍(réng)能清晰可見,可用於重剛(gāng)度路麵彎沉檢測。
(3)自動彎沉測定儀法
本方法適用於(yú)各類(lèi)Lacroix型(xíng)自動彎沉儀在新建、改建路麵工程的質量驗收中,在無嚴重坑槽、車轍等病害的正常通車條件下連續(xù)采集(jí)瀝青路麵彎沉數據。本方法(fǎ)的數據采集、傳輸、記錄(lù)和處(chù)理分別由專(zhuān)用軟件自動控製進行。
測試步驟:
①測試(shì)係統在開始測(cè)試(shì)前需要通電預熱,並開啟工程警燈和導向標等警告標(biāo)誌。
②在測試路段前20m處將測(cè)量架放落在路(lù)麵上,並檢查各機構的部件情況。並(bìng)設置現場測試所需的狀態。
③駕駛員緩慢加速承載車到正常測試(shì)速度,沿正常行車軌跡駛(shǐ)入測試路段。操作人員將測試路段起終點、橋涵等特殊位置的(de)樁號輸(shū)入(rù)到記錄數據中。
④當測試車輛駛出測試路段後,操作人員停止數據采(cǎi)集和記錄,並恢複儀器各部(bù)分至初始狀態,駕駛員緩慢停止承載車,提起測量架。
⑤操作人員檢查數(shù)據文件,文件應(yīng)完整,內容應正常,否則需要重測試。
整個測(cè)定是在測定車連續(xù)行駛的情況下進行的。它可對路麵進行高密(mì)集(jí)點的強度測量,適用於路麵施工質量控製、驗收和路麵養護管理。
(4)落錘式彎沉儀(FWD)法
本方法適(shì)用於測(cè)定在落錘式彎沉儀(FWD)標準質量的重(chóng)錘(chuí)下(xià)一定高(gāo)度發生的衝擊荷載作用,路基或(huò)路麵表麵所產生的瞬時變形,即測定在動態荷載作用下產(chǎn)生的動態(tài)彎沉及彎沉盆。並可(kě)由(yóu)此反算路基路麵各層材料的動態彈性模量,作為設(shè)計參數使用。所(suǒ)測(cè)結果經轉(zhuǎn)換至回彈彎沉值後可用(yòng)於評定道路承載能力,也可用(yòng)於(yú)調查水泥混凝土路麵接縫的傳力效果,探查路麵板下的空洞等。
測試原理:FWD是(shì)通過計(jì)算機控製下的液壓係統啟動落錘裝置,使一定質量的重錘從一定高度自由落下,衝擊力(lì)作用於承載板上並(bìng)傳到(dào)路麵,導致路(lù)麵產生彎沉,通過分布於距測點不同距離(lí)的傳感器檢測結構層表麵的變形,記錄(lù)係統(tǒng)將信號輸入計(jì)算機,得到路麵測點彎(wān)沉值。FWD測量是計算機自(zì)動采(cǎi)集數據,速度快,精(jīng)度高。檢測最大速度可達(dá)80km/h,內置式落錘彎(wān)沉儀的牽引速度可大於(yú)lOOkm/h。因此(cǐ)該方法是一種很理想的動態無(wú)損檢測設備。
測試步驟:
①承(chéng)載板中心位置對準,承載板(bǎn)自動落下,放下(xià)彎沉裝置的各個傳感器。
②啟動落錘裝置(zhì),落錘瞬即自由落下,衝擊力作用於承載板上(shàng),又立即自動提升至(zhì)原來位置固定。同時,各個傳感器檢測結構層表麵變形(xíng),記錄係統將(jiāng)位移信號輸入計算機,並得到峰值,即路麵彎沉,同時得到彎(wān)沉盆。每一(yī)測點重(chóng)複測定應不少於3次,除去第一個測定值,取以後幾次測(cè)定值的平均值作為計算依據(jù)。
③提起傳(chuán)感器及(jí)承載板,牽引車向前移動至(zhì)下一個(gè)測點,重複上述步驟,進行測定。
二、路麵平整度檢測
路麵平整度(dù)可定義為(wéi)路麵表麵誘使行使車輛出(chū)現振動的高程變化,它是路麵使用性能的一項重(chóng)要(yào)指標。因此平整度的檢測是路麵施工和(hé)養護的一個非常重要的環節。平整度的測(cè)試設備(bèi)分為(wéi)斷麵類和反應類兩大類。斷麵(miàn)類測定路表凹凸情況,反應類測定路表不平整程(chéng)度。目(mù)前,斷麵類設備包括3m直尺、連續式平整度儀和激(jī)光路麵平整度測定儀等,反應類設備包括車載式(shì)顛簸累積儀等。
(1)3m直尺
本方法規定用3m直尺測定(dìng)路表麵的(de)平整度。適用於(yú)測定壓實成型的路麵各層(céng)表麵的(de)平整度,以評定路麵的施工質量(liàng),也可用於路基表麵成型後的施工平整度(dù)檢測。
測試步驟:
①施工過程中檢測時,按根據需要確定的方向,將3m直尺擺在測試地點的路麵(miàn)上。
②目測3m直尺底麵與路麵之間的間隙(xì)情況,確(què)定最大間隙的位置。
③用有高度標(biāo)線的(de)塞尺塞進間隙(xì)處,量測其最大間隙的高度(mm);或者用深度尺在最大間隙(xì)位置量(liàng)測直尺上(shàng)頂麵距地麵的(de)深度,該深度減(jiǎn)去尺高即為測試點(diǎn)的最大間隙的高度(dù)。
該(gāi)方法用於測定壓實成(chéng)型的路麵各層表麵的平整度,以評定路麵的施工質量和使用質量。但該方法(fǎ)比較落後,測量效率低下,操作者需要低頭彎腰,現已用得較(jiào)少(shǎo)。
(2)連續式平整度儀
本方法規定用(yòng)連續式平整度儀量測路麵的(de)不平整度的標準(zhǔn)差σ,以表示路(lù)麵的平整(zhěng)度,以(yǐ)mm計。適(shì)用於測定路表麵(miàn)的平整度,評定路麵的施工質量和使用質量,但不適用於在已有(yǒu)較(jiào)多坑槽、破損嚴重(chóng)的路麵(miàn)上測定。
連續式平整度儀測量時由人或車(chē)拉動該儀器前進,由於路麵不平引起測量小輪上(shàng)下擺動,並帶動位移傳感器的測杆在傳感器的小孔(kǒng)槽裏上下滑動。這樣就可以根據傳感器輸出的電位的正(zhèng)負及其大小(xiǎo)來確定路麵平整度。
測試步驟:
①將連續式(shì)平整度儀置於測試路段路麵起點上。
②在(zài)牽引汽車的後部,將連續(xù)式平整度儀與牽引汽車連接好,按照儀器使用手冊依次完成各項(xiàng)操作。
③啟動牽引汽車,沿(yán)道路縱向行駛,橫向位置保持穩定。
④確定連續式平整度儀工作正常。牽引(yǐn)連續式平整度儀的速度應保持勻速,速度宜為5km/h,最在不超過12km/h。
采(cǎi)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≤12km/h)。
(3)車載式(shì)激光路(lù)麵平整度測定儀
本方(fāng)法適用於各類車載式激光平(píng)整度儀在新建、改建路麵工程質量驗收和無嚴重坑槽、車轍等(děng)病害及無積水(shuǐ)、積雪、泥漿的正常通車條件下連續采(cǎi)集路段平整度數(shù)據。
平整(zhěng)度測定儀是一台裝備有激光傳感(gǎn)器、加速度計和陀螺儀的測(cè)定車,它同時具有先進的數據采集和(hé)處理係統。測試係(xì)統由(yóu)承載車輛、距離傳感器、縱斷麵高程傳感器和主控製(zhì)係統組成。主控製係統對測試裝置的操作實施控製,完成數據(jù)采集(jí)、傳輸、存儲與計算過(guò)程。工作是測試車(chē)以一定(dìng)的速度在路麵上行(háng)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麵,這個距離(lí)信(xìn)號同測試車上裝的加速度計(jì)信號進行(háng)互(hù)差,消除測試車(chē)自身的顛簸,輸出路麵(miàn)真實斷麵信號。信號處理係統將來自激光傳感器的模(mó)擬信號轉換成數字信號並記錄下來。隨著汽車的行進,每隔一定間距,采集一次數據。通過(guò)數據(jù)分析係(xì)統,可顯示打印國際平整度指數等平整度檢測結果。目前產品有Dynatest5051MKIl L9.2C+型激光路麵平整(zhěng)度測(cè)定儀,還有盛安連等人研製的激光路(lù)麵(miàn)平整度測(cè)定儀等。
測試步驟:
①測試開始前讓(ràng)測試車以測試速度行駛5-10km,按規定的預熱時間對測試係統進行預熱。
②測試車停在測試起點前50-100m處,啟動平(píng)整(zhěng)度測試係統程序,調整至測試(shì)狀態。駕駛員按照設(shè)備操作手冊要求的測試速度範圍駕駛測試車,宜在50-80km/h之間,避免急加速和急(jí)減速,急彎路(lù)段應放慢車速,沿正常行車軌跡駛入測試路段。
③進(jìn)入測試路段後,測試人員啟動係統的采集和記錄程序,在測試過程中必須及時準確地將測試路段的起終點和其他(tā)需要特(tè)殊標記的位置輸入測試數據記(jì)錄中。
(4)車載式(shì)顛簸累積儀
本方(fāng)法適用於各類顛簸(bò)累積儀在(zài)新(xīn)建、改建路麵工程(chéng)質量驗收和無嚴重坑槽、車轍等病害的正(zhèng)常行車條(tiáo)件下連(lián)續采集路段平整度數據。本方法的數據采集、傳輸、記錄和處理分別由專用軟件自動控製進行。
測定時測試車以一定的速度在路麵(miàn)上行使,路(lù)麵的凹凸不平引起汽車的激振,通過機械傳感器可測量後軸同車廂之間的單向位移累積值VBI,以cm/km計。VBI越大,說明(míng)路麵平整度(dù)越差。
測試步驟:
①測試開(kāi)始前讓測試車以測試速度行駛(shǐ)5-10km,對預熱係統進行預熱(rè)。測試車停在測試起點前300-500m處,啟動平整度測試係統程序,調至測試狀態。
②駕駛員(yuán)在進行測試路段前保持車速在規定的測(cè)試速度範圍內,沿正常行車(chē)軌跡駛入測試路段。
③進行測(cè)試路(lù)段後(hòu),測試人員(yuán)啟動(dòng)係統(tǒng)的采集和記錄(lù)程序,在測試過程中必須及時準確地將測試路段的起終點和其他需要特殊標記點的位置輸入測試數據記錄中。
④沒測試車輛駛出測試路段後,儀器操作人員停止數據采集和記錄,並(bìng)恢複儀器各部分至(zhì)初始狀態。
車載式顛簸累積儀測定路麵平整(zhěng)度速度快,價格(gé)低廉,操作簡便。可用(yòng)其檢測的結果評定路麵的施工質量和使(shǐ)用期的舒適性。
三、路麵抗滑性能檢測
路麵抗滑性能是(shì)影響行車安全的路麵因素,它是指車輛輪胎(tāi)受到製動時沿(yán)表麵滑移所產生的力。通常,抗(kàng)滑(huá)性能被看作是路麵表麵特性,並用輪胎與路麵間的摩擦係數來表示。表麵特征包括路表麵細構造和粗構造,影響抗(kàng)滑性能的因素有路麵表麵(miàn)特征、路麵潮濕程度和行車速(sù)度。抗滑性能的常用測試方法有:擺式儀法、構(gòu)造深度測試法和偏轉輪拖車法。
(1)擺式儀法
本方法適用(yòng)於以擺式(shì)摩擦係數測定(dìng)儀測(cè)定瀝青路麵、標(biāo)線或其他(tā)材料試件(jiàn)的抗滑值,用以評定路麵或路麵材料試件在潮濕狀態下的抗滑能力。
擺式儀是動力衝擊型儀器,它是根據“擺的位(wèi)能損失等於末(mò)端橡膠片(piàn)滑過路(lù)麵時克服路麵摩擦所(suǒ)做的功”這(zhè)一基本原理研製(zhì)而成的。檢測前對試驗路段按隨機取樣方法,決定測點所在橫斷麵位(wèi)置,並做出標記。將儀器放在路麵測點上,並使擺的擺動方向與(yǔ)行車方(fāng)向一致。通過按下(xià)釋放開關,使擺在灑了水的路麵滑過,指針即可以(yǐ)指出路(lù)麵的擺值。多測幾次求平均值(zhí)作為每個測點路麵抗滑值(zhí)。
本方法屬靜態測量,效率較低。
(2)構造(zào)深度測試法(手工鋪沙法、電動鋪沙法、激光構造深度(dù)儀法)
以手工鋪沙法為例進(jìn)行介紹:
本方法適用於測定瀝青路麵及水泥混凝土路麵表麵構造深度,用以評(píng)定路麵表麵的宏觀構造。
用掃帚(zhǒu)或毛刷子將測點附近的路麵清掃幹淨,麵積不小於750px×750px。將一定體(tǐ)積(jī)密度均勻的沙倒在(zài)測點附近的路(lù)麵上,並盡量攤鋪成圓形。量出構成圓的兩個(gè)垂直方(fāng)向的直徑。取其平均值。並根據沙(shā)子的體積計算路麵表麵構造深度的測定結果。該方法適用於測定路(lù)麵表麵構造深度,用以評定路麵表麵宏觀粗(cū)糙度、路麵表麵的(de)排水性能及抗滑性能。該方法原(yuán)理簡單,測量方便(biàn),造價十分低廉,但測速極低,測時勞動強度大,且安全性也(yě)較差。
(3)橫(héng)向抗滑係數測試車
測定車上(shàng)裝有與車(chē)輛行使方向20°角的(de)測試輪。測定時,供水係統灑水,降下測(cè)試(shì)輪,並(bìng)對其施加一定載荷,載荷傳感器測量(liàng)與測試輪輪胎麵(miàn)成垂直(zhí)的橫向(xiàng)力(lì),此力與(yǔ)輪載荷之比即為橫向力係數。橫(héng)向力係數越大,說明路麵(miàn)抗(kàng)滑能力越強。測試車自備水箱,能直接噴灑在輪前(qián)約750px寬的路麵上,可控製路(lù)麵水膜(mó)厚度。測速較高(可達(dá)50km/h),不妨礙交通,特別適宜於在(zài)高(gāo)速公路、一級公路(lù)上進行測試(shì)。
四、路麵智能集成檢(jiǎn)測車的發展(zhǎn)現狀和趨勢
長期以來,我們對路麵的指標(biāo)基本上是實(shí)行單項檢測,這種檢(jiǎn)測的效率不高,而且增加了每次測量的投(tóu)資(zī)費用。根據聯機檢索,現在(zài)國外已有很多國家開發成了集成(chéng)檢測車,如英國、日本,另外丹麥、法國(guó)、加拿大、澳大利亞等(děng)國也已有類似的檢測車。英國公路(lù)管(guǎn)理局資助研製的(de)“交通狀況調查高速(sù)路況探(tàn)測車”於2000年年初亮相。這種車可利用攝像機對地麵進行(háng)掃描,並(bìng)通過車前安裝的20個激光傳(chuán)感器對道路狀況進行探測,可發現2毫米寬的裂縫(féng)。此外,它還(hái)可以在高速公路上以100公裏以上的時速探測道路狀況,可將每年的(de)道路檢測量提高五(wǔ)倍以(yǐ)上。這種探測車雖主要用於高速公路和幹線公路的檢(jiǎn)測,但也可將其用於對城市道路的檢(jiǎn)測。它一次可以檢測兩條(tiáo)車道,每年可對一萬千米以上的公路網進行檢測,重點檢測大貨車行(háng)駛(shǐ)的車道。