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常見公路瀝青路面檢測技術總結

新聞時間:2017-10-14 文章來源: 文章作者:ztcjjt
近年來,中國的高速公路技術有了很大的發展,截止2014年底,中國的高速公路通車里程已達到10.6萬公里,超過美國的9.2萬公里,成為世界第一。中國的10.6萬公里告訴公路,以瀝青混凝土路面居多,未來幾年內,中國的高速公路里程數不會再有大幅度的上升,更多的將放在已有公路的養護管理上,路面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面常見的檢測技術,并分別對其進行了簡單的介紹,希望能給瀝青路面檢測工作者帶來一定的幫助。總的來說,瀝青路面檢測技術主要包括:路面彎沉檢測、路面平整度檢測、抗滑性能檢測和路面智能集成檢測車。接下來將一一介紹:
 
一、路面彎沉檢測
 路面彎沉檢測是我國柔性路面強度測量的一項主要指標。路面彎沉是指在規定的標準軸載作用下,路面表面輪隙位置產生的總垂直變形或垂直回彈變形值。常見的彎沉值的檢測方法有以下幾種:
 
(1)貝克曼梁法
貝克曼梁由美國A.C.Benkilman于1953年發明,并用于AASHO試驗路,后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,在我國已作為路面設計的標準方法和基本參數。目前工程上廣泛使用貝克曼梁測定彎沉,并作為路面彎沉檢測和竣工、交工驗收的標準方法,其測量的精確性和代表性非常重要。該方法操作簡單,但整個測試過程全是人工操作,測試結果受人為因素的影響較大,而且測試慢。該方法應用范圍是:
①測定各類路基、路面的回彈彎沉,用以評定其整體承載能力,可供路面結構設計使用。
② 測定的路基、柔性路面的回彈彎沉值可供交工和竣工驗收使用。
③ 測定的路面回彈彎沉可為公路養護管理部門指定養路修路計劃提供依據。
④ 瀝青路面的彎沉以標準溫度20℃時為準,在其它溫度進行的測試需要進行溫度修正。


 

(2)激光彎沉測定儀法
  在采用該方法測定時,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通過進光小孔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。
  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,可用于重剛度路面彎沉檢測。
 
(3)自動彎沉測定儀法
  本方法適用于各類Lacroix型自動彎沉儀在新建、改建路面工程的質量驗收中,在無嚴重坑槽、車轍等病害的正常通車條件下連續采集瀝青路面彎沉數據。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制進行。   
測試步驟:
①測試系統在開始測試前需要通電預熱,并開啟工程警燈和導向標等警告標志。
②在測試路段前20m處將測量架放落在路面上,并檢查各機構的部件情況。并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速度,沿正常行車軌跡駛入測試路段。操作人員將測試路段起終點、橋涵等特殊位置的樁號輸入到記錄數據中。
④當測試車輛駛出測試路段后,操作人員停止數據采集和記錄,并恢復儀器各部分至初始狀態,駕駛員緩慢停止承載車,提起測量架。
⑤操作人員檢查數據文件,文件應完整,內容應正常,否則需要重測試。
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。
(4)落錘式彎沉儀(FWD)法
   本方法適用于測定在落錘式彎沉儀(FWD)標準質量的重錘下一定高度發生的沖擊荷載作用,路基或路面表面所產生的瞬時變形,即測定在動態荷載作用下產生的動態彎沉及彎沉盆。并可由此反算路基路面各層材料的動態彈性模量,作為設計參數使用。所測結果經轉換至回彈彎沉值后可用于評定道路承載能力,也可用于調查水泥混凝土路面接縫的傳力效果,探查路面板下的空洞等。
測試原理:FWD是通過計算機控制下的液壓系統啟動落錘裝置,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,通過分布于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,得到路面測點彎沉值。FWD測量是計算機自動采集數據,速度快,精度高。檢測最大速度可達80km/h,內置式落錘彎沉儀的牽引速度可大于lOOkm/h。因此該方法是一種很理想的動態無損檢測設備。
測試步驟:
①承載板中心位置對準,承載板自動落下,放下彎沉裝置的各個傳感器。
②啟動落錘裝置,落錘瞬即自由落下,沖擊力作用于承載板上,又立即自動提升至原來位置固定。同時,各個傳感器檢測結構層表面變形,記錄系統將位移信號輸入計算機,并得到峰值,即路面彎沉,同時得到彎沉盆。每一測點重復測定應不少于3次,除去第一個測定值,取以后幾次測定值的平均值作為計算依據。
③提起傳感器及承載板,牽引車向前移動至下一個測點,重復上述步驟,進行測定。
 
二、路面平整度檢測
路面平整度可定義為路面表面誘使行使車輛出現振動的高程變化,它是路面使用性能的一項重要指標。因此平整度的檢測是路面施工和養護的一個非常重要的環節。平整度的測試設備分為斷面類和反應類兩大類。斷面類測定路表凹凸情況,反應類測定路表不平整程度。目前,斷面類設備包括3m直尺、連續式平整度儀和激光路面平整度測定儀等,反應類設備包括車載式顛簸累積儀等。
 
(1)3m直尺
本方法規定用3m直尺測定路表面的平整度。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,也可用于路基表面成型后的施工平整度檢測。
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面上。
②目測3m直尺底面與路面之間的間隙情況,確定最大間隙的位置。
③用有高度標線的塞尺塞進間隙處,量測其最大間隙的高度(mm);或者用深度尺在最大間隙位置量測直尺上頂面距地面的深度,該深度減去尺高即為測試點的最大間隙的高度。
該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,操作者需要低頭彎腰,現已用得較少。
 
(2)連續式平整度儀
本方法規定用連續式平整度儀量測路面的不平整度的標準差σ,以表示路面的平整度,以mm計。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、破損嚴重的路面上測定。
連續式平整度儀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。
測試步驟:
①將連續式平整度儀置于測試路段路面起點上。
②在牽引汽車的后部,將連續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操作。
③啟動牽引汽車,沿道路縱向行駛,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)車載式激光路面平整度測定儀
    本方法適用于各類車載式激光平整度儀在新建、改建路面工程質量驗收和無嚴重坑槽、車轍等病害及無積水、積雪、泥漿的正常通車條件下連續采集路段平整度數據。
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。測試系統由承載車輛、距離傳感器、縱斷面高程傳感器和主控制系統組成。主控制系統對測試裝置的操作實施控制,完成數據采集、傳輸、存儲與計算過程。工作是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。目前產品有Dynatest5051MKIl L9.2C+型激光路面平整度測定儀,還有盛安連等人研制的激光路面平整度測定儀等。
測試步驟:
①測試開始前讓測試車以測試速度行駛5-10km,按規定的預熱時間對測試系統進行預熱。
②測試車停在測試起點前50-100m處,啟動平整度測試系統程序,調整至測試狀態。駕駛員按照設備操作手冊要求的測試速度范圍駕駛測試車,宜在50-80km/h之間,避免急加速和急減速,急彎路段應放慢車速,沿正常行車軌跡駛入測試路段。
③進入測試路段后,測試人員啟動系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需要特殊標記的位置輸入測試數據記錄中。

(4)車載式顛簸累積儀
  本方法適用于各類顛簸累積儀在新建、改建路面工程質量驗收和無嚴重坑槽、車轍等病害的正常行車條件下連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制進行。
  測定時測試車以一定的速度在路面上行使,路面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。
測試步驟:
①測試開始前讓測試車以測試速度行駛5-10km,對預熱系統進行預熱。測試車停在測試起點前300-500m處,啟動平整度測試系統程序,調至測試狀態。
②駕駛員在進行測試路段前保持車速在規定的測試速度范圍內,沿正常行車軌跡駛入測試路段。
③進行測試路段后,測試人員啟動系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后,儀器操作人員停止數據采集和記錄,并恢復儀器各部分至初始狀態。
 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。
 
路面抗滑性能檢測
  路面抗滑性能是影響行車安全的路面因素,它是指車輛輪胎受到制動時沿表面滑移所產生的力。通常,抗滑性能被看作是路面表面特性,并用輪胎與路面間的摩擦系數來表示。表面特征包括路表面細構造和粗構造,影響抗滑性能的因素有路面表面特征、路面潮濕程度和行車速度。抗滑性能的常用測試方法有:擺式儀法、構造深度測試法和偏轉輪拖車法。

(1)擺式儀法
本方法適用于以擺式摩擦系數測定儀測定瀝青路面、標線或其他材料試件的抗滑值,用以評定路面或路面材料試件在潮濕狀態下的抗滑能力。
擺式儀是動力沖擊型儀器,它是根據“擺的位能損失等于末端橡膠片滑過路面時克服路面摩擦所做的功”這一基本原理研制而成的。檢測前對試驗路段按隨機取樣方法,決定測點所在橫斷面位置,并做出標記。將儀器放在路面測點上,并使擺的擺動方向與行車方向一致。通過按下釋放開關,使擺在灑了水的路面滑過,指針即可以指出路面的擺值。多測幾次求平均值作為每個測點路面抗滑值。
本方法屬靜態測量,效率較低。

(2)構造深度測試法(手工鋪沙法、電動鋪沙法、激光構造深度儀法)
   以手工鋪沙法為例進行介紹:
  本方法適用于測定瀝青路面及水泥混凝土路面表面構造深度,用以評定路面表面的宏觀構造。
  用掃帚或毛刷子將測點附近的路面清掃干凈,面積不小于750px×750px。將一定體積密度均勻的沙倒在測點附近的路面上,并盡量攤鋪成圓形。量出構成圓的兩個垂直方向的直徑。取其平均值。并根據沙子的體積計算路面表面構造深度的測定結果。該方法適用于測定路面表面構造深度,用以評定路面表面宏觀粗糙度、路面表面的排水性能及抗滑性能。該方法原理簡單,測量方便,造價十分低廉,但測速極低,測時勞動強度大,且安全性也較差。

(3)橫向抗滑系數測試車
測定車上裝有與車輛行使方向20°角的測試輪。測定時,供水系統灑水,降下測試輪,并對其施加一定載荷,載荷傳感器測量與測試輪輪胎面成垂直的橫向力,此力與輪載荷之比即為橫向力系數。橫向力系數越大,說明路面抗滑能力越強。測試車自備水箱,能直接噴灑在輪前約750px寬的路面上,可控制路面水膜厚度。測速較高(可達50km/h),不妨礙交通,特別適宜于在高速公路、一級公路上進行測試。
 
四、路面智能集成檢測車的發展現狀和趨勢
  長期以來,我們對路面的指標基本上是實行單項檢測,這種檢測的效率不高,而且增加了每次測量的投資費用。根據聯機檢索,現在國外已有很多國家開發成了集成檢測車,如英國、日本,另外丹麥、法國、加拿大、澳大利亞等國也已有類似的檢測車。英國公路管理局資助研制的“交通狀況調查高速路況探測車”于2000年年初亮相。這種車可利用攝像機對地面進行掃描,并通過車前安裝的20個激光傳感器對道路狀況進行探測,可發現2毫米寬的裂縫。此外,它還可以在高速公路上以100公里以上的時速探測道路狀況,可將每年的道路檢測量提高五倍以上。這種探測車雖主要用于高速公路和干線公路的檢測,但也可將其用于對城市道路的檢測。它一次可以檢測兩條車道,每年可對一萬千米以上的公路網進行檢測,重點檢測大貨車行駛的車道。


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