路基路面检测新技术简介

第八章路基路面检测新技术简介第一节弯沉检测新技术一、自动弯沉仪利用贝克曼梁测定路面回弹弯沉值操作简便，应用广泛，我国路面设计及检测的标准方法和基本参数都是建立在这种试验方法基础之上的，但是，这种试验方法整个测试过程全是人工操作，测试结果受人为因素的影响较大，而且测速慢。自动弯沉仪是测定路面弯沉值的高效自动化设备，可对路面进行高密集点的强度测量，适用于路面施工质量控制、验收及路面养护管理。1．主要设备自动弯沉仪测定车：洛克鲁瓦型，由测试汽车、测量机构、数据采集处理系统三部分组成。测量机构安装在测试车底盘下面。自动弯沉仪测定车的主要技术参数如下：测试车轴距：6.57m测臂长度：1.75-2.40m后轴荷载：100kN测定轮对路面的压强：0.7MPa最小测试步距：4-10m测试精度：0.01mm测试速度：1.5-4.0km/h2．工作原理自动弯沉仪的基本工作原理与贝克曼梁的原理是相同的，都是采用简单的杠杆原理。自动弯沉仪测定车在检测路段以一定速度行驶，将安装在测试车前后轴之间底盘下面的弯沉测定梁放到车辆底盘的前端并支于地面保持不动，当后轴双轮隙通过测头时，弯沉通过位移传感器等装置被自动记录下来，这时,测定梁被拖动，以二倍的汽车速度拖到下一测点，周而复始地向前连续测定。通过计算机可输出路段弯沉检测统计计算结果。3.使用技术要点（1）自动弯沉仪做长距离移动时，应根据路况把一些对通过能力影响大的组件、部件拆下来，待移动到测量工地时，再进行安装调试。（2）操作计算机，根据要求输入有关信息及命令。（3）为了保证系统A／D转换板与位移传感器的测量精度，应进行自动弯沉仪的标定。（4）自动弯沉仪所采集数据以文本方式存储于计算机中，其记录格式分节点数据。弯沉值数据及弯沉盆数据三种。输入有关信息和参数后，可显示出左右双侧的弯沉峰值柱状图及峰值、距离和温度等；计算出平均值、标准差和代表弯沉值；显示弯沉盆图形并计算出曲率半径。应当注意，自动弯沉仪测定的是总弯沉，因而与贝克曼梁测定的回弹弯沉有所不同。可通过自动弯沉仪总弯沉与贝克曼梁回弹弯沉对比试验，得到两者相关关系式，换算为回弹弯沉，用于路基、路面强度评定。关于自动弯沉仪测定路面弯沉试验方法可详见《公路路基路面现场测试规程》（JTJ059-95）。二、落锤式弯沉仪利用贝克曼梁方法测出的回弹弯沉是静态弯沉。自动弯沉仪检测弯沉时，因为汽车行进速度很慢，所测得的弯沉也接近静态弯沉。为了模拟汽车快速行驶的实际情况，不少国家开发了动态弯沉的测试设备。落锤式弯沉仪（FallingWeightDeflectometer，简称FWD）模拟行车作用的冲击荷载下的弯沉量测，计算机自动采集数据，速度快，精度高。近年来，采用落锤式弯沉仪（FWD）测定路面的动态弯沉，并用来反算路面的回弹模量。已成为世界各国道路界的热门课题。这种设备特别适用于高等级公路路面和机场的弯沉量测和承载能力评定。落锤式弯沉仪是目前国际上最先进的路面强度无损检测设备之一。1．主要设备落锤式弯沉仪分为拖车式和内置式。拖车式便于维修与存放，而内置式则较小巧、灵便。（1）荷载发生装置：包括落锤和直径300mm的4分式扇形承载板。（2）弯沉检测装置：由5-7个高精度传感器组成。（3）运算及控制装置。（4）牵引装置：牵引FWD并安装运算及控制装置等的车辆。2．工作原理将测定车开到测定地点，通过计算机控制下的液压系统，启动落锤装置，使一定质量的落锤从一定高度自由落下，冲击力作用于承载板上并传递到路面，导致路面产生弯沉，分布于距测点不同距离的传感器检测结构层表面的变形，记录系统将信号输入计算机，得到路面测点弯沉及弯沉盆。3．使用技术要点（1）通过调节锤重和落高可调整冲击荷载大小。例如，我国路面设计标准轴载为BZZ-100，落锤质量应选为5t，因为承载板直径为30cm，对路面的压强恰为0.7MPa。（2）检测时，拖车式落锤弯沉仪牵引速度最大可达80km／h，根据我国的实际情况，牵引速度以50km/h左右为宜。内置式落锤弯沉仪最高时速大于100km／h，每小时可测65点。（3）传感器分布位置为:1个位于承载板中心，其余布置在传感器支架上。路面结构不同，弯沉影响半径亦不同。路基或柔性基层沥青路面传感器分布在距荷载中心2.5m范围内即可。目前，我国高等级公路大多采用半刚性基层沥青路面结构，弯沉影响半径已达3-5m，传感器分布范围应布置在距荷载中心3-4m范围内，以量测路面弯沉盆形状。（4）每一测点重复测定不少于3次，舍去第一个测定值，取以后几次测定值的平均值作为计算依据，因为第一次测定的结果往往不稳定。弯沉检测装置操作方式为计算机控制下的自动量测，所有测试数据均可显示在屏幕上或打印出来或存储在软盘上；可输出作用荷载、弯沉（盆）、路表温度及测点间距等；可打印弯沉平均值、标准差、变异系数及代表弯沉值等数据。应当注意，落锤式弯沉仪所测弯沉为动态总弯沉，与贝克曼梁所测的静态回弹弯沉不同。可通过对比试验，得到两者之间的相关关系，并据此将落锤式弯沉仪所测弯沉值换算为贝克曼梁的静态回弹弯沉值。可利用计算机按弹性层状体系理论的计算模式和程序，根据落锤式弯沉仪所测弯沉盆数据反算路面各层材料的弹性模量。关于落锤式弯沉仪测定路面弯沉试验方法详见《公路路基路面现场测试规程》（JTJ059-95）。第二节、平整度检测新技术用三米直尺检测路面平整度，尽管设备简单、直观；但测试速度太慢，劳动强度大。连续式平整度仪的测速最高只有15km／h；工作效率也较低。平整度的测试设备可分为两大类，一类是测试路表不平整程度（反应类设备），另一类是测定路表凹凸情况（断面测试仪）。目前，颠簸累积仪是应用最广泛的反应类设备，激光平整度仪则是最先进的断面类设备。它们提高了路面平整度的测速与精度占一、车载式颠簸累积仪车载式颠簸累积仪测定路面平整度速度快，价格低廉，操作简便。可用其检测结果评定路面的施工质量和使用期的舒适性。1．主要设备（1）颠簸累积仪：由机械传感器、数据处理器及微型打印机组成。（2）测试车：旅行车、越野车或小轿车。2.工作原理测试车以一定的速度在路面上行驶，，路面上的凹凸不平引起汽车的激振，通过机械传感器可测量后轴同车厢之间的单向位移累积值VBI，以cm／km计。VBI越大，说明路面平整度越差，人体乘坐汽车时越不舒适。3．使用技术要点（1）仪器安装应准确、牢固、便于操作。（2）因为颠簸累积值的大小与测试车的底盘悬挂性能有关，所以仪器安装后，在投入正式使用前，必须进行标定。用车载式颠簸累积仪测出的颠簸累积值VBI与用连续式平整度仪测出的标准偏差σ概念不同，可通过标定试验、建立两者的相关关系，将VBI值换算为σ，用于路面平整度评定。国际平整度指数IRI是国际上公认的衡量路面行驶舒适性或路面行驶质量的指数。也可通过标定试验，建立VBI与IRI的相关关系，将颠簸累积仪测出的颠簸累积值VBI换算为国际平整度指数IRI。（3）测试时，向计算机输入有关信息及命令、就可自动采集数据。（4）检测结果与测试车机械系统的振动特性和车辆行驶速度有关。减振性能好，则VBI测值小；车速越高，VBI测值越大。因此必须通过对机械系统的良好保养和检测时严格控制车速来保持测定结果的稳定性。测试速度一般在30-80km／h（视被测对象及标定条件确定）。（5）可存储、显示、打印颠簸累积值VBI，标准偏差口，国际平整度指数IRI，测试速度及距离。关于车载式颠簸累积仪测定平整度试验方法可详见《公路路基路面现场测试规程》（JTJ059-95）二、激光路面平整度测定仪激光路面平整度测定仪是一种与路面元接触的测量仪器，测试速度快，精度高。这种仪器还可同时进行路面纵断面、横坡、车辙等测量，因此，也被称为激光路面断面测试仪。1．主要仪器激光路面平整度仪是一台装备有激光传感器，加速度计和陀螺仪的测试车，它同时备有先进的数据采集和处理系统。2．工作原理测试车以一定速度在路面上行驶，固定在汽车底盘上的一排激光传感器通过测试激光束反射回读数器的角度来测试路面，这个距离信号同测试车上装的加速度计信号进行互差，消除测试车自身的颠簸，输出一路面真实断面信号。信号处理系统将来自激光传感器的模拟信号转换成数值信号并记录下来。随着汽车的行进，每隔一定间距，采集一次数据。通过数据分析系统，可显示打印国际平整度指数IRI等平整度检测结果。3．使用技术要点（1）数据采集完全在计算机控制下进行，根据具体情况输入有关信息和命令。（2）为了保证测量精度，应进行系统检查，如做静态振动试验、直尺试验。轮胎气压检查。传感器标定检查。（3）测试速度一般在20-120km／h范围内。（4）测试宽度大于2.5m。如在测试梁上安装两个扩展臂，测试宽度可增加至3.5m或更大。（5）采样间隔一般为0.1m，最小为5MM。（6）可显示测试状态及有关数据：输出分析结果，如国际平整度指数IRI、车辙、横坡等。应当注意，不能直视激光孔或观察通过抛光物面或镜面反射回来的激光束，防止损伤眼睛。只能通过一张红外线显示卡或光谱变换眼镜才可以观察光束的存在与否。目前，激光路面平整度仪或激光路面断面测试仪尚未纳入我国公路检测规范，其试验方法可参照仪器使用说明书。第三节抗滑性能检测新技术《公路沥青路面设计规范调》（JTJ014-97）对高速公路、一级公路沥青路面竣工后第一个夏季的抗滑性能要求如下：横向力系数SFC≥54，摆值FB（BPN）≥45，构造深度TC≥0.55mm。横向力系数SFC为新增加抗滑指标，用摩擦系数测定车进行测定。由于摆式仪测定摆值受人为因素影响大，检测速度慢，只适用于一般公路不具备摩擦系数测定车时的抗滑性能检测。路面宏观构造深度可用铺砂法或激光构造深度仪测定。铺砂法测定误差较大，效率低。激光构造深度仪测定的构造深度与铺砂法有良好的相关关系，且检测速度快，精度高。一、摩擦系数测定车测定路面横向力系数摩擦系数测定车测定的路面横向力系数既表示车辆在路面上制动时的路面抗力，还表征车辆在路面上发生侧滑时的路面抗力，因此它是路面纵横向摩擦系数的综合指标，反映较高速度下的路面抗滑能力。测试车自备水箱，能直接喷洒在轮前约30cm宽的路面上，可控制路面水膜厚度。测速较高。不妨得交通，特别适宜于在高速公路、一级公路上进行测试。1．主要仪器摩擦系数测定车通常为SCRIM型，主要由车辆底盘、测量机构、供水系统、荷载传感器、仪表及操作记录系统、标定装置等组成。2．检测原理测定车上装有与车辆行驶方向成20o角的测试轮。测定时，供水系统洒水，降下测试轮，并对其施加一定荷载，荷载传感器测量与测试轮轮胎面成垂直的横向力，此力与轮荷载之比即为横向力系数。横向力系数越大，说明路面抗滑能力越强。3．检测技术要点（1）测试前对仪器设备进行标定、检查，保持测试车的规范性。（2）测试轮重垂直荷载为2kN。（3）测速为50km／h。（4）可连续或断续测定设定计算区间的横向力系数。设定计算区间可在5-1000m范围内任意选定。（5）用计算机控制测试操作。（6）可计算打印每一个评定段的横向力系数值、统计个数、平均值、标准差、变异系数。关于摩擦系数测定车测定路面横向力系数试验方法可详见《公路路基路面现场测试规程》（JTJ059-95）。二、激光构造深度仪激光构造深度仪是小型手推式路面构造深度测试仪，也称激光纹理测试仪，具有运输方便，操作快捷，费用低廉，可靠性好等优点。1．主要结构激光构造深度仪主要由装在两轮手推车上的光电测试设备、打印机、仪器操作装置及可拆卸手柄组成。2.工作原理高速脉冲半导体激光器产生红外线投射到道路表面，从投影面上散射光线由接收透镜聚焦到以线性布置的光敏二级管上，接收光线最多的二极管位置给出了这一瞬间到道路表面的距离，通过一系列计算可得出构造深度。3．使用技术要点（1）检查仪器，安装手柄。（2）根据被测路面状况，选择测量程序。（3）适宜的检测速度为3-5km／h,即人步行的正常速度。（4)仪器按每一个计算区间打印出该段构造深度的平均值。标准的计算区间长度为100m，根据需要也可为10m或50m。应当注意，我国公路路面构造深度以铺砂法为标准