路面检测技术的发展现状

李德宝

（哈尔滨龙江公路勘察设计院）

1 路面平整度检测技术

1.1 3m直尺

此方法用于测定压实成型的路面各层表面的平整度,以评定路面的施工质量和使用质量。但该方法比较落后,测量效率低下,现已用得较少。测试时把3 m直尺轻放于路面上,将画图仪移至其一端,用手将画图仪推向另一端。在这个过程中由于路面的凹凸不平,画图仪下面的测轮带动画针上下运动,同时滚筒轮在输力轮的带动下旋转,并带动纸带移动,两个运动的合成便使画针在纸带上画下了路面的几何量,并由此求得路面平整度数值。

1.2 连续式平整度仪

该方法适用于测定路表面的平整度,评定路面的施工质量和使用质量,但不适用于在已有较多坑槽、破坏严重的路面上测定。采用该类测定仪灵活性较大,既可人拖,也可车拉,但测试效率较低（检测速度≤12 km/h）。测量时由人或车拉动该仪器前进,由于路面不平引起测量小轮上下摆动,并带动位移传感器的测杆在传感器的小孔槽里上下滑动。这样就可以根据传感器输出的电位的正负及其大小来确定路面平整度。

1.3 激光路面平整度测定仪

该类测定仪是一种与路面无接触的测量仪器,测试速度快,精度高。同时还可以进行路面纵断面、横坡、车辙等测量,因此该测定仪有着广阔的应用前景。激光路面平整度测定仪是一台装备有激光传感器、加速度计和陀螺仪的测定车,它同时具有先进的数据采集和处理系统。工作时,测试车以一定的速度在路面上行使,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字信号并记录下来。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等平整度检测结果。

1.4 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。可用其检测的结果评定路面的施工质量和使用期的舒适性。测定时测试车以一定的速度在路面上行使,路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。

2 路面弯沉检测新技术

2.1 激光弯沉测定仪法

这种弯沉仪操作简易、精度高、读数稳定、体积小、质量轻、造价低且容易研制,另外,由于该测定仪依靠光线作为臂长,可以射得很远。加上激光发射角窄,光点小而红亮,10m之远仍能清晰可见,可用于刚性路面弯沉检测。在测定时,将测定仪固定在路面上汽车的后轮隙中,利用汽车驶离被测点时路面回弹,带动原固定于地面上的硅光电池测头向上升起,使激光器发出的激光束射到硅光电池上产生光电流。并根据光电流的大小来计算路面回弹变形的数值,即路面回弹弯沉值。

2.2 自动弯沉测定仪法

整个测定是在测定车连续行驶的情况下进行的。它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、验收和路面养护管理。该测定仪在检测路段上在牵引车的作用下以一定的速度行驶,将测定仪的弯沉测定梁放在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,以二倍的牵引车速度拖到下一测点,周而复始地向前连续测定,然后通过计算机输出路段弯沉检测统计结果。

2.3 落锤式弯沉仪（FWD）法

落锤式弯沉仪（FWD）是脉冲式动力弯沉仪的典型代表,是一种很理想的动态无损检测设备。其技术特点主要表现在测速快,精度高。检测最大速度可达80 km/h,内置式落锤弯沉仪的牵引速度可大于100 km/h。此设备较好地模拟了实际行车荷载对路面的动力作用,已被许多国家广泛地应用到路面检测和评价中。FWD是通过计算机控制下的液压系统启动的落锤装置,使一定质量的重锤从一定高度自由落下,冲击力作用于承载板上并传到路面,导致路面产生弯沉。通过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。

3 沥青路面损坏状况检测新技术

3.1 摄像测量法

路面破损快速检测技术主要是应用摄像技术对路面的破损状况进行动态、实时获取,然后采用图像处理技术对获得的路面图像进行处理,定量分析路面破损状况,如裂缝等。这使在风吹日晒环境下的现场损坏测量工作转为室内对胶片的处理,并借助计算机进行人工判读和数据记录。该方法先进性高,成本低,会成为今后一段时间内的路面损坏检测的主要手段。

3.2 探地雷达

探地雷达可以检测沥青路面厚度,路面脱空、裂缝、陷落、空洞等病害。其检测速度可达80 km/h以上,最大探测深度大于60 cm。装有探地雷达的车在路上以一定的速度行驶时,探地雷达发射电磁脉冲,并在较短时间内穿透路面,脉冲反射波被无线接收机接收,数据采集系统记录路面结构中的不连续电介质常数的突变情况,根据测知的各种路面材料的电介质常数及波速,可计算出路面各结构层的厚度或给出含水量、损坏位置等数据。

4 路面抗滑能力检测技术

抗滑能力主要是指路面摩擦系数。路面抗滑性能包括纵向和横向两个方面,纵向抗滑性能决定车辆在刹车时的滑行距离,对避免追尾交通事故的发生有直接的决定作用；横向抗滑性能决定车辆的方向控制能力,对车辆弯道行驶安全性较为重要。在检测方法上主要有早期英国的摆式摩擦仪（静态、单点检测）和现今制动测距（动态、连续检测）的方法。动态连续式检测已成为当今国际上的主流,但在制造上有较大的难度。国际上检测手段较发达的国家有瑞典和美国等。另一种新的检测方法是测定检测车全刹车时的最大减速度,一些研究成果表明,此最大减速度与路面摩擦系数有较好的相关性。近几年国际上有一些研究采用高分辨率的激光距离传感器检测路面的微观特征,并研究其综合定量指标与路面摩擦系数的相关性。若这一种新的方法得以认可,路面摩擦系数的快速检测将变得更有效和低价。

我国目前广泛采用的主要检测设备为横向力系数测试仪。该设备的基本原理是,设定试验轮与行车方向成一定角度,横向力与试验轮对路面荷载的比值即为横向力系数,反映车辆在路面上侧滑的危险性,正常测速约50 km/h,刹车式摩擦系数测试仪是在行驶的过程中,每间隔指定的距离自动对测试轮刹车,刹车期间测试轮在路面上滑动。根据传感器所记录的力,即可计算制动力系数。该设备在美国是抗滑能力测试标准设备之一,测试速度最高可以达到110 km/h。

5 路面车辙检测

车辙是指沿道路纵向在车辆集中位置处路面产生的带状凹槽。由于交通量的增长、车辆渠化交通、持续高温等因素的综合影响,车辙已经成为我国沥青路面早期破坏中常见的一种路面病害。

路面车辙检测技术早期主要采用3m直尺方法,目前在国际上已发展到较为完善的程度。美国ICC公司、South Dakota DOT、澳大利亚ARRB等均能生产快速可靠的车载式车辙自动检测仪。这类仪器可进行高速、连续的检测,具有可靠性高、操作安全、不影响车辆的正常通行等优点,在国外已得到广泛应用。这类仪器主要是采用光学传感器（包括激光和红外传感器）及超声波传感器进行测量,每种传感器均有一定的适用范围,未来的研究将根据不同需求研究选用合适的传感器,以期达到更好的应用效果和更高的经济性。如激光传感器要求路面不具有较强的阳光照射度,而红外传感器对色彩较敏感,超声波传感器则对汽车产生的噪音较敏感。然而我国在路面车辙检测方面主要停留在人工检测阶段,对车辙的检测局限于对典型断面的检测。这种检测对典型断面的选取随意性大,受主观因素影响多,由于手段落后、速度慢,危险性极大。目前哈尔滨工业大学进行了相应的设备和算法方面的研究,取得了阶段性的成果。

近几年来,一种新的激光车辙扫描测试系统已经开始研发并有样机问世,该系统包含两个断面激光扫描器,能采集1 280个点的数据,取样率为25断面/s,在工程应用上能更加真实地反映路面车辙的实际情况。系统不受温度、湿度、路面颜色和平整度的影响,雨天也可测试。此外,激光车辙扫描测试系统具有很高的重复性以及精确度,测试高度的精确度为±1mm。预计此类产品将成为未来的发展趋势。

6 结语

近年来,随着计算机技术、自动化控制技术、高精度测微技术的进步,道路检测技术由人工检测向自动化检测技术发展,由破损类检测向无损检测技术发展,由低速度、低精度向高速度、高精度发展。

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