路基路面平整度测试及技术原理

王伟

摘要：本文系统介绍了路面平整度概念、意义及检测相关理论，并重点就不同路面平整度检测设备、路面平整度指标与路面波波长之间的关系进行了分析。从平整度检测的目的出发，指出国际平整度指数IRI能最大程度的模拟行车过程中的人体舒适性，应作为首选的路面平整度指标。

关键字：平整度、平整度意义、测试方法、测试原理、国际平整度指数

Abstract: this paper introduces the concept, significance and the road surface flatness detection the related theory, and the key is different road surface flatness detection equipment, road surface roughness index and the road bobo long the relationship between the analysis. The purpose of testing from flatness, and points out that the international roughness index IRI driving to the maximum extent in the process of the simulation of human comfort, should be the first road roughness index.

Key word: flatness, flatness significance, test methods, test principle, international roughness index

1定义

路面平整度（Road Surface Roughness）指的是路表面纵向的凹凸量的偏差值。

路面平整度是路面评价及路面施工验收中的一个重要指标，主要反映的是路面纵断面剖面曲线的平整性。当路面纵断面剖面曲线相对平滑时，则表示路面相对平整，或平整度相对好，反之则表示平整度相对差。好的路面则要求路面平整度也要好。

2路面平整度检测设备

路面平整度检测设备主要包括断面类和响应类两大类。断面类路面平整度检测设备是采用机械、光学等手段直接获取路面纵断面曲线，这类平整度检测设备的代表有澳大利亚ARRB断面仪和我国自行研制的达普勒斯手推式断面仪（DAPRES）、厉普勒斯平整度仪（LIPRES）等。由于断面类路面平整度检测设备是直接获取路面纵断面曲线，因此断面类路面平整度检测设备检测值具有时间稳定性。响应类路面平整度检测设备则无法直接获取路面纵断面曲线，又称间接式平整度仪。该类设备一般通过量测装载车的响应量如竖向位移、垂直加速度等间接反映路面平整度。这类平整度检测设备的代表有交通部公路科学研究所引进的车载机械式颠簸累积仪和我国自行研制的巴普勒斯车载式颠簸累积仪（BIPRES）、瑞普勒斯电子式颠簸累积仪（RAPRES）等。响应类路面平整度检测设备的检测值会受装载车性能影响，不具有时间稳定性。除此以外，还有一类路面平整度检测设备，如连续式平整度仪、3米直尺等。这类路面平整度检测设备无法直接获得路面纵断面曲线形状，而是通过量测路面纵断面曲线的某些几何特征量如路表面曲线的最大偏差来表征路面平整度状况，因而与路面纵断面曲线直接相关，且具有时间稳定性。断面类和其它类平整度仪合称直接式路面平整度仪。

断面类路面平整度检测设备可直接获取路面纵断面曲线形状，以作为进一步分析路面平整度的基础，但断面类路面平整度检测设备仪器结构复杂，价格昂贵。响应类路面平整度检测设备仪器结构一般较简单，价格低廉，但无法直接获取路面纵断面曲线形状，其检测值不具有时间稳定性，且需经常进行标定。不同类型路面平整度检测设备其检测速度、检测结果精度、检测原理上均有较大差别，见表1。在实际应用中，可根据应用目的选择合适类型的路面平整度检测设备。

3平整度测量原理

3.1断面式平整仪

断面式平整度仪，利用机械原理通过测量轮等设备，直接测量路面的纵剖面。精密水平测量法与倾斜度测量法是此类仪器的基本原理。精密水平测量法就是高度直接测量，每隔0.3米放一个测站，测量高度变化，精度范围需在0.5米以内。倾斜度测量仪构造为一长度固定的横杆，横杆中间有一垂直于横杆的倾斜杆，测量时将横杆置于路面，以倾斜杆的倾斜角度及水平基长计算横杆头尾的高度。断面式平整度仪有水平仪测量仪、梁式断面仪、高低平整仪、行走式平整度仪等各种形式。断面式平整度仪的特点是重量较轻、自动化程度较低。

3.2反应式平整仪

反应类平整度测定系统，是在车上安装由一个感应器与一个显示器组成的仪器，可以感应与累积车辆以一定速度经过不平整路面时悬吊系统的竖向位移量。仪器得到的测定值，通常是一个计量数值，每计算一个数值相对于一定的悬吊系统位移量。

反应类平整度仪测定系统的优点是价格低廉，操作简便，可用于大范围的路面平整度状况测定。然而，由于这类测定系统是对路面平整度的一个间接度量，其测定结果同测试车辆的动态反应状况有关，亦即测定结果随测试车辆机械系统的震动特性与车辆行驶的速度而变化。因而，它有这样的缺点：(1)时间稳定性差。由于车辆振动特性随时间与其它因素而变化，同一台仪器在不同时期测定的结果不一致；(2)转换性差一个单位所测定的结果很少为其它单位所利用，因此，不同单位的测定结果难以进行比较；(3)无法显示路面表面的真实断面，因而无法利用测定结果考察与分析影响路况的路面表面特性。

为了克服反应类平整度测定的上述第一项缺点，须经常对平整度仪进行校正。校正的方法是选择若干平整度已知的校正路段，建立反应类仪器在校正路段上的测定结果同该路段已知参照平整度之间的回归关系(即校正曲线)。建立这类反应类仪器在标定校正路段的测定结果，通常采用断面类平整度测定方法进行测定。利用此校正曲线就可以对反应类仪器在不同时期测定的结果进行转换。这种校正方法的关键，是要能精确的测定校正路段的纵剖面，以确定其参考平整度；并且需要一项单一的平整度指标来代表校正路段的纵剖面特性，以便于与反应类平整度仪的测定结果建立校正曲线。为克服第二项缺点，还需要寻找一个通用的平整度指标，以便把不同仪器或不同单位测定的结果统一转换成这种通用指标表示的平整度值，使它们能够进行比较。

3.3惯性式平整度仪

惯性式平整度仪是以惯性原理加装非接触式的精密光学测距仪器，直接针对路面轮廓进行测量。这类平整度仪必需具备四大构件，第一为测量车体与道路表面间距离的装置，一般通过超声波或激光来测量相对高度，激光比超声波昂贵但更为准确超声波对于潮湿路面的测量容易产生误差，撷取的间距须较大，重现性不如激光另外超声波较易受温度及路面表面纹理的影响。第二为精密的里程表，用以测量水平距离。第三为电脑系统，用以实时计算或换算出各类指标。第四为惯性参考仪器，一般为加速度计，用以测量车体行进中的垂直加速度，加速仪的讯号为一电压值，经仪器的转换公式计算得加速度值，将加速度做两次积分，可得到垂直位移量，车体与道路表面的距离经这个位移量的校正后，可得到精确的道路轮廓。在检测效果上，此类仪器适合搜集大量的路面平整度数据而运用路面网络管理系统，大大改善了断面式平整度检测仪的缺点，但保持其测量原理上的优点，在测量原理上，是对路面实际轮廓进行测量，改善了反应式平整度检测系统的弊病，准确性明显较反应式平整度检测仪器高，但保持其快速检测的优点。因此，即使这类仪器较为昂贵，但仍有逐渐成为主流的趋势。

4路面平整度指标

路面平整度指标可分为断面类、响应类与其它类等。断面类路面平整度指标主要是国际平整度指数IRI，响应类路面平整度指标包括颠簸累计值VBI、竖向加速度RMSVA等，其它类路面平整度指标包括3米直尺值Δ、平整度标准差σ等。

从世界范围来看，国际上普遍采用世界银行1982年巴西对比试验建立的国际平整度指数（International Roughness Index，简称IRI）作为路面平整度指标。所谓国际平整度指数，是指采用具有特定悬挂系统参数的四分之一车模型，模拟车辆在路面纵断面行驶过程，并以车身相对于后轴之间的累计相对位移的大小表征路面平整度状况。国际平整度指数从本质上来说是一响应类路面平整度指标，但由于模型车的悬挂系统参数为一定常数，因而其计算结果与路面纵断面曲线直接相关，且具有时间稳定性。此外，国际平整度指数与路段行驶舒适性直接相关，因而在世界范围内被广泛采用。

5路面波波长与平整度检测设备

研究表明，人体对路面波波长的敏感范围在30米以内，长于30米的路面波对行车过程中人体舒适性无太大影响。为有效反映行车过程中人体舒适性，路面平整度检测设备必须能有效检测出30米内路面波。

从检测原理来看，3米直尺、连续式平整度仪只能够检测出某一路面纵断面曲线与其两端连线的最大高差值。3米直尺直接以其高差值作为检测路段的路面平整度指标，连续式平整度仪的路面平整度检测指标是若干连续路段最大高差值的标准差。从检测结果来看，上述两种路面平整度检测设备无法直接还原出路面纵断面曲线形状。这两种平整度仪的连续采样间隔均为3米，故只能检测出波长小于1.5米的路面波。

国际平整度指数IRI直接将路面纵断面曲线输入模型，利用滤波滤除路面纵断面曲线中的长波长因素，并计算中、短波长路面波激励下的模型车悬挂系统竖向位移值。国际平整度指数IRI能反映50米以内路面波对行驶舒适性的影响，因此国际平整度指数IRI最适宜用于衡量路面平整度状况。任意满足一定最大采样间隔要求的断面类路面平整度检测设备其检测值均可用于计算路面国际平整度指数IRI。

6发展趋势

从发展趋势来看，采用快速、高精度路面平整度检测设备，对路面平整度状况进行全面、定期检测，以作为路面养护质量评价和路面养护对策制定的依据，是我国路面养护管理与路面平整度检测的发展方向。国际平整度指标将逐步取代平整度标准差σ、颠簸累计值VBI等。在路面施工阶段，手推式断面仪因其检测精度高，且检测速度满足路面施工阶段要求，将逐步取代3米直尺而得到大范围的应用。在路面养护管理阶段的路面平整度检测中，激光断面仪因其检测精度较高，检测速度快将逐步推广。

参考文献

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。