基于推行式断面仪评价南沙大桥钢桥面沥青铺装平整度研究

黄乔森, 申爱琴

(长安大学, 陕西 西安 710064)

沥青路面平整度是沥青路面施工质量控制及服务水平评价的关键指标之一。沥青路面平整度不好，不仅降低行车速度，影响行车舒适性，还增加汽车燃耗和轮胎磨损，甚至会危及行车安全；同时车辆对路面的冲击力增大会加剧道路的破坏，增加后期的养护维修费用，所以路面平整度成为衡量高等级道路性能的一项重要指标。沥青路面的平整度检测与评价方法得到了国内外学者和专家的广泛研究。

平整度检测分为断面类、反应类两大类。断面类主要有3 m 直尺、连续式平整度仪和激光路面平整度测定仪，通过测高层得到平整度值；反应类最常用车载式颠簸累积仪，主要通过车辆颠覆情况得到平整度值。每种方法有其优缺点，3 m 直尺测试方法操作简单，但效率低，不常用；连续式平整度仪法连续测量，工作效率高，不适合测试破坏严重的路面及平整度较差的路面；激光路面平整度测定仪检测速度快、计算准确、稳定性好，但是成本较高；车载式颠簸累积仪，价格低廉、操作简单，但检测结果不能直接评价，需要换算成国际平整度指数。该文基于操作简单考虑，同时兼顾准确评价沥青铺装的平整度，采用推行式断面仪对钢桥面板及沥青铺装进行测试与评价，并验证该设备的适用性，以便为推进钢桥面铺装平整度检测与评价技术提供参考。

1 工程概况

南沙大桥是连接广州和东莞的重要东西向通道，路线起于广州市南沙区东涌镇，经广州市南沙区、番禺区，并先后跨越大沙水道、海鸥岛、坭洲水道后，穿越虎门港进入东莞市沙田镇。路线全长12.891 km，含两座大跨径悬索桥，分别是：坭洲水道桥双塔双跨悬索桥，跨径布置为(658+1 688+522) m(钢箱梁长度为548 m+1 688 m)、大沙水道桥双塔单跨悬索桥，跨径布置为(360+1 200+480) m(钢箱梁长度为1 200 m)。钢箱梁桥面板的坡度达到2%，纵横交接的钢板通过焊接而成，其上采用沥青铺装结构，铺装结构为：下面层3 cm日本环氧沥青混凝土EA10(细级配)+上面层3.5 cm日本环氧沥青混凝土EA10(粗级配)。

2 推行式断面仪测试原理及评价指标

2.1 测试原理

推行式断面仪是澳大利亚ARRB公司设计的模拟真实步行速度的手推式断面仪，通过安装在滚动平台上的三轴加速度计对纵断面的相对高程及平整度进行测量，其中平整度测试出的结果为国际平整度指数IRI。IRI是国际上公认的评价路面平整度的指标，它是采用四分之一车模型来模拟实际车辆在80 km/h的标准速度行驶时车辆弹簧体系与后轴的积累相对竖直位移与行驶距离的比值。

2.2 IRI评价指标

中国通常采用连续平整度仪法测试路面的平整度，以标准差σ作为评价指标，也采用激光平整度仪测试，以IRI作为评价指标。世界银行、纳米比亚、密西根大学等相关报告(表1)中对不同路面状况的平整度值给出规定，世界银行对不同道面平整度的范围进行统计；纳米比亚对优良、差路面的平整度范围有明确规定；密西根大学对不同服务质量的路面平整度范围进行了进一步的划分。由于钢板凹凸不平的现状，对桥面沥青铺装的平整度没有明确的规定。

表1 不同国家地区的研究报告

3 钢桥面板及沥青铺装平整度检测与分析

推行式断面仪行进速度保持为3～4 km/h，以保证测试的稳定性与精确性。对铺装前桥面板及铺装后沥青铺装的横断面、纵断面进行测试；纵向每隔100 m测试1个横断面，连续测试7个横断面，每个横断面测试17 m，每1 m输出1个IRI值；横向距中分线5 m左右各测1个断面，共测试2个纵断面，纵断面测试长度为950 m，每1 m输出1个结果。

3.1 横断面

3.1.1 钢桥面板平整度测试与分析

测试过程需连续进行，钢桥面板的IRI测试结果如图1所示，对每个横断面的测试结果进行统计分析，如表2所示。

由图1可知，7个横断面平整度变化趋势基本一致，IRI最大值出现在10 m左右，平整性最差，变异系数比较大，IRI最大处基本出现在焊接缝位置附近，这与钢桥面板的实际情况相符合。从表2可看出:IRI平均值为2～3 m/km，IRI平均值大于3 m/km的大约为30%，7个截面的IRI值分布概率表现出不同的特征，这与桥面板的实际表面状况有关。研究结果可为施工中调节摊铺机熨平板提供依据。

图1 钢桥面板横断面IRI测试结果

3.1.2 沥青铺装平整度测试与分析

与钢桥面板测试位置相同，沥青铺装的平整度测试结果如图2所示，对每个横断面的测试结果进行统计分析，如表3所示。

表2 钢桥面板横断面IRI测试结果

图2 沥青铺装横断面IRI测试结果

从图2、表3可知：IRI平均值为1 m/km左右，相对钢桥面板平整度提高了50%，IRI平均值为0～2 m/km大约占75%；个别平整度较差，可能是钢桥面板存在焊缝或者摊铺机压实不够造成的； 7个断面分布规律大致相同。按照世界银行报告与纳米比亚报告的指标，沥青铺装层整体处在一个比较良好的状态。

3.1.3 铺装前后平整度对比分析与评价

对铺装前钢桥面板与铺装后沥青铺装的IRI进行统计分析，结果如图3所示。

表3 沥青铺装横断面IRI测试结果分析

图3 铺装前后横断面IRI测试对比

由图3可得：沥青铺装的IRI为0～1 m/km区域比钢桥面板多了近2倍，沥青铺装的IRI为1～2 m/km区域是钢桥面板1.5倍左右，沥青铺装大大提高了横断面的平整度。

3.2 纵断面

3.2.1 钢桥面板平整度测试与分析

对钢桥面全长进行检测，钢桥面板的平整度测试结果见表4，分析结果如图4所示。

从表4可得，两个断面平整度大小不一致，IRI最大处基本出现在横向焊接缝位置附近，IRI平均值为2 m/km左右，焊接缝位置凹陷较大；变异系数相对较小，这与纵向良好的平整度有关，还可能与测试数据较多有关；从图4可看出，IRI平均值为0～2 m/km区域大约占50%，IRI平均值为0～3 m/km区域大约占80%。

表4 钢桥面板纵断面IRI测试结果

图4 钢桥面板各断面IRI概率分布图

3.2.2 沥青铺装平整度测试与分析

与钢桥面板相同的测试位置，每1 m测试一个结果，沥青铺装平整度测试结果如表5所示，各IRI测试分布如图5所示。

表5 沥青铺装纵断面IRI测试结果

图5 沥青铺装各断面IRI概率分布图

由表5可知，IRI平均值为1 m/km左右，变异系数不足0.1，两个断面平整度大小不一致，IRI最大处基本出现在焊接缝位置附近；从图5可得，IRI平均值为0～1 m/km区域大约占50%，IRI平均值为0～2 m/km区域大约占90%；整体平整度较为优良。

3.2.3 铺装前后平整度对比分析与评价

对比分析铺装前后的IRI分布规律，结果如图6所示。

图6 铺装前后纵断面IRI测试对比

由图6可得，沥青铺装的IRI为0～1 m/km区域是钢桥面板4倍多，沥青铺装的IRI为1～2 m/km区域与钢桥面板基本一样，沥青铺装的IRI范围基本都在0～2 m/km，沥青铺装改善了纵断面的平整度。

4 IRI与σ的相关性分析

为了验证推行式断面仪对于评价铺装的适宜性，与连续平整度仪测试的结果进行对比分析，测试在沥青铺装同一纵断面上，设置相同的输出频率，对连续48个点的测试结果进行对比分析，测试结果如表6所示，并对测试结果进行相关性分析，结果如图7所示。

表6 IRI与σ测试结果

图7 IRI 与σ相关性分析

从图7可看出：国际平整度指数IRI与σ呈线性相关关系，且满足σ=0.575 6IRI+0.078，相关系数R2达到0.992，相关性较好，标准误差只有0.2，验证了采用推行式断面仪测试的可行性，测试结果准确，测试过程简单，可以推广应用于评价沥青铺装的平整度。

5 结论

基于推行式断面测试并对比评价南沙大桥钢桥面板与沥青铺装的平整度，得到以下主要结论：

(1) 钢桥面板由于纵横接缝的存在，桥面板的平整性较差，可以通过铺装提高整体的平整度。

(2) 环氧沥青铺装整体平整度较为优异。

(3) 基于推行式断面仪测试的国际平整度指数IRI与连续平整度仪测试的σ的关系满足σ=0.575 6IRI+0.078，相关系数R2达到0.992。

(4) 推行式断面仪测试的结果准确、可靠，操作简单，高效，可以推广应用。