路面水泥混凝土现浇层平整度实时检测技术调查分析与展望

2019-07-18 08:17:44王朝辉朱世超
天津建设科技 2019年3期
关键词:摊铺机平整度现浇

□文/韩 冰 傅 一 朱 颖 王朝辉 朱世超

国内路面水泥混凝土现浇层的平整度检测工作一般在施工完成且现浇层完全固化后进行,可选择的设备包括3 m直尺、连续式平整度仪、车载式激光平整度仪等。检测完成后,对平整度不满足要求的区域采取补抹水泥浆的方式进行局部修补;但这种修补方式会导致水泥混凝土现浇层局部强度不足,造成铺装层与水泥混凝土现浇层粘结不良,进而影响铺装层施工质量,若能研发一种在水泥混凝土现浇层施工过程中对平整度实时检测的设备,就可及时发现平整度缺陷并实施修补工作。

基于此,本文全面梳理路面平整度检测常用的设备及其技术要求,系统介绍国内外已开发的平整度实时检测或控制设备,为研发针对未硬化水泥混凝土现浇层的平整度实时检测设备提供思路。

1 路面平整度检测

1.1 常用设备

按照检测原理,道路平整度检测技术一般可分为断面类和反应类两种,不同设备采用的检测技术不同。见表1。

表1 硬化水泥路面平整度检测常用设备

1.2 检测指标及技术要求

全面调查相关规范中硬化水泥混凝土铺装平整度的检测指标及技术要求,为待开发平整度实时检测设备检测指标及技术要求的确定提供依据。

1.2.1 检测指标

平整度实时检测设备的检测指标应根据相关规范要求选取。

1)最大间隙。定义为路表面到3 m 直尺的距离。以行车道一侧车轮轮迹(距车道线0.8~1.0 m)作为连续测定的标准位置;连续测定10 尺时,判断每个测定值是否合格并计算合格率及最大间隙的平均值。

2)平整度标准差。牵引连续式平整度仪应保持匀速,宜为5 km/h、最大不超过12 km/h,按每10 cm 间距采集的位移值自动计算得到每100 m计算区间的不平整度标准差

式中:σi——各计算区间的平整度计算值,mm;

di——以100 m 为一个计算区间,每隔一定间距(自动采集为10 cm,人工采集距离为1.5 m)采集的路面凹凸偏差位移值,mm;

N——计算区间用于计算标准差的测试数据数量。

3)国际平整度指数。定义为标准模拟车在80 km/h速度条件下,车身悬架的总位移与行驶距离之比。工程应用中以100 m 为计算区间,用车载激光平整度仪的标准计算程序计算国际平整度指数。

4)单向颠簸累积值。一般由颠簸累积仪直接测试输出,输出后要按照相关性标定试验得到的关系式,以100 m为计算区间换算成国际平整度指数。

1.2.2 技术要求

JTGF 80/1—2017《公路工程质量检验评定标准》中对平整度检测指标技术要求见表2。

1.3 自动化检测要求

梳理相关规范有关平整度自动化检测规定,见表3[1~4]。

表2 水泥混凝土铺装平整度技术要求

表3 平整度自动化检测要求

2 未硬化水泥混凝土路面平整度实时检测技术

由于一直以来对施工质量的重视,美国早在20世纪初就开展了针对未硬化水泥混凝土路面的平整度实时检测研究并完成了成果转化,对其成果进行研究将有助于开发适合国内市场的平整度实时检测设备。

2.1 国外平整度实时检测技术

2.1.1 提高硅酸盐水泥混凝土路面平整度质量

2002—2004 年间,美国得克萨斯大学阿灵顿分校与得州交通部和联邦公路管理局联合开展了“提高硅酸盐水泥混凝土路面平整度质量”项目。该项目立足于水泥路面硬化后修补措施对路面造成的永久性损害,提出了一种在水泥路面硬化前对其平整度进行检测并及时修正的设备,名为滑行式轮廓检测仪(Sliding Profiler)[5],见图1。

图1 滑行式轮廓检测仪

滑行式轮廓检测仪是一种接触式平整度检测设备,主要设计思路:将装有陀螺仪传感器、电源、数据采集板、嵌入式微型计算机以及无线通信设备的装配箱安装在承板上,承板安装在混凝土摊铺机后方并放置于混凝土路面之上,跟随摊铺机向前滑行,承板光滑的底面不会对未硬化的水泥路面造成破坏。

在前进过程中,装配箱内的传感器可以测量出铺装层的凹凸状况并输出数据。此外,一个配备距离编码器的车轮也一并随着摊铺机向前运动,以传输里程信息、定位病害坐标。

2.1.2 Ames RTP

美国Ames 开发了一种水泥路面平整度实时检测设备,名为Real Time Profiler。该设备利用非接触式检测原理,在混凝土整平机后方桁架上安装激光传感器,通过激光传感器测量整平压实的水泥混凝土表面到桁架间的高差并将数据发送到数据采集设备,以便在计算机端口实时输出水泥路面表面轮廓和路面平整度数据。

该设备能以0~80 英尺/min(0~0.4 m/s)的速度对平整度进行测量,激光位移传感器射程为5英寸(约为127 mm),分辨率为0.001 英寸(约为0.025 mm),垂直距离传感器分辨率为0.002 英寸(约为0.05 mm)。见图2。

图2 Ames RTP设备

2.1.3 GSI

Gomaco 公司开发了Gomaco Smoothness Indicator设备。该设备也属于非接触式检测设备,安装方法和测量原理与RTP类似,主要不同在于其采用的传感器为声学传感器[6]。见图3。

2.1.4 总结

1)未硬化水泥路面平整度检测方式可以分为接触式检测和非接触式检测。

2)检测设备应包括电源、传感器、位移编码器、数据采集模块、微型计算机或数据处理模块、无线网络传输设备以及显示器。

3)无线网络传输设备的主要用途是实现即时通讯,以便在显示器实时显示被检测断面的轮廓图以及路面平整度相关信息。

4)检测设备应有配套安装支架,方便现场安装。

2.2 国内平整度控制技术

国内对平整度实时检测技术的研究并不多见,仅有唐山星斗路桥机械有限公司开发的激光桁架摊铺机属于平整度控制领域,其设计思路主要借鉴了农业激光平地系统。农业激光平地系统主要由激光发射器、激光接收器、控制器和液压工作站组成,其工作原理:激光发射器发出一定直径的基准圆平面,装在刮土铲支撑杆上的接收器采集到的信号经控制器处理后传递给控制液压执行机构,液压机构按要求控制刮土铲上下动作,完成土地平整作业。见图4。

图4 农业激光平地系统

与此类似,唐山星斗激光桁架摊铺机配备有红外线标高控制系统,该系统由基站发射机器、标高测量仪、整平机接收器组成,可根据预先输入的数据自动控制摊铺机两侧液压油缸,从而实现现浇混凝土层标高与坡面的精准控制[7~9]。此外,唐山星斗激光桁架摊铺机自带轨道,能保证摊铺过程不受防护栏平整度影响,提升现浇混凝土层的平整度。见图5。

图5 唐山星斗激光桁架摊铺机

3 结论与展望

目前国内对水泥混凝土现浇层的平整度控制技术已有所研究,而对平整度实时检测技术的重视程度远远不够。水泥混凝土现浇层的平整度对桥面铺装质量的影响不可忽视,因此可以在借鉴国外研究经验的基础上,结合国内实际情况,将高精度平整度实时检测装置与无人机有机结合,以实现对未硬化水泥混凝土的无扰动检测,在施工过程中及时发现并解决问题,把控桥面水泥混凝土现浇层品质,为桥面铺装路用性能的发挥奠定基础。

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