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高速激光弯沉仪在国省干线公路检测中的应用
发布日期:2017/2/13

高速激光弯沉仪在国省干线公路检测中的应用

侯君辉1,2 田士强2 单通2 王辉2

1.交通运输部公路科学研究所,北京,100088.

2.北京市路兴公路新技术有限公司,北京,100088

摘要:高速激光弯沉仪运用光电一体化集成技术解决了高速行驶状态下检测系统的瞬间状态数据捕获、多干扰因素的归并处理、高精度角度校准等关键技术,具备了最高时速100Km/h条件下检测路面弯沉的能力。其具有测量速度快、安全性好、检测效率高的特点,测量结果与传统测量方法相关性好,适用于高速公路及各等级公路路面弯沉检测。针对路况复杂的国省干线公路路面弯沉检测路段也能高效完成。

关键词:路面弯沉、国省干线、高速检测

1.引言

随着我国公路建设的飞速发展,已建成的公路里程不断增加,尤其是国省干道公路网大规模建设,给养护管理工作带来前所未有的考验。

其中,路面强度健康状况公路养护决策的重要依据。沥青路面在运营过程中,随着累计轴次的增加,其结构强度逐渐衰减,当强度衰减到一定程度时,就需要进行中修、大修、以恢复其使用性能。过早地进行大、中修会造成不必要的浪费,而如错过了大修的最佳时机,路面彻底破坏,又需要加大投入。准确地评价沥青路面的弯沉,对抓住大、中修的最佳时机和制定长期的养护计划,具有十分重要的意义。

由于路面弯沉(强度)检测装备(贝克曼梁、激光自动弯沉仪以及落锤式弯沉仪)一般检测速度只有3~5 km/h,全面、大规模的网级路面弯沉检测存在一定的技术困难。考虑到实际技术条件约束下的工程可行性,目前通常采用两年抽检及预测模型法完成强度参数的获取。低效率的路面强度检测,给正常的路面交通带来明显的负面干扰;预测模型法计算获得的结果,与实际检测结果存在一定的偏差,给养护决策的真实可靠性带来不利影响。

HD-T型高速激光弯沉仪是在总结国内外现有研究技术水平的基础上,结合我国高速公路和国、省干线公路的特点,由西部项目中心立项研发成功的一套高速移动式弯沉检测设备(最大测试速度100Km/h这套备的出现改变了我国目前路面弯沉检测效率较低的状态(45Km/h,同时也可以有效提高沥青路面性能评价的准确性。

2高速激光弯沉仪测试原理

高速激光弯沉仪运用光电一体化集成设计技术解决了高速行驶状态下检测系统的瞬间状态数据捕获、多干扰因素的归并处理、高精度角度校准等关键技术,具备了最高时速100Km/h条件下检测路面弯沉的能力。实物如图1所示。

 

1 高速激光弯沉仪

高速激光弯沉仪的测试原理是:测试车在高速行驶过程中,由于后轴荷载作用,路面会有一个向下变形的速度,并且向下变形的速度与荷载作用点的距离有关。系统通过激光多普勒效应来测试面在荷载作用下的垂直下沉速度,利用加速度和陀螺仪传感器记录多普勒激光传感器的振动情况和运动姿态,用于修正计算,并由相关的数学模型计算得到路面弯沉值。测试原理示意图如图2所示。

 





 2路面弯沉高速检测设备技术原理图

3、高速激光弯沉仪与传统检测方法相关性分析

目前,工程上广泛使用贝克曼梁测定弯沉,并作为路面弯沉检测和竣工和交工验收的标准方法。高速激光弯沉仪作为测定路面弯沉的专用装备,在同一条路上,路面结构,材料土基等条件相同环境下,分析研究二者相关关系。

按单点测值计算,高速激光弯沉仪与贝克曼梁的线性回归图和趋势对比图如图3所示。其相关关系方程为:

Y=1.2564x+0.2415

相关系数R为0.9356。

 

3 高速激光弯沉仪测值与贝克曼梁测值相关性与趋势比较(单点)

高速激光弯沉仪与落锤式弯沉仪同属于动态弯沉。从高速激光弯沉仪的记录数据中按照路面标记点的相应位置计算各试验点的测值,并与落锤弯沉仪测值一一对应,用数理统计的回归分析方法得到落锤式弯沉仪测值与高速激光弯沉仪测值之间的相关关系方程。

按单点测值计算,高速激光弯沉仪与落锤的线性回归图和趋势对比图如图5所示。其相关关系方程为:

Y=1.1451x+1.3979

相关系数R为0.9651。

 

4 高速激光弯沉仪测值与落锤弯沉相关性与趋势比较(单点)

4、高速激光弯沉仪在国省干道的应用

高速激光弯沉仪具有测量速度快、安全性好、检测效率高的特点,测量结果与传统测量方法相关性好,适用于各等级公路路面弯沉检测。针对路况复杂的国省干道路面弯沉检测路段也能高效完成。

4.1国省干线公路路面弯沉养护检测现状

目前,虽然《公路技术状况评定标准》中没有将弯沉检测指标列为强制检测指标,但路面弯沉仍然是路面大修养护设计的重要依据。其原因是路面弯沉值反映了路面整体刚度弱强,过大的塑性变形导致路面下沉变形、车辙。当路面在车辆荷载反复作用下不断地弯曲使变形积累、增大到某种程度时,路面结构产生了疲劳开裂。

《公路技术评定标准》规定采用抽样检测与评定的方法评定路面结构强度。不同地区的装备条件及检测能力有很大差异,全面、大规模的路面弯沉检测在同一最不利季节内实施也有一定的技术难度。

4.2高速激光弯沉仪的检测应用

高速激光弯沉仪(HD-T)为高效自动化检测装备,能够对路面进行长距离连续测试,测试速度最高可达100Km/h,系统可对路面弯沉数据进行高密度(5m10m20m等间距)采集。适用于各等级公路,不用封闭交通可实现快速检测。同时,具有记录检测道路景观信息功能,可以快速有效的复核路面弯沉检测数据的可靠性。如路面裂缝、坑槽及修补等病害对路面弯沉值的影响。

高速激光弯沉仪对国省干线公路可以全面大规模完成路面弯沉养护检测,不需要采用抽样检测与评定方法评定路面结构强度。比如,某国省干线公路养护里程为500公里。按照传统的方法,路面弯沉检测里程控制在养护里程的20%计算,需检测100公里,用时要3个工作日。而采用高速激光弯沉仪全面检测需不到1个工作日完成。高速激光弯沉仪改变了现有检测技术与装备速度慢、效率低的技术瓶颈,可实现在同一最不利季节内全面、大规模的路完成路面弯沉养护检测。

高速激光弯沉仪完成了河北省、湖南省、内蒙古自治区等普通干线公路大修路段路面弯沉现场检测项目,累计检测里程超过5000公里,行驶里程已超过20000公里。针对国省干线公路路况特点,总结出适用于高速激光弯沉仪检测国省干线公路路面弯沉的方法以及在检测中注意事项。

1)国省干线公路重载车流量大,交通秩序差,混合交通造成的交通临时应急情况多;同时,在山区国省干线公路上具有大量半径较小,视距不良的急弯路段;存在很多安全隐患,进行现场检测时,宜做好交通安全保证。

2)国省干线公路上存在着大量交通红绿灯路段和限行、限速等路段,应灵活适应交通条件,采取适宜的应对措施,完成检测任务。

3)因缺乏养护管理,国省干线公路号短链、断链情况时有发生,部分路段严重损毁,直接影响弯沉检测数据的有效性,宜继续采用路面损坏状况(PCI)与路面行驶质量(RQI)指标预测评价。

5、总结

高速激光弯沉仪解决了在同一最不利季节内完成国省干线公路路面弯沉检测的技术难题,有效的推进了国省干线公路的系统化、规范化、科学化养护管理工作。同时,高速激光弯沉仪能以正常车速行驶在道路上,不需要对道路进行封闭处理,可以在不影响正常交通状况的情况下完成全部的检测,大幅降低了承载车的使用强度,提高了道路资源的利用率,减少了因道路封闭对高速公路收费造成的经济损失,保障了公众的出行安全。

参考文献

[1]《中华人民共和国行业标准-公路路基路面现场测试规程》(JTG E60-2008.

[2] 李莉. 路面技术状况快速检测设备综述[ J]. 公路交通科技(应用技术版), 2009( 09 ):44-46

[3] 和松, 常成利. 路面弯沉测试技术[ J]. 公路, 2002( 7 ):96-100

[4] 陈显龙等,智能路面弯沉检测系统的设计与研究,《测绘通报》,2010.7.

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