第十二章路面使用品质及路况评定

第十二章路面使用品质及路况评定§17-1路面功能及其评价§17-2路面结构承载能力的评定§17-3路面结构损坏状况评定§17-4路面行驶质量§17-5路面抗滑性能基本内容§17-1路面功能及其评价一、概念路面使用性能――路面状况满足行驶要求的程度。路面性能一般包括路面破损、平整度、强度和抗滑性能指标。路面使用性能包括功能、结构和安全三方面。功能方面－－反映路面为用户提供舒适、快捷通行的保障程度，其中最主要的是行驶舒适性或行驶质量。安全方面－－主要指路面表面的抗滑能力。结构方面－－指路面的物理状况，包括路面损坏状况和承载能力。•功能和安全方面的使用性能为道路用户所最关心，而道路的管理部门往往更关注结构方面的使用性能。•路面使用性能的三个方面既有区别又有一定的内在联系，但至今尚未能找到它们之间的可靠相关关系，尚难以用—个综合的定义来表征，只能分别采用不同的定义和评价方法。§17-2路面结构承载能力的评定路面结构承载能力－－路面在达到预定的损坏状况之前还能承受的行车荷载作用次数，或还能使用的年数表征指标为弯沉值，反映路面整体强度或各层模量。路面结构承载能力的评定方法可分为破坏和无破坏两类。1．破坏类评定法路面结构承载能力的破坏类评定，是从路面各结构层内钻取试样，通过室内试验，确定各项计算参数，估算出结构承载能力。由于不可能在路面上大量取样，所得参数反映的路面情况有一定的局限性。2．无破坏类评定法无破坏类评定，一般通过路表弯沉测定来估其路面结构承载能力。一、弯沉测定弯沉:一般是指路基或路面表面在规定标准车的荷载作用下轮隙位置产生的总垂直变形值(总弯沉)或垂直回弹变形值(回弹弯沉)，以0.01mm为单位。测定系统有：1)贝克曼梁弯沉仪（静态、路表最大弯沉值）2)自动弯沉仪（静态、路表最大弯沉值）3)稳态动弯沉仪（动态、最大弯沉及弯沉盆）4)脉冲弯沉仪（动态、最大弯沉及弯沉盆）（一）静态弯沉测定1、贝克曼梁：特点:仪具结构及操作简单，技术要求低，价格低廉，测试数据为静态弯沉；缺点:测试准确程度受人为影响大，工作效率低。贝克曼梁弯沉仪适合于低等级公路的施工、日常养护及旧路评价的检测，也可用于高等级公路的施工质量控制。2、自动弯沉仪英法等国在计算机和电子技术发展的基础上于20世纪70～80年代研制出了自动弯沉仪。自动弯沉仪以位移传感器自动测试弯沉信号，通过工业微机设置程序控制测量机构自动运作,减轻了操作人员的劳动强度。这类设备属于行驶采样、静态弯沉类。自动弯沉仪的基本测试原理是模仿贝克曼梁的工作方式，只是采用位移传感器替换百分表进行自动测量，同时改变了前后测臂的长度比例，通过标定程序将所测弯沉值直接自动记录下来。自动弯沉仪分2大类:(1)从车轮后方插入测试梁，所测结果同贝克曼梁的回弹弯沉基本一样；(2)测试梁从车轮前方插入，所测结果为总弯沉，与回弹弯沉有一定区别。（二）动态弯沉测定1、落锤弯沉仪（脉冲弯沉仪）（FWD）工作原理：由一定重量的落锤自由下落从而产生相应的当量荷载，这种加载方式所产生的弯沉与行驶车辆对地面的作用非常相似，能够得到动态弯沉及弯沉盆数据。落锤弯沉仪分为2种类型:牵引式：由牵引车拖挂落锤弯沉仪进行工作；内置式：测试装置整体安装在车辆内部完成测试工作。落锤弯沉仪一般由牵引车、荷载发生装置、弯沉检测装置和运算控制系统组成。2、稳态动力弯沉仪稳态动力弯沉仪：利用动荷发生器对路面施加周期性载荷，由分布于路面的一组传感器采集弯沉盆信息。此类弯沉仪的主要优点是:克服了静力弯沉仪的缺陷，应用了惯性参考点，测试精度、速度都有较大的提高。缺点:(1)与施加的动荷相比，静力预载较大。由于大多数路面材料具有应力敏感性，因此，该静力预载在试验开始前就已经影响了路面材料的应力状态；(2)施加的动荷较小，不能反映实际行车轮载的作用。(三)弯沉测试影响因素(1)环境影响因素测试现场的温度、湿度、季节及地质状况均会对弯沉测值大小产生影响。通常情况下路面温度越高则实测弯沉值越偏大，这可以通过规程中路面弯沉温度修正曲线的斜率均为负值体现出来（K3）。实测弯沉值还应该依照《公路沥青路面设计规范》所推荐的系数表进行季节影响系数K1和湿度影响系数K2的修正。(2)人为影响因素在进行弯沉测试时，有些情况下人为影响作用较大。为此，现场测试人员必须经过严格的操作技术培训，测试过程中认真按照规范要求工作。(3)设备影响因素弯沉检测所使用的设备情况对测试数据有直接影响。首先设备各部分技术条件必须满足试验规程的要求，机械部件运转良好，电控系统工作正常；其次每台设备在检测前应该经过严格的例行标定；最后操作人员必须认真按照仪器的操作程序进行工作。以上这些环节都是保证测得准确弯沉数据的条件。此外，对于自动化检测设备还应该注意在标定和现场测试时的外界电磁波的干扰问题，大部分设备虽然尽可能采取了屏蔽防护措施，但在某些特殊条件下干扰信号依然会影响测试的数据。因此，在强磁场、高压电线或无线电波发射站等干扰源附近进行现场测试时应注意观察数据的异常变化。(四)数据处理如前所述，各种条件下测出的弯沉值受多种因素影响，在设计或评价使用前就需要做相应的修正。对于沥青路面弯沉的温度修正系数K3可以按照《公路路基路面现场测试规程》(JTJ059-95)规定的方法计算；但对于我国目前大部分高速公路为高填路堤及采用较好质量的路基路面材料的情况，季节和湿度对强度的影响作用如何评价有待重新认识，在应用现设计规范中季节影响系数K1和湿度影响系数K2时应根据实际情况考虑。因此各种设备测出的原始弯沉值应进行相应的系数修正，然后针对检测路段计算相应的代表弯沉值进行弯沉评价。现场测试的弯沉值除进行上述系数修正处理外，当用不同类型设备时按我国规范规定还应与贝克曼梁弯沉仪作相关关系对比试验。•代表弯沉值计算32100)(KKKll各测点弯沉平均值；各测点弯沉值标准差；保证率系数；季节影响系数；湿度影响系数；稳定影响系数；3210KKKl二、结构承载能力评价目的为确定路面的剩余寿命。主要作为路面结构完好程度及其损坏发展速度，确定其改建措施，作为加铺层（补强）设计的依据。结构承载能力以弯沉表征，以路段的代表弯沉表示。路面设计中采用设计弯沉值，设计弯沉值代表路面结构无损伤时的状态。容许弯沉是路面结构达到某一破坏状态时的弯沉，对于破坏状态的定义不同，弯沉的邻界值不同。我国以路面结构出现龟裂为标准，容许弯沉为设计弯沉的1.2倍。利用设计弯沉与标准轴载累计作用次数有关，利用代表弯沉等于1.2倍设计弯沉，可以确定路面结构承受了的标准轴载累计作用次数，于设计时的标准轴载累计作用次数比较可得路面的剩余寿命。•根据动态弯沉盆数据，可计算得到路面各结构层弹性模量。•沥青路面采用强度系数作为评价指标：SSI＝路面容许弯沉/路面代表弯沉§17-3路面结构损坏状况评定路面损坏形态和特征是多种多样的。引起损坏的原因是多方面的，主要为：1、行车荷载――超载、重复荷载和水平荷载等2、环境因素――温度、温度变化、湿度变化、冰冻作用等3、施工因素――施工水平、施工技术、施工机械、作业方式4、材料因素――原材料性质、混合料的组成等表征破损的参数为：类型、严重程度、范围（大小）等。一、损坏类型1.裂缝或断裂类－－路面结构的整体性因裂缝或断裂而受到损坏。2.永久变形类－－路面结构虽仍保持整体性，但形状在各种因素的作用下产生较大的变形。3.表面损坏类－－路表出现的局部缺陷，如材料的散失或磨损等。4.接缝损坏类－－同水泥混凝土路面接缝（纵缝或横缝）有关的损坏，如填封材料的失效或丧失，接缝附近局部宽度和深度范围内的混凝土碎裂等。二、损坏分级目的：为区分同一种损坏对路面使用性能的不同影响程度。一般分为2~3个等级。对于裂缝或断裂类损坏，主要考虑对结构整体性影响的程度；对变形类损坏，主要考虑对行车舒适性的影响程度；表面类损坏一般不分级；一般通过现场调查目测确定。三、损坏评价采用扣分法：其要点为损坏类形定义、严重程度的分级以及扣分值的确定。评价模型的建立方法同样采用主观客观相结合方法。路面状况指数PCI主观评分方法：人员组成：主要为公路部门的管理、设计、施工和养护人员评分路段选择：单一破损类形和两种或两种以上的破损路段并且要求具有不同损坏严重程度和范围的两部分路段。评分结果整理：确定各种损坏类形、严重程度和范围的扣分值。然后，确定修正值，适应多种破损路段的评价。扣分值确定方法为以单一损坏路段的损坏类形和严重程度的评分数整理单一损坏类形的扣分值。修正值确定方法为：1、以多种破损路段的评分结果与按单项扣分值累计而得到的总扣分值的关系（回归）确定。（以扣分次数进行）2、分层加权累加方法，即进行每一种损坏类形加权累加不同严重程度的扣分值，然后再加权累加不同损坏类形的扣分值得到总扣分值。路面平整度－路面表面诱使行驶车辆出现振动的高程变化。平整度对路面及行车质量的影响：1、对舒适性影响2、对车速影响3、对经济性影响4、对道路养护标准的影响§17-4路面行驶质量路面行驶质量（或行驶舒适性）影响因素：（1）路面表面的平整度特性；（2）车辆悬挂系统的振动特性；（3）人对振动的反应或接受能力从路面状况方面考虑，影响路面行驶质量的主要因素是路面平整度。是使用者考虑的行驶舒适性，即从使用者角度反映道路的功能。一、平整度测定方法（一）断面类平整度测定断面类平整度测定－－直接沿行驶车辆的轮迹量测路面表面的高程，得到路表纵断面，通过数学分析后采用综合统计量作为其平整度指标。1.水准测量－－应用水准仪和水准尺测量路面轮迹处路表高程，得到精确的路表纵断面。由世界银行开发。优点：方法简单、易于实施、结果比较稳定、人为因素区域因素影响小。缺点：费工、测量速度慢。适用范围：测量路段较少的情况，可作为反应类平整度测量时标定路段。2.梁式断面仪特点:调整两端支架的高度，使横梁水平。原理:在3m测定范围内，直径为250mm的跟随轮沿梁长在路表面上滚动，测量跟随轮相对梁的竖向位移，分辨率为1mm，取值间距为100mm。优点：可测量出精确的纵断面数据，测定速度较水准测量快，所费劳力也较省。缺点：同水准测量。3.惯性断面仪原理：在车上安装竖向加速度，并对该加速度计输出的加速度信号进行积分处理。一次积分输出速度信号、二次积分输出位移信号，这样就量化了车体受路面平整度影响产生的位移。车身与路表的之间的竖向距离可采用在车上安装跟随轮，利用线性电位计量测得到；或者取消跟随轮，采用非接触式断面仪，利用激光，超声、红外线等传感器量测车身同路面表面的距离。将两个位移进行迭加，得到路表的纵断面。接触式：轮的跳动，影响测量精度，速度为小于65km/h。适宜于路面平整度较好路段。(GMR)非接触式：解决了接触式的缺点。速度为20～120km/h。（TRRL）4.纵断面分析仪原理：通过量测车轮支承臂相对于水平惯性摆的角位移，计算得到轮沿路表纵断面。测定速度为15~140km/h。优点：直接得到轮迹带路表的实际断面缺点：速度慢（水准测量、梁式断面仪）或操作和维修技术要求高，购置费用较高。（二）反应类平整度测定反应类平整度测定系统:在车上安装由一传感器和显示器组成的仪器，可以传感和积累车辆以一定速度驶经不平整路面时悬挂系的竖向位移量。40年代美国公路局的BPR。英国生产的颠簸累积仪BI。优点：价格低廉，操作简便，可用于大范围的路面平整度快速测定。缺点：1、时间稳定性差――由于车辆振动特性会随时间和其它因素而变化，同一台仪器在不同时期测定的结果不一致。2、转换性差――一个部门测定的结果很少能为其它部门所复制，因而，不同部门的测定结果难以进行对比。3、不能给出路面表面的真实断面，因而无法利用测定结果考察和分析影响路况的路表特性。二、国际平整度指数平整度测定的方法和仪器很多，相应采用的指标也各不相同。（一）平均调整坡反应类平整度仪测定结果以单位长度内的间隙累积值（BI）表示，单位为计数/公里。将计数以竖向位移量表示则为m/km。这个单位类同于坡度的单位，称为平均调整坡（ARS）。（二）国际平整度指数（IRI）定义：标准车身悬架的总位