路面使用品質(zhì)及路況評定

路面使用品質(zhì)及路況評定作者：吉林省高速公路集團(tuán)有限公司王威內(nèi)容摘要：路面結(jié)構(gòu)在汽車和自然因素的反復(fù)作用下，其使用性能會發(fā)生改變，由此路面結(jié)構(gòu)逐漸出現(xiàn)破壞，并最終導(dǎo)致不能滿足使用性能的要求。在路面使用過程中，必須采取相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)、補(bǔ)強(qiáng)和改建措施，使路面的使用性能得到部分恢復(fù)，甚至提高。才能保障公路能夠正常運行。關(guān)鍵詞：路面使用品質(zhì)損壞評定路面結(jié)構(gòu)在汽車和自然因素的反復(fù)作用下，其使用性能會發(fā)生改變，由此路面結(jié)構(gòu)逐漸出現(xiàn)破壞，并最終導(dǎo)致不能滿足使用性能的要求。在路面使用過程中，必須采取相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)、補(bǔ)強(qiáng)和改建措施，使路面的使用性能得到部分恢復(fù)，甚至提高。一、路面功能及其評價為了了解和掌握路面使用性能的變化情況，以便及時采取各種養(yǎng)護(hù)和改建措施，延緩其衰變或恢復(fù)其性能，必須定期對路面的使用性能進(jìn)行評定。路面使用性能包括功能、結(jié)構(gòu)和安全三方面。路面功能是路面為道路使用者提供的舒適程度。路面結(jié)構(gòu)是指路面的物理狀況，包括路面損壞狀況和結(jié)構(gòu)承載能力。路面安全是指路面的抗滑能力。功能和安全方面的使用性能是道路使用者所關(guān)心，道路管理部門則更注重結(jié)構(gòu)方面的使用性能。路面使用性能的三個別方面既有區(qū)別又有一定的聯(lián)系。路面使用品質(zhì)及路況的評定就是確定路面結(jié)構(gòu)現(xiàn)時的使用性能。二、路面結(jié)構(gòu)承載能力的評定路面結(jié)構(gòu)承載能力是指路面在達(dá)到預(yù)定的損壞狀況之前還能承受的行車荷載作用次數(shù)，或者還能使用的年數(shù)。路面結(jié)構(gòu)的承載能力同損壞狀況有著內(nèi)在聯(lián)系。在使用過程中，路面的承載能力逐漸下降，與此同時損壞逐步發(fā)展。承載能力低的路面結(jié)構(gòu)，其損壞的發(fā)展速度迅速；承載能力接近于臨界狀態(tài)時，路面的損壞達(dá)嚴(yán)重狀態(tài)，此時必須采取改建措施（設(shè)置加鋪層等）以恢復(fù)或提高其承載能力。路面結(jié)構(gòu)承載能力的測定，可分為破損類和無破損類兩種。前者從路面各結(jié)構(gòu)層內(nèi)鉆取試樣，試驗確定其各項計算參數(shù)，通過同設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)相比較，估算其結(jié)構(gòu)承載能力。無破損類測定則通過路表的無破損彎沉測定，估算路面的結(jié)構(gòu)承載能力。（一）測定方法路面的結(jié)構(gòu)破壞可以是由于過量的豎向變形所造成，也可能是由于某一結(jié)構(gòu)層的斷裂破壞所造成。對于前者，采用最大彎沉值表征結(jié)構(gòu)承載能力較合適；對于后者，則采用路表彎沉盆的曲率半徑表征其承載能力更為合適。因而，理想的彎沉測定應(yīng)包含最大彎路沉值和彎沉盆兩方面。目前使用的彎沉測定系統(tǒng)有4種：貝克曼梁彎沉儀、自動彎沉儀、穩(wěn)態(tài)動彎沉儀、脈沖彎沉儀。前兩種為靜態(tài)測定，得到路表最大的彎沉值。后兩種為動態(tài)測定，可得到最大彎沉值和彎沉盆。1、靜態(tài)彎沉測定最常用的是貝克曼梁彎沉儀，測定時梁的端頭穿過測定車后軸雙輪輪隙，置于車輪前方10cm左右的路面測點上，梁在后三分點處通過支點承于底座上。梁的另一端處架設(shè)一百分表，以測定端頭的升降量。車輛以爬行速度向前行駛，車輪經(jīng)過梁的端頭時，讀取百分表的最大讀數(shù)；車輛駛離后，再讀取百分表的讀數(shù)；兩者差值的兩倍即為路表面的回彈彎沉值。自動彎沉儀將彎沉測定梁連接到測定車后軸之前的底盤上。測定時，梁支于地面保持不動，車輛向前移動，當(dāng)后輪駛過并通過梁端頭時，彎沉值被自動記下來，達(dá)最大彎沉值時測定梁被提起，并拉到車輛底盤的前端，到下一測點處測定梁再被放下。自動彎沉儀可連續(xù)進(jìn)行彎沉測定，并自動記錄測定結(jié)果。車輛行駛速度為3?5km/h,每天約可測定30km。貝克曼梁彎沉儀量測到的是最大回彈彎沉值，而自動彎沉儀測到的是最大總彎沉值。測定路段的彎沉值如果變化范圍很大，需進(jìn)行分段，分別確定其代表彎沉值。分段可通過目估，并結(jié)合路況進(jìn)行。也可按統(tǒng)計方法，對劃分的相鄰路段進(jìn)行顯著性檢驗，依據(jù)是否有顯著差別決擇其分或合。2、動態(tài)彎沉測定穩(wěn)態(tài)動彎沉儀系利用振動力發(fā)生器在路表面作用一固定頻率的正統(tǒng)動荷載，通過沿荷載軸線間隔布置的速度傳感器（檢波器）量測路表面的動彎沉曲線。用于公路上的是輕型動彎沉儀，所施加的動荷載約50KN；用于機(jī)場上的則是重型的，動荷載約達(dá)150KN。脈沖彎沉儀又稱落錘彎沉儀。它以50?300kg質(zhì)量從4?40cm高度落下，作用于彈簧和橡皮墊上，通過30cm直徑承載板傳給路面半正弦脈沖力。通過改變質(zhì)量和落高，可以施加不同級位的荷載，從15KN到125KN。脈沖力作用持續(xù)時間約為0.028s。利用沿荷載軸線間隔布置的速度傳感器，量測到路表面的彎沉曲線。由于儀器本身重量輕，路面受到的預(yù)加荷載的影響比穩(wěn)態(tài)動彎沉儀的小得多。動態(tài)彎沉測定可以得到路表彎沉曲線。作用于路表的動荷載向路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的應(yīng)力擴(kuò)散類似圓錐形。應(yīng)力錐同各結(jié)構(gòu)層次界面的交點具有特定的含義：在交點以外的路表彎沉值僅受到此交點所在界面以下各結(jié)構(gòu)層模量的影響。利用這一特性，可以依據(jù)應(yīng)和錐和結(jié)構(gòu)層次布置傳感器的位置，并按量測得到的彎沉值應(yīng)用層狀體系理論解分別確定各結(jié)構(gòu)層的彈性模量值。彎沉測定時，所施加的動荷載大小應(yīng)盡可能接近于路上的車輛荷載。此外，為了解材料的非線性特征，施加的動荷載需變換級位。（二）、結(jié)構(gòu)承載能力評價不同路面結(jié)構(gòu)具有不同的路表彎沉值。因而，不能單獨從最大彎沉值大小來判斷路面結(jié)構(gòu)的剩余壽命。同時，路面結(jié)構(gòu)的承載能力會在使用過程中逐漸下降。反映在彎沉值變化上，則為路段的代表彎沉值隨時間（軸載作用次數(shù)）的增加而逐漸增長。隨著彎沉值的增長，路面逐漸出現(xiàn)車轍變形和裂縫等損壞。定義某種程序的損壞作為臨界狀態(tài)，相應(yīng)于這種損壞狀況的路面彎沉值，即為路面結(jié)構(gòu)的極限承載能力。為此，要判斷現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)的承載能力（剩余壽命），除了由測定得到代表彎沉值外，還須知道路面結(jié)構(gòu)類型、路面損壞狀況以及到調(diào)查測定時路面己承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)。利用瀝青路面的彎沉值同標(biāo)準(zhǔn)軸載累計作用次數(shù)和路面損壞臨界狀態(tài)間的關(guān)系曲線，可按路段的代表彎沉值和路面己承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計作用次數(shù)，確定現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)的剩余壽命。利用由動態(tài)彎沉測定得到的彎沉曲線，可以分別計算確定各結(jié)構(gòu)層的彈性模量值。而后，配合由鉆孔得到的結(jié)構(gòu)厚度數(shù)據(jù)，便可利用有關(guān)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計圖表或公式計算確定路面結(jié)構(gòu)的承載能力。瀝青路面采用強(qiáng)度系數(shù)SSI作為評價指標(biāo)，SSI=路面容彎沉值/路面代表彎沉值。三、路面結(jié)構(gòu)損壞狀況評定路面結(jié)構(gòu)的損壞狀況，反映了路面結(jié)構(gòu)在行車和自然因素作用下保持完整性或完好的程度。新建或改建的路面，都需采取日常養(yǎng)護(hù)措施進(jìn)行保養(yǎng)，以延緩路面損壞的出現(xiàn)；而在路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損壞后，應(yīng)及時采取相應(yīng)的維修措施以減緩損壞的發(fā)展速度；當(dāng)路面損壞狀況惡化到一定限度后，便需采取改建或重建措施以恢復(fù)或提高其結(jié)構(gòu)完好程度。因而，路面結(jié)構(gòu)損壞的發(fā)生和發(fā)展同路面養(yǎng)護(hù)和改建工作密切相關(guān)。路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損壞，會在不同程度上影響路面的平整度。因而，可以通過平整度指標(biāo)在一定程度上反映路面的損壞狀況。然而，平整度的好壞一學(xué)同路面施工質(zhì)量等因素有關(guān)，并且主要反映道路使用者的要求和利益。因此，路面結(jié)構(gòu)損壞狀況是道路管理部門所關(guān)注的據(jù)以鑒別需進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和改建的路段和選擇宜采取的措施。路面結(jié)構(gòu)的損壞狀況，須從三方面進(jìn)行描述：損壞類型、損壞嚴(yán)重程度、出現(xiàn)損壞的范圍或密度。綜合這三方面，才能對路面結(jié)構(gòu)的損壞狀況作出全面的估計。（一）、損壞類型促使路面出現(xiàn)損壞的原因是多方面的（荷載、環(huán)境、施工、養(yǎng)護(hù)等），因為結(jié)構(gòu)損壞所表現(xiàn)出的形態(tài)和特征也是多種多樣的。各種損壞對路面結(jié)構(gòu)完好程度和路面使用性能有不同程度的影響，需相應(yīng)采取不同的養(yǎng)護(hù)或改建對策。因此，進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)損壞狀況調(diào)查前，要依據(jù)損壞的形態(tài)、特征和肇因，對損壞進(jìn)行分類，并對每一類損壞規(guī)定明確的定義。路上常遇到的主要損壞類型，可按損壞模式和影響程度的不同而分為四大類：1、裂縫或斷裂類一一路面結(jié)構(gòu)的整體性因裂縫或斷裂而受到破壞；2、永及變形類一一路面結(jié)構(gòu)雖仍保持整體性，但形狀在各種因素的作用下產(chǎn)生較大的變化；3、表面損壞類一一路面表層部分出現(xiàn)的局部缺陷，如材料的散失或磨損等。4、接縫損壞類一一水泥混凝土及其鄰近范圍出現(xiàn)的局部損壞。（二）、損壞分級各種路面損壞都有一產(chǎn)生和發(fā)展的過程。在這過程中，處于不同階段的損壞，對于路面使用性能不同程度的影響。例如，裂縫初現(xiàn)時，縫隙細(xì)微，邊緣處材料完整，因而對行車舒適性的影響極小，裂縫間也尚有較高的傳荷能力；而發(fā)展到后期，縫隙變得很寬，邊緣處嚴(yán)重碎裂，行車出現(xiàn)較大顛簸，而裂縫間己幾乎無傳荷能力。因而，為了區(qū)別同一種損壞對路面使用性能的不同影響程度，對各種損壞須按期影響的嚴(yán)重程度劃分為幾個等級（一般2?3個等級）。對于斷裂或裂縫類損壞，分級時主要考慮對結(jié)構(gòu)整體性影響的程度，可采用縫隙寬度、邊緣碎裂程度、裂縫發(fā)展情況等指標(biāo)表征。對于變形類損壞，主要考慮對行車舒適性的影響程度，可采用平整度作為指標(biāo)進(jìn)行分級。對于表面損壞類，往往可以不分級。具體指標(biāo)和分級標(biāo)準(zhǔn)，可根據(jù)各地區(qū)的特點和其它考慮經(jīng)過調(diào)查分析后確定。損壞嚴(yán)重程度分級的調(diào)查，往往通過目測進(jìn)行。為了使不同調(diào)查人員得到大致相同的判別，對分級的標(biāo)準(zhǔn)要有明確的定義和規(guī)定。各種損壞出現(xiàn)的范圍，對于瀝青路面和砂石路面，通常按面積、長度或條數(shù)量測，除以被調(diào)查子路段的面積或長度后，以損壞密度計。而對于水泥混凝土路面，則調(diào)查出現(xiàn)該種損壞的板塊數(shù)，以損壞板塊數(shù)占該子路段總板塊數(shù)的百分率計。（三）、損壞調(diào)查損壞調(diào)查通常由2個調(diào)查小組沿線通過目測進(jìn)行。調(diào)查人員鑒別出調(diào)查路段上出現(xiàn)的損壞類型和嚴(yán)重程度并丈量損壞范圍后，記錄在調(diào)查表格上。同一個調(diào)查路段上如出現(xiàn)多種損壞或多種嚴(yán)重程度，應(yīng)分別計量和記錄。目測調(diào)查很費時。如果調(diào)查的目的不是為了確定養(yǎng)護(hù)對策和編制養(yǎng)護(hù)計劃，則可采用抽樣調(diào)查的方法，不必對整個路網(wǎng)的每一延米的各種損壞都進(jìn)行調(diào)查。通常，可采取每公里抽取其中100m長的路段代表該公里的方法，但每次調(diào)查都要在同一路段上進(jìn)行，以減少調(diào)查結(jié)果的變異性和保證各次調(diào)查結(jié)果的可比性。（四）、損壞狀況評價每個路段的路面可能出現(xiàn)各種不同類型、嚴(yán)重程度和范圍的損壞。為了使各路段的損壞狀況或程度可以進(jìn)行定量比較，需采用一項綜合評價指標(biāo)，把這三方面的狀況和影響綜合起來。四、路面行駛質(zhì)量路面的基本功能是為車輛提供快速、安全、舒適和經(jīng)濟(jì)的行駛表面。路面行駛質(zhì)量反映路面滿足這一基本功能的能力。路面行駛質(zhì)量的好壞，同路面表面的平整度特性、車輛懸掛系統(tǒng)的振動特性和人對振動的反應(yīng)或接受能和三方面因素有關(guān)。從路面狀況的角度，影響路面行駛質(zhì)量的主要因素是路面平速度。路面平整度可定義為路面表面誘使行駛車輛出現(xiàn)振動的高程變化。路面不平整所引起的車輛振動，會對車輛磨損、燃油消耗、行駛舒適、行車速度、路面損壞和交通安全等多方面產(chǎn)生直接影響。因此，采用平整度是度量路面行駛質(zhì)量的一項性能指標(biāo)。（一）、平整度測定方法曾出現(xiàn)過多種路面平整度測定方法和儀器。它們可劃分為兩大類型：斷面類平整度測定、反應(yīng)類平整度不不測定。1、斷面類平整度測定斷面類平整度測定是直接沿行駛車輛的輪跡量測路面表面的高程，得到路表縱斷面，通過數(shù)學(xué)分析后采用綜合統(tǒng)計量作為其平整度指標(biāo)。（1）、水準(zhǔn)測量采用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺沿輪跡測路面表面的高程，由此得到精確的路表縱斷面。這是一種測定結(jié)果較穩(wěn)定的簡便方法，但測量速度很慢，很費工。（2）、梁式斷面儀用3m長的梁（或直尺）連續(xù)量測輪跡處路表同梁底的高程差，由此得到路表縱斷面。這種方法較水準(zhǔn)測量的測定速度要快些。（3）、慣性斷面儀在測試車車身上安置豎向加速度計，以測定行駛車輛的豎向位置變化。車身同路表面之間的距離，利用激光、超聲等傳感器進(jìn)行測定。兩方面測定結(jié)果疊加后，便可得到路表面縱斷面。斷面類平整度測定法的主要優(yōu)點是可直接得到輪跡帶路表面的實際斷面，依據(jù)它可以對路面平整度的特性進(jìn)行分析。而其主要缺點是，對于前兩種方法來說，測定速度太慢，不宜用于大范圍的平整度數(shù)據(jù)采集；對于慣性斷面儀來說，儀器精密度高，操作和維修技術(shù)要求高，因而其廣泛應(yīng)用受到了限制。2、反應(yīng)類平整度測定反應(yīng)類平整度測定系統(tǒng)是在主車或拖車上安裝由傳感器和顯示器組成的儀器?？梢詡鞲泻屠鄯e車輛以一定速度駛經(jīng)不平路表面時懸掛系統(tǒng)的豎向位移量。顯示器記下的測定值，通常是一個計數(shù)數(shù)值，每計一個數(shù)相當(dāng)于一定的懸掛系位移量。反應(yīng)類平整度測定系統(tǒng)的優(yōu)點是價格低廉，操作簡便，可用于大范圍內(nèi)的路面平整度快速測定。然而，由于這類測定系統(tǒng)是對路面平整度的一個間接度量，其測定結(jié)果同測試車輛的動態(tài)反應(yīng)狀況有關(guān)，也即隨測試車輛機(jī)械系統(tǒng)的振動特性和車輛行駛的速度而變化。因而，這是它存主要缺點。（二）、行駛質(zhì)量評價路面行駛質(zhì)量同路表面的不平整度、車輛的動態(tài)響應(yīng)和人的感受能力三方面因素有關(guān)。因而，不同的乘客坐同一輛車行駛在同一個路段上，由于各人對行駛舒適性的要求和對顛簸的接受能力不同，對該路段的行駛質(zhì)量會作出不同的評價。由于評價帶有個人主觀性，為了避免隨意性，乃提出了主客觀相結(jié)合的評價方法。一方面邀請具有不同代表性的乘客，分別按各人的主觀意見進(jìn)行評分，而后匯總大家的評價，以平均評分值代表眾人的評價。另一方面對各評價路段進(jìn)行平整度量則。通過回歸分析建立主觀評分客觀量測結(jié)果的相關(guān)關(guān)系。由此建立的評價模型，便可用來對路面行駛質(zhì)量進(jìn)行較統(tǒng)一的評價。五、路面抗滑性路面抗滑性能是指車輛輪胎受到制動時沿路表面滑移所產(chǎn)生的抗滑力。通常，抗滑性能被看作是路面的表面特性，然而，籠統(tǒng)地說路面具有某一摩阻系數(shù)值是不確切的。應(yīng)該對輪胎在路面上的滑移條件給予規(guī)定。不同的條件和測定方法，可以得到不相同的摩阻系數(shù)值。因此，需規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的測定方法和條件。（一）、測定方法1、制動距離法以一定速度在潮濕路面上行駛的4輪小客車或輕化車，當(dāng)4個車輪被制動時，車輛減速滑移到停止的距離，可用以表征非穩(wěn)態(tài)的抗滑性能，以制動距離數(shù)表示。測試路段應(yīng)為材料組成均勻、磨耗均勻和齡期相同的平直路段。測試前和每次測定之間，先灑水潤濕路表面到完全飽和。制動速度以64.4km/h為標(biāo)準(zhǔn)速度。也可采用其它速度，但不宜低于32km/h。2、鎖輪拖車法裝有標(biāo)準(zhǔn)試驗輪胎的單輪拖車，由汽車拖拉，以要求的測定速度在灑水潤濕的路面上行駛。抱鎖測試輪，通過測定牽引力確定在載重和速度不變的狀態(tài)拖拉測試輪時作用在輪胎和路面間的摩阻力。3、偏轉(zhuǎn)輪拖車法拖車上安裝有兩只標(biāo)準(zhǔn)試驗輪胎，它們對車輛行駛方向偏轉(zhuǎn)一定的角度（7.5o?200）。汽車拖拉以一定速度在潮濕路面上行駛時，試驗輪胎受到側(cè)向摩阻力的作用。記下此側(cè)向摩阻力，除以作用在試驗輪上的載重，可得到以側(cè)向力系數(shù)表征的路面抗滑性能。鎖輪拖車法和偏轉(zhuǎn)輪拖車法都具有測定時不影響路上交通，可連續(xù)并快速進(jìn)行的優(yōu)點。4、可攜式擺式儀法這是一種主要在室內(nèi)量測路面材料表面摩阻特性的儀器，也可用于野外量測局部路面范圍的抗滑性能。擺式儀的擺錘底面裝一橡膠滑塊，當(dāng)擺錘從一定高度自由下擺時，滑動面同試驗表面接觸。由于兩者間的摩擦而損耗部分能量，使擺錘只能回擺到一定高度。表面摩阻力越大，回擺高度越小。通過