第二章路面状况数据采集课件

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路面管理系统长沙理工大学公路工程学院道路二室巨锁基Tel：E-mail：第 1 页共 55 页第二章路面状况数据采集本章要学习的内容：o理解路面使用性能的概念；o掌握平整度、损坏状况、承载能力、抗滑能力等路面状况数据及交通数据的采集方法；o了解先进、快速的测试方法及其发展方向。长沙理工大学公路工程学院第 2 页共 55 页第二章路面状况数据采集o路面状况数据是编制道路养护和改建计划的依据。路面管理决策的恰当与否，在很大程度上依赖于能否及时而真实地采集到路面状况数据。o以目测、个人经验判断路况速度慢、易片面o必须用快速、可靠的方法采集路面状况数据长沙理工大学公路工程学院第 3 页共 55 页第一节路面使用性能一、功能性能o路面的基本功能是为车辆提供快速、安全、舒适和经济的行驶表面。路面的功能性能是指路面满足这一基本功能的能力，它反映了路面的行驶质量或服务水平。o从路面状况的角度看，影响路面行驶质量的主要因素是路面平整度。o路面平整度，随车辆荷载的反复作用，周围环境（温度和湿度）的周期变化影响和路面龄期的增加而逐渐下降长沙理工大学公路工程学院第 4 页共 55 页平整度随时间的变化分析期最大不平整容许限度平整度（IRI）长沙理工大学公路工程学院第 5 页共 55 页第一节路面使用性能二、结构性能（损坏状况）o路面的结构性能，是指路面结构保持完好的程度。长沙理工大学公路工程学院第 6 页共 55 页第一节路面使用性能三、结构承载力o路面结构的承载能力，是指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，或者还能使用的年数。o对于柔性路面，通常采用路表面无破损弯沉测定方法评定路面结构的承载力，也即依据弯沉值的大小确定其剩余寿命。o路面结构的承载力同损坏状况有着内在的联系。长沙理工大学公路工程学院第 7 页共 55 页结构承载力随时间的变化长沙理工大学公路工程学院第 8 页共 55 页第一节路面使用性能四、安全性o安全性主要指路面表面的抗滑能力。o此外，在车辙深度超过1013mm情况下，高速行驶的车辆会因辙内积水而出现飘滑，产生交通事故。长沙理工大学公路工程学院第 9 页共 55 页第一节路面使用性能五、美观o美观是指路面的外观给道路使用者的视觉印象。它包括反光和炫目、夜晚能见度、表面结构和颜色的均匀性等方面。长沙理工大学公路工程学院第 10 页共 55 页第二节平整度测定o路面平整度定义：路面表面诱使行驶车辆出现振动的高程变化。n驾乘者最直接的感受n对车辆磨损、燃油消耗、行驶舒适、路面损坏和交通安全等产生直接影响o平整度测定方法和仪器大体上可划分成三大类型：n断面类平整度测定n反应类平整度测定n主观评估法长沙理工大学公路工程学院第 11 页共 55 页一、断面类平整度测定o水准测量：n水准仪、水准尺n结果稳定、速度慢n采用反应类平整度仪测定时，用于测定标定路段的平整度o梁式断面仪n由英国运输和道路研究所（TRRL）研制，半自动化，速度较水准测量快o惯性断面仪（GMR类）n跟随轮车身同路表距离n竖向加速度计惯性参考系长沙理工大学公路工程学院第 12 页共 55 页一、断面类平整度测定o惯性断面仪的改进n非接触式位移传感器o纵断面分析仪n法国路桥中心试验室（LCPC）生产的一种惯性断面仪n可用于测定各种平整度的路面，测定速度可在15140km/h范围内长沙理工大学公路工程学院第 13 页共 55 页一种激光断面仪长沙理工大学公路工程学院第 14 页共 55 页断面类平整度测定方法的特点o主要优点n直接得到轮迹带路表面的实际断面，依据它可以对路面平整度的特性进行分析。o主要缺点n对于水准测量和TRRL梁断面仪来说，测定速度太慢，不宜用于大范围的数据采集；n对于惯性断面仪和纵断面分析仪来说，则仪器的精密度高，操作运用和维修技术要求高，购置和使用费用也高，因而其广泛应用受到了限制。长沙理工大学公路工程学院第 15 页共 55 页二、反应类平整度测定o在车上安装由一传感器和一显示器组成的仪器，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 o仪器得到的测定值，通常是一个计数数值，每计一个数相应于一定的悬挂系位移量。长沙理工大学公路工程学院第 16 页共 55 页反应类平整度测定仪器o1940年代，美国公路局的平整度仪（BPR平整度仪）n单轮拖车n机械式积分器n测定速度32km/ho英国TRRL在BPR基础上，颠簸累积仪（BI）n拖车式p与BPR类似n车载式p量测后轴同车身之间悬挂系的位移长沙理工大学公路工程学院第 17 页共 55 页反应类平整度测定系统特点o优点：n价格低廉，操作简便，可用于大范围内的路面平整度快速测定 o缺点：n时间稳定性差（对策：经常标定）p同一台仪器在不同时期测定的结果不一致；n转换性差（对策：通用的平整度指标）p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；n不能给出路面表面的真实断面p无法利用测定结果考察和分析影响路况的路表特性。长沙理工大学公路工程学院第 18 页共 55 页三、平整度指标o平均调整坡（ARS）n反应类平整度仪n单位行驶距离内悬挂系的累积行程（m/km）n不同反应类平整度仪测定值之间，可以建立良好的相关关系。（注意：这种关系只能在测定速度相同的条件下才能成立）长沙理工大学公路工程学院第 19 页共 55 页三、平整度指标o纵断面平整度指标n功率谱分析（PSD）n竖向加速度均方根（RMSVA）p相邻断面坡度变化同抽样点间距的比值的均方根 p断面坡度定义为抽样点的高程变化同相应间隔的水平距离的比值 n直尺指数（SEI）长沙理工大学公路工程学院第 20 页共 55 页三、平整度指标o国际平整度指数（IRI）n世界银行于1982年织织了有巴西、英、美、法等国专家参加的国际研究小组，在巴西进行了大规模的路面平整度试验。在此基础上提出了采用国际平整度指数（IRI）的建议 n同反应类平整度测定系统类似，但是采用的是数学模型模拟l/4车（即单轮，类似于拖车）以规定速度行驶在路面断面上，分析行驶距离内由于动态反应悬挂系的累积竖向位移量 n标准的测定速度规定为80km/h，其测定结果也以m/km表示 n不同测定方法的测定结果，采用IRI表示后，具有良好的可比性长沙理工大学公路工程学院第 21 页共 55 页三、平整度指标o主观评估法n无法采用断面类或反应类测定系统量测平整度，而又需要对路面的平整度作粗略的评估时，可以采用主观评估的方法估计其IRI值 n评估的依据是对不同平整度的路面在路表形状和行驶感觉等方面的特性描述 n考虑的评估因素：p1.表面形状和缺陷：凹陷、搓板和坑槽。p2行驶感觉：用评估者感受到的起伏不平和剧烈运动表示。p3行驶速度：在干燥和直路上无交通拥挤状况下通常可行驶的速度长沙理工大学公路工程学院第 22 页共 55 页沥青混凝土和表面处治路面平整度的主观评价长沙理工大学公路工程学院第 23 页共 55 页我国现行的平整度测试方法o三米直尺o连续式平整度仪o车载式颠簸累积仪长沙理工大学公路工程学院第 24 页共 55 页第三节路面损坏状况调查o调查方法n损坏分类（每一类明确的定义）n损坏分级（每一类的轻重程度）n通常采用目测尺量调查工作量很大n网级路面管理系统可抽样调查n摄像+图像识别p速度快p设备昂贵长沙理工大学公路工程学院第 25 页共 55 页沥青路面主要损坏类型o龟裂n相互交错的疲劳裂缝，形成一系列多边形小块组成的网，形如鳄鱼皮状长沙理工大学公路工程学院第 26 页共 55 页沥青路面主要损坏类型o块状裂缝n可出现在非承载部位n多边形大块长沙理工大学公路工程学院第 27 页共 55 页沥青路面主要损坏类型o泛油n沥青胶结料向路表面聚集的现象 n起初一般表现为一个个单独的油斑，最终连成一片黑亮的油膜长沙理工大学公路工程学院第 28 页共 55 页沥青路面主要损坏类型o横向裂缝n与道路中线近于垂直n有时伴有少量支缝长沙理工大学公路工程学院第 29 页共 55 页沥青路面主要损坏类型o纵向裂缝n与道路中线大致平行n有时伴有少量支缝长沙理工大学公路工程学院第 30 页共 55 页沥青路面主要损坏类型o车辙n路表面沿轮迹的纵向凹陷长沙理工大学公路工程学院第 31 页共 55 页沥青路面主要损坏类型o波浪（搓板）n路表面有规律的纵向起伏。n波峰和波谷交替出现，间隔很近，一般在60cm以内长沙理工大学公路工程学院第 32 页共 55 页沥青路面主要损坏类型o坑槽n路面中出现的碗状坑洞n通常是松散、龟裂等其它损坏进一步发展的结果长沙理工大学公路工程学院第 33 页共 55 页沥青路面主要损坏类型o沉陷n路表面的局部凹陷（参看上页图）n与路基沉陷引起的大规模沉陷有区别长沙理工大学公路工程学院第 34 页共 55 页沥青路面主要损坏类型o松散n路面材料（集料和沥青）逐渐从路面脱开并散失n沥青偏少，沥青与集料粘结差，沥青老化而变硬n轮迹带处往往最严重长沙理工大学公路工程学院第 35 页共 55 页沥青路面主要损坏类型o磨光n集料棱角被磨成圆滑或平滑状n所采用的集料不耐磨和车轮反复作用所造成长沙理工大学公路工程学院第 36 页共 55 页沥青路面主要损坏类型o修补n修补本身并非损坏现象，但它反映路面曾经损坏并已采取过修理措施的面积。n影响行驶平稳和路容美观长沙理工大学公路工程学院第 37 页共 55 页水泥混凝土路面主要损坏类型o分为四类：n断裂类n竖向位移类n接缝类n表层类长沙理工大学公路工程学院第 38 页共 55 页水泥混凝土路面主要损坏类型o断裂类n纵向裂缝p平等或近于平等路面中心线n横向（斜向）裂缝p垂直或斜向路面中心线n角隅断裂p从板角隅到斜向裂缝两端的距离小于1.8mn交叉裂缝和断裂板p两条以上裂缝交叉，使板断裂成3块以上长沙理工大学公路工程学院第 39 页共 55 页水泥混凝土路面主要损坏类型o断裂类：纵、横向裂缝长沙理工大学公路工程学院第 40 页共 55 页水泥混凝土路面主要损坏类型o断裂类：纵、横向裂缝n按裂缝缝隙边缘碎裂程度和缝隙宽度分为3个轻重程度n轻微p缝隙边缘无碎裂或错台的细裂缝，缝隙宽度小于3mm；或填封良好、边缘无碎裂或错台的裂缝n中等p缝隙边缘中等碎裂（或）错台小于10mm的裂缝，且缝隙宽度小于15mmn严重p缝隙边缘严重碎裂或错台大于10mm，且缝隙宽度大于15mm长沙理工大学公路工程学院第 41 页共 55 页水泥混凝土路面主要损坏类型o断裂类：角隅断裂、交叉裂缝和断裂板n按裂缝等级和板断裂的块数分为3个轻重程度等级n轻微p板被轻微裂缝分割成23块n中等p板被中等裂缝分割成34块，或被轻微裂缝分割成5块以上n严重p板被严重裂缝分割成45块，或被中等裂缝分割成5块以上长沙理工大学公路工程学院第 42 页共 55 页水泥混凝土路面主要损坏类型o竖向位移类n沉陷n胀起n按其对行车的影响分为3个轻重程度等级n轻微p车辆以限速驶过时仅引起无不舒适感的轻微跳动n中等p车辆驶过时有产生不舒适感的较大跳动n严重p车辆驶过时产生过大的跳动，引起严重不舒适或不安全长沙理工大学公路工程学院第 43 页共 55 页水泥混凝土路面主要损坏类型o接缝类n接缝填缝料损坏p按填缝料出现老化、挤出、缺损的情况分为3个轻重等级n纵向接缝张开p按张开量分为2个轻重等级n唧泥和板底脱空p按外观和车辆驶过的反应分为2个轻重等级n错台p按相邻板边缘的高差大小分为3个轻重等级n接缝碎裂p按碎裂范围和程度分为3个轻重等级n拱起p按对行车的影响分为3级（与沉陷和胀起标准相同）长沙理工大学公路工程学院第 44 页共 55 页水泥混凝土路面主要损坏类型o表层类n磨损和露骨p按磨损或露骨的深度分为2级n纹裂、网裂和起皮p按是否出现起皮和起皮的面积分为3级n活性集料反应引起的网裂p按起皮和接缝碎裂的状况分为3级n粗集料冻融裂纹p按裂纹位置（是否只在自由边？）及其碎裂情况分为3级n坑洞p不分轻重程度等级n修补p按修补处再次出现损坏的情况，分为3级长沙理工大学公路工程学院第 45 页共 55 页第四节结构承载力测定o测定目的：n（1）鉴别路网内路面结构承载能力较差或不足之处，以便确定需采取改建措施的路段；n（2）预估现有路面的剩余寿命，以制定今后的改建计划；n（3）研究结构能力随时间的变化，或分析路面出现过早损坏的原因；n（4）为加铺层结构设计提供设计参数和依据。o测定方法：n破损试验n无破损试验（无损检测）：弯沉长沙理工大学公路工程学院第 46 页共 55 页第四节结构承载力测定o弯沉n可以反映路面的结构承载能力n理想的弯沉测定应包含两方面：p最大弯沉值p弯沉盆o弯沉测定系统n（1）贝克曼梁弯沉仪；n（2）自动弯沉仪；n（3）稳态动弯沉仪；n（4）脉冲弯沉仪长沙理工大学公路工程学院第 47 页共 55 页静态弯沉测定o贝克曼梁弯沉仪（回弹弯沉）长沙理工大学公路工程学院第 48 页共 55 页静态弯沉测定o贝克曼梁弯沉仪长沙理工大学公路工程学院第 49 页共 55 页静态弯沉测定o自动弯沉仪（总弯沉）长沙理工大学公路工程学院第 50 页共 55 页测定方法o影响测试结果的加载条件：n轮重、轮压和加载时间o自动弯沉仪n两台弯沉梁n测试车沿轮迹带行驶o贝克曼梁弯沉仪n两台或一台仪器n一台时，沿外侧轮迹带布置o测点间距n2050mn视路段长度和要求的测定精度而定长沙理工大学公路工程学院第 51 页共 55 页测定结果处理o代表弯沉值n弯沉的变异性较大n考虑了：p保证率p温度修正p季节（湿度）修正n适当的分段长沙理工大学公路工程学院第 52 页共 55 页测定结果处理o温度湿度修正n沥青面层的劲度随温度而变，路基和基层的模量随湿度而变n以20作为标准路面温度，以最不利潮湿或冬融季节作为测定时期n对于其它环境条件下测定的结果，应作温度和湿度修正长沙理工大学公路工程学院第 53 页共 55 页动态弯沉测定o稳态弯沉仪n固定频率的正弦动荷载n动弯沉曲线n为保证震动时仪器不跳离路面，仪器自重须大于动荷载，影响结果o脉冲或落锤弯沉仪（FWD）n落锤的冲击力（半正弦脉冲力）n改变质量或落高施加不同级位荷载n动弯沉曲线长沙理工大学公路工程学院第 54 页共 55 页FWD长沙理工大学公路工程学院第 55 页共 55 页PFWD长沙理工大学公路工程学院第 56 页共 55 页测定方法o可得到：n最大弯沉n弯沉盆o评定路面承载能力n1.通过对路面各结构层模量的估算，应用理论解分析路面的结构能力p水泥路面p沥青路面n2.利用路基模量估算值，直接评定路面结构的承载能力p仅沥青路面长沙理工大学公路工程学院第 57 页共 55 页长沙理工大学公路工程学院第 58 页共 55 页第五节抗滑能力测定o抗滑能力n轮胎受制动时沿路表面滑移所产生的力 n路面的表面特性n式中：f摩阻系数；F在路表面运动的摩阻力；W垂直于路表面的荷载。o测定方法：n制动距离法n锁轮拖车法n偏转轮拖车法n摆式仪法。长沙理工大学公路工程学院第 59 页共 55 页一、制动距离法n以一定速度在潮湿路面上行驶的4轮小客车或轻货车，当4个车轮被制动时，车辆减速滑移到停止的距离，可用以表征非稳态的抗滑能力，以制动距离SDN表示 n标准测试速度：p64.4km/hp不宜低于32km/hn至少测定3次，算术平均值长沙理工大学公路工程学院第 60 页共 55 页二、锁轮拖车法o装有标准试验轮胎的单轮拖车，由汽车拖拉以要求的测定速度在洒水润湿的路面上行驶o抱锁测试轮，通过测定牵引力量测在载重和速度不变的状态下拖拉测试轮时，作用在轮胎和路面间的摩阻力。o将摩阻力除以作用在轮胎上的垂直力，可得到以滑移指数SN表征的路面稳态抗滑能力。o至少测定5次，取算术平均值长沙理工大学公路工程学院第 61 页共 55 页o拖车上安装有两只可自由转动的标准试验轮胎，它们对车辆行驶方向偏转定的角度（例如7.520）o在汽车拖拉下以一定速度在潮湿路面上行驶时，试验轮胎和路面间受到侧向摩阻力的作用o记录下的侧向摩阻力除以作用在试验轮上的载重，可得到以侧向力系数SFC表征的路面抗滑能力三、偏转轮拖车法长沙理工大学公路工程学院第 62 页共 55 页四、可携式摆式仪测定方法o摆锤从一定高度自由下摆时，滑块面同试验表面接触。由于两者间的摩擦而损耗部分能量，使摆锤只能回摆到一定高度。表面摩阻力越大，回摆高度越小。通过量测回摆高度，可以评定表面的摩阻力长沙理工大学公路工程学院第 63 页共 55 页五、粗构造深度测定o路表面的粗构造有利于水的排除，因而高速时路面抗滑能力下降较小o通常以构造深度作为度量指标n平均构造深度越大，高速行驶时抗滑能力的下降越小。o将已知容量的标准砂摊填在于净而干燥的路表面空隙内，量测其覆盖的面积，由此计算得到平均构造深度MTD 长沙理工大学公路工程学院第 64 页共 55 页第六节交通数据采集o交通数据：n日交通量n轴载组成n年平均增长率 o交通量观测站：n日交通量总数和不同车类的交通量数n仅需考虑6轮以上车辆数量，将小客车、轻货车等略去o轴载换算n当量标准轴载作用次数n轴载称重n目测长沙理工大学公路工程学院

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