吉林省沥青路面使用状况调查与评价.pdf

哈尔滨工业大学 硕士学位论文 吉林省沥青路面使用状况调查与评价 姓名 白日华 申请学位级别 硕士 专业 交通运输工程 指导教师 马松林 陶志政 20051201 哈尔滨工业大学工程硕 t 学位论文 摘要 伴随着公路建设事业的迅猛发展 养护和管理工作越来越显现出其重要 的作用 吉林省C P M S 系统的所有路段为6 8 2 8 1k m 其中沥青路面为 5 7 5 4 3 k m 占8 4 沥青路面是公路路面的主要形式 为了掌握吉林省沥 青路面的使用状况 为养护决策提供必要的基础数据 本文对吉林省的 5 7 5 4 3 k m 的沥青路面破损 平整度 弯沉三项指标进行调查 对于破损状 况的调查 采用的是自动摄像方法 对于平整度调查 采用激光断面仪测试 系统 对于强度调查 采用的是贝克曼梁弯沉仪 利用仪器测得的结果 详 细地统计了备代表路线的破损状况 平整度和强度状况 先对各分项指标进 行评价 再对各分项指标统一值域 乘以相应的权值求和 进行路面综合性 能评价 并由路网中道路行驶质量指数 路面状况指数 路面结构强度指 数 路面养护质量指数的均值得出吉林省沥青路面平均服务水平 通过对吉林省沥青路面路面使用状况的调查与评价 本文认为 吉林省 沥青路面的破损状况 行驶质量均较好 但路面整体强度不足 特别是一 二 三级公路的强度状况不好 因一二级公路交通量较大 应采取大修补强 措施以提高其承载能力 关键词使用状况 破损状况 平整度 强度 星筌蒌三兰查兰三堡堡 兰堡竺耋 A b s t r a c t M a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n to ft h er o a db e c o m em o r ea n dm o r ei m p o r t a n t w i t ht h ei m p e t u o u sd e v e l o p m e n to ft h er o a de n t e r p r i s e A l lh i g h w a ys e c t i o n so f C P M Si nJ i l i nP r o v i n c ei s6 8 2 8 1 k m a s p h a l tp a v e m e n ti s5 7 5 4 3 k m w h i c h a c c o u n tf o r8 4 a s p h a l tp a v e m e n ti st h em a j o rf o r mo fh i g h w a yp a v e m e n t i n o r d e rt og r a s pt h eb e h a v i o ri ns e r v i c eo fa s p h a l tp a v e m e n ti n J i l i nP r o v i n c e p r o v i d et h ee s s e n t i a lb a s i cd a t af o rt h em a i n t e n a n c ed e c i s i o no fJ i l i nP r o v i n c e w ec a r r i e do nas u r v e yw h i c hi n c l u d e dd a m a g e s e v e n n e s s d e f l e c t i o no na s p h a l t p a v e m e n ti nJ i l i nP r o v i n c e t h ea s p h a l tp a v e m e n ti s5 7 5 4 3 k m f o rt h ed a m a g e s s u r v e y u s i n gt h eA u t o m a t i cp h o t o g r a p hm e t h o d f o rt h ee v e n n e s ss u r v e y u s i n g t h eR S Pt e s ts y s t e m f o rt h ed e f l e c t i o ns u r v e y u s i n gt h eB e n k e l m a nb e a m d e f l e c t o m e t e r U s i n gt h er e s u l t so b t a i n sb yt h ei n s t r u m e n t s t h i sa r t i c l e h a s c o u n t e dt h ep a v e m e n tc o n d i t i o n e v e n n e s sc o n d i t i o na n dt h es t r e n g t hc o n d i t i o no f r o u t e sw h i c hi sr e p r e s e n t a t i v ei n d e t a i l I tc a r r i e so nt h ee v a l u a t i o no fi t e m i z e d i n d e xa tf i r s t t h e nu n i f i e dt h ev a l u er e g i o no fi t e m i z e di n d e x w h i l eb y c o r r e s p o n d i n gp o w e rv a l u e g i v et h es u m m a t i o na t l a s t T h e nc a r r i e so nt h e g e n e r a le v a l u a t i o no fp a v e m e n t F i n a l l yo b t a i n st h eA v e r a g e s e v i c el e v e lo f a s p h a l tp a v e m e n ti n J i l i nP r o v i n c eb yt h ea v e r a g eo fR i d i n gQ u a l i t yI n d e x P a v e m e n tC o n d i t i o nI n d e x P a v e m e n tS t r u c t u r eS t r e r g t hI n d e xa n dP a v e m e n t Q u a l i t yI n d e x B yt h es u r v e ya n de v a l u a t i o nt ot h eb e h a v i o ri ns e r v i c eo fa s p h a l tp a v e m e n ti n J i l i nP r o v i n c e t h i sa r t i c l eg i v e sa nc o n c l u s i o n t h ea s p h a l tp a v e m e n ti n J i l i n P r o v i n c eh a v eag o o dq u a l i t yo nr o a ds u r f a c ec o n d i t i o na n de v e n n e s sc o n d i t i o n b u tt h eo v e r a l ls t r e n g t ho fp a v e m e n ti si n s u f f i c i e n te s p e c i a l l yt h ef i r s tc l a s s h i g h w a y t h es e c o n dc l a s sh i g h w a ya n dt h et h i r dc l a s sh i g h w a y f o rt h ef i r s tc l a s s h i g h w a ya n dt h es e c o n dc l a s sh i g h w a yh a v eah i g ht r a f f i cv o l u m e w es h o u l dd o ah e a v ym a i n t e n a n c eo rs t r e n g t h e n i n gm e a s u r et oi m p r o v ei t sb e a r i n gc a p a c i t y K e y w o r d s b e h a v i o ri ns e r v i c e t h ec o n d i t i o n so fd a m a g e s e v e n n e s s s t r e n g t h I I 兰玺篓三些查竺三堡堡圭耋磐芝兰 1 1 课题背景 第1 章绪论 改革开放以来的2 0 年是我国公路发展速度最快 规模最大的时期 自 1 9 9 8 年以来 我国每年用于公路建设的投资均超过3 0 0 0 亿元 公路总里程由 1 9 9 0 年的1 0 2 8 万公里增加到2 0 0 3 年的1 8 1 万公里 见图1 1 自沪嘉 沈大 高速公路相继建成通车以来 我国的公路事业便进入了以建设高速公路 一级 公路等高等级公路为主的新时代 高速公路里程迅速增长 由1 9 9 0 年的2 7 l 公里 猛增到2 0 0 3 年的3 0 0 0 0 公里 位居世界第二位 壁 一 图1 1 我国公路里程增长图 吉林省公路事业的发展也是蒸蒸日上 随着交通基础设施投资力度的不断 增大 交通基础设施建设飞速发展 就吉林省而言 到2 0 0 3 年底 交通基础 设施完成投资9 2 3 亿元 路网在建规模达到1 02 9 9 公里 竣工里程9 0 0 3 公 里 建成一级公路1 3 8 公里 二级公路1 0 1 6 公里 新增公路里程2 9 1 2 公里 全省公路总里程达到4 4 0 0 7 公里 二级以上公路占总里程的比重达到1 6 9 晴雨通车里程达到4 0 9 6 4 公里 公路密度达到2 3 5 公里 百平方公里 篡尘鋈三些奎耋三垄堡 兰堡篓兰 目前吉林省共有干线公路2 4 条 含l 条国道主干线和1 条国道主干线支 线 7 3 4 2 2 公里 占公路总里程的1 5 9 其中国道8 条 含l 条国道主干 线和1 条国道主干线支线 3 3 5 1 1 公里 占公路总里程的7 6 省道1 6 条 3 9 9 1 1 公罩 占公路总里程的9 1 县级公路1 6 2 条 9 4 7 8 3 公里 占公路 总旱程的2 1 6 乡道1 8 8 5 条 2 1 4 6 1 6 公里 占公路总里程的4 8 8 专用 公路1 6 8 条 5 6 2 4 9 公里 占总里程的1 2 8 见图1 2 圈l 一2 吉林省公路组成 已经基本形成了以省会长春为中心 区域中心城市为枢纽 高等级公路为 主骨架 四通八达的公路网 见图1 3 彻底改变了公路交通制约地方经济发 展的状况 为全省经济建设的腾飞和投资环境的改善创造了较好的条件 随着交通量的迅速增长 车辆载重量的增加以及道路使用年限的不断增 加 早先修筑的道路已经出现了不同程度的损坏 有些甚至已经丧失了其使用 性能 不能再为使用者提供应有的通行能力和良好的服务水平 这就需要我们 对路网内路面的使用性能进行调查 作出评价 在资金充足情况下 对所有不 满足使用性能最低要求的路段及时采取养护或改建措旄 在资金不充足情况 下 设法把有限的资金分配到最需要采取措施并能取得最佳效果的路段上 使 现有路网保持合理的服务水平 墼篓堡三些盔兰三堡些尘兰堡竺兰 例1 3 吉林省公路全图 沥青路面是公路路面的主要形式 在吉林省C P M S 系统的所有路段6 8 2 8 1 k m 中 沥青路面为5 7 5 4 3 k m 占8 4 本文通过对吉林省C P M S 系统的大部 分路段 所有沥青路面 的路面破损 平整度 弯沉三项指标进行调查 并系 统地分析了各代表路线的破损路况 平整度和弯沉实际状况和损坏原因 同时 作出客观评价 从而掌握吉林省沥青路面的使用状况 为养护决策提供必要的 基础数据 旦堡篓三些尘兰三塞璧 兰堡篁兰 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外 1 沥青路面使用状况的调查 目前 国外道路进行的调查 内容主要包括 破损调查 强度调查 平整 度调查 1 破损调查 对于破损调查 既有人工目测方法又有自动摄像方法 人工调查人为性较 大 所以质量控制是这项调查的关键因素 另外 调查人员在公路上行走 调 查 人身安全也缺乏足够的保证 目前 国外主要采用自动摄像方法 无论从 安全还是从效率的角度出发 路面瘸害检测从人工走向自动化是社会发展的需 要 8 0 年代中后期 美国 日本 法国等纷纷开展了以路面损坏实时采集设备 硬件 和路顽损坏图像的计算机图像自动识别处理系统 软件 为主要内容 的研究与开发工作 目前该方面的技术已经逐步成熟 进入了商品化阶段 但 是 国际上尚没有普及路面损坏自动检测设备的应用 主要原因是设备较昂 贵 损坏自动识别技术还有待进一步提高 l 2 平整度调查 对于平整度调查 主要有断面类仪器和反应类仪器 世界银行1 9 8 2 年在 巴西进行了平整度仪比较分析实验 试验分析发现 在相同速度条件下各种平 整度仪具有很好的相关性 其中四分之一车指数提供了最佳的相关值 根据当 时的观测 研究人员提出了国际平整度指数I R 的概念 并以四分之一车在速 度为8 0 k m h 时的值为1 R 值 单位用m k i n 删描述的是平整度的大小 它 其实是一个无量纲的指数 因为它来自于四分之一车模拟统计值 但习惯上用 r n k m 表示 2 1 3 强度调查 对于强度调查 主要有两类 即破损类和无破损类 破损类检测 系从路 面各结构层内钻取试样 在实验室内进行物理一力学性质试验 确定各项计算 参数 由此计算出结构承载能力 无破损类测定 则可不破损路面结构 通过 路表弯沉测定估算路面结构承载能力 现多采用无破损类检测 3 目前 落锤 式弯沉仪 F w D 是目前比较先进的路面承载能力动载评定设备 其应用已进 入规范化 标准化的阶段 至今已有5 0 多个国家和地区先后应用F W D 特别 譬 篓王些查耋三堡堡圭耋竺鎏兰 是美国和西欧等发达国家 F W D 应用很广泛 取得了非常显著的效果 2 沥青路面使用状况的评价 美国A A S H O 基于近1 0 年的实验观测结栗于6 0 年代中期提出了精赛上第 一个路面使用性能评价模型P 盯 P r e s e n tS e r v i c e a b i l i t yI n d e x 模型见式 1 1 P S I 模型对7 0 年代的公路养护管理技术 特别是路面管理系统的发展有着 深刻的影响 2 P S I 5 0 3 1 9 1 1 9 I S V 一0 0 1 丽一o 2 1 R f f 1 1 式中S 矿一一轮迹处纵向平整度离散度 C 一裂缝度 m 2 1 0 0 0m 2 p 一修 度 m 2 1 0 0 0m 2 R D 一 车辙深度 c m 日本的饭岛等在参考A A S H O 的P S I 模型基础上 开发了养护管理指数 M C I M a i n t e n a n c eC o n t r o lI n d e x 模型见式 1 2 M C I I O 1 4 8 c 03 0 2 9 D 07 0 4 7 2 1 2 式中朋a 一一养护管理指数 O t 0 C 一裂缝率 D 一一车辙深度 m m 口一一平整度 咖 1 2 2 国内 1 沥青路面使用状况的调查 目前我国对道路进行的调查 内容主要包括 破损调查 强度调查 平接 度调查等 1 破损调查 对于破损调查 主要是为了计算综合破损率 D R 和路面状况指数 P a 国内一般采霜人工法 但近 乙年也开始采用自动摄像方法了 8 0 年代末期 交通部公路科学研究所从法国引进了一台野外高速摄像室内 入工判读的表面破损摄影车 摄影车由装载车 同步摄影枫 光源设备移发电 机四大部分组成 随着车辆的行驶 摄影机不断地摄取路面影像 每个影像代 表路面长宽为6 c m 4 6 m 病害摄影一般在夜间进行 车前的灯光设备以与路 面成3 0 的角度提供2 0 e r a 长的光带 以便便路面破损能清楚地显示出来 摄 影机胶卷盒装有1 2 0 m 的胶卷 大约能摄取2 4 k m 长的路面破损状况 摄取的 篁丝蒌三兰銮耋三堡墼圭兰竺鲨兰 胶卷经过冲洗通过室内判读设备重显路面破损状况 操作人员在室内判读各种 病害 结果用计算机键盘输入计算机 最近国外研究人员对此类摄影摄像设备 进行了改进 增加了计算机图像识别系统 4 有的研究机构利用高速计算机实现了同步摄像和处理 目前国内有相当里 程的高速公路和专用公路 对这些大交通量 高速度的公路进行破损检测时必 须采用高速设备 目前国内用户进口设备比较多的是澳大利亚A R R B 公司生产的匹l 通道 四 个通道分别用于前方路况摄像 左侧路况摄像 右侧路况摄像和路面病害摄 像 数字图象系统 但据考察 其路面病害摄像分辨率太低 只能完全采用人 工识别 而其他三个通道的摄像结果目前都难于分析 本次路面破损状况的调查就是采用的自动摄像方法 2 平蘩度调查 对于平整度调查 主要有断面类仪器和响应类仪器 国内路面平整度仪的 研制起步较晚 t 9 7 8 年以后才有了较大的发展 关于平整度指标 我国在 1 9 8 4 年确定连续式平整度仪的均方差 之前主要是3 m 直尺指标最大间隙三 和合格率C 随着测试设备的发展 1 R I 值和V B l 值在我国也开始大量应用 同时各指表之间的相关关系的研究也大量进行 4 1 3 强度调查 对于强度调查 主要有两类 即破损类和无破损类 现多采用无破损类 目前在国内用得最多的就是贝克曼梁弯沉仪 2 沥青路面使用状况的评价 我国对于沥青路面使用状况的评价 现比较提倡多指标评价体系 高速 公路养护质量检评方法 试行 中提出路面养护质量指数 户 模型 见式 1 3 是目前较完善的评价模型 本项目即参照此模型计算 P Q 瑚 3 5 P C I O 3 5 R 沙0 2 0 P S S I O IO S R I f1 3 式中P 叫一一路面养护质量指数 值域为O 1 0 0 J P a 一一路面状况指数 值域为0 1 0 0 R 讲一一道路行驶质量指数 值域为0 1 0 0 麟卜 一路面结构强度指数 值域为O 1 0 0 艘卜 一路面抗滑性能指数 值域为O 1 0 0 墅玺堡二些查兰三堡璧 耋堡鎏塞 1 3 主要研究内容 I 吉林省沥青路面使用状况调查 本文通过对吉林省的5 7 5 4 3 k i n 的沥青路面破损 平整度 弯沉三项指标 进行调查 调查路段为5 条国道 1 5 条省道 共2 0 条路线 对于破损状况的调查 委托哈尔滨1 业大学利用自动摄像车厦其自行开发 的病害识别软件进行破损检测 对国省干线出现较少的车辙 拥包等病害采用 人工检测作为辅助措施 对r 平整度的调查 采用的是D y n a t e s t 5 0 5 1 M K I I 型激光断面仪 R S P 测试系统 在国道珲乌线 G 3 0 2 上选择标定路段 用精密水准仪确定标定路 段豫 将各标定路段的1 R I 值和相应的仪器测定结果点绘成曲线 建立标定 方程 以将测定结果转换成I R I 值 对于强度调查 采用的是贝克曼梁弯沉仪 结果进行修 F 后换算成路面结 构强度指数 P S S I 2 吉林省沥青路面使用状况评价 针对吉林省沥青路面结构状况的差异性 先对几个分项指标分别进行评 价 再对各分项指标统一值域 乘以相应的权值求和 参照 高速公路养护质 量检评方法 试行 中提出的路面养护质量指数 P Q 模型 进行路面综合 性能评价 3 吉林省沥青路面服务水平分析 本文在确定吉林省沥青路面服务水平时 采用的是路网中R H P C I P S S I P 的均值 用4 个指标联合描述路网的平均服务水平 P S S I P 的均值 用4 个指标联合描述路网的平均服务水平 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 第2 章调查路段的总体概况 调查路段为吉林省国省干线沥青路面 全长5 7 5 4 3 k m 评价路面使用性能的评价指标P 纠是 包括P C I R Q l P S S I S R I 在 内 加权平均后的综合评价 反映了路面在使用和养护过程中的总体情况 P C I R 剑 P S S I S R I 的权重可能因公路等级 交通量等因素的差异而不同 而且 在选择养护对策时 也要考虑公路等级 交通量 路面结构和使用年 限 所以 有必要对调查路段的总体概况作适当介绍 2 1 公路等级 调查路段包括一级公路 二级公路 三级公路 四级公路 一 二级公路 居多 具体情况见表2 1 和图2 1 表2 t 技术等级 技术等级里程 k m 所 宁比例 一级公路 1 7 6 3 6 53 0 6 5 二级公路2 7 6 4 8 7 4 8 0 5 三级公路 1 2 0 6 2 02 0 9 6 四级公路 1 9 6 20 3 4 图2 1 调查路段的公路等级状况 堕堡堡三些查兰三璧堡 三耋竺誊兰 2 2 交通量 交通量是指单位时闻内 通过道路菜一条车道或菜一断面的车辆数 我 f 调查的指标是年平均日交通量 A A D T 即 年内各日交通量的平均值 交 通量是引起路面疲劳破损的直接原因 调查路段的具体交通量情况见表2 2 和 图2 2 表2 2 交通量等级 交通等级轻中重 特重 里程 k i n 6 1 4 6 9 3 9 1 1 9L1 1 2 3 2 01 0 45 3 所占毙例 1 0 76 8 01 9 51 8 2 3 路面结构 图2 2 调查路段的交通量状况 路面结构包括面层类型 基层类型 面层厚度及路面的材料特性 显而易 见 不同的路面结构所表现的路面性能是不尽相同的 在相同条件下 采用不 同措施 如沥青混凝土加铺层 沥青表处等 修建的路蕊 具有不同的使用性 能变化特性 修建措施不同 路面结构具有不同的结构层次和结构强度 不同 的路面结构 对交通和环境因素的承受能力也不一样 这是使用性能变化的内 在因素 起决定性作用 调查路段的路面结构具体情况见表2 3 兰堡堡三些奎茎三堡堡圭兰竺耋耋 表2 3 路面结构 里程所 i 比例 路冠结构 k a n 沥青混凝土 3 c m 十二灰土 1 5 4 5 1 0 00 1 沥青混凝士 3 c m 石灰土 1 5 3 0 a m 6 38O 9 沥青混凝士 3 a m 水泥稳定粒料 1 5 4 7 c m 2 7 8O 4 沥青混凝土 3 c m 表处 4 2 10 6 沥青混凝 4 c m 二灰土 1 5 4 5 c m 4 3 9 O 6 沥青混凝土 4 c m 石灰土 1 5 3 0 c m 2 3 9 53 5 沥青混凝土 4 c m 二灰稳定粒料 1 4 3 0 c m 石灰土 1 0 3 3 c m 4 8 10 7 沥青混凝土 4 c m 石灰稳定粒料 l o 一2 5 c m 5 3 8O 8 沥青混凝土 6 c m 灰土 1 5 4 5 c m4 2 0O 6 沥青混凝土 6 c m 石灰士 1 5 3 0 c m 1 2 6 81 9 沥青混凝土 6 c m 二灰稳定粒料 1 5 4 3 c m 2 7 2O 4 沥青混凝土 6 a m 二灰稳定粒料 1 4 3 0 c m 石灰土 1 0 3 3 c m 2 6 0 0 4 沥青混凝土 6 c m 石灰稳定粒料 1 0 2 0 c m 石灰土 1 0 3 5 c m 2 3 80 3 沥青混凝土 6 c r 表处 1 6 2O 2 沥青混凝士 7 c m 二灰土 1 5 4 5 c m 1 7 0 0 2 沥音溜辫 7 r m 一摇 1 S r m 7 I 泥穗常粘料 1 R f m 1 7 O O 沥青混凝士 7 a m 石灰土 1 5 3 0 c m 1 9 l 22 8 沥青混凝土 7 c m 二灰稳定粒料 1 5 4 3 c m 6 0 3 18 舟 沥青混凝土 7 c m 二灰稳定粒料 1 4 3 0 c m 石灰土 1 0 3 3 c m 3 1 2 4 4 6 沥青混凝土 7 c m 二灰稳定粒料 1 5 2 5 c m 石灰稳定粒料 1 5 3 0 c m 2 0 7 73 0 沥青混凝土 7 c m 石灰稳定粒料 l O 一2 5 c m 8 0 61 2 沥青混凝土 7 c m 石灰稳定粒料 1 0 2 0 c m 石灰土 1 0 3 5 c m 5 0 1 0 7 沥青混凝土 7 c m 水泥稳定粒料 1 5 4 7 c m 2 9 1 6 4 3 沥青混凝土 7 c m 水泥稳定粒料 1 5 2 0 c m 石灰士 1 6 2 5 c m 1 4 9O 2 沥青混凝土 7 c m 水泥稳定粒料 2 0 c m 二灰土 1 5 2 5 c m 3 1 9 O 5 沥青混凝土 7 c m 水泥稳定粒料 1 5 2 0 c m 其它石 粒 料 1 5 3 0 c m 8 2 81 2 沥青混凝土 7 c m 天然砂砾 2 0 一3 0 c m 2 OO 0 沥青混凝土 7 c m 表处 1 7 6 0 3 沥青混凝土 8 c m 二灰土 1 5 4 5 c m 3 4 2O 5 沥青混凝土 8 c m 石灰士 1 5 3 0 c m 9 1 41 3 沥青混凝土 8 c m 二灰稳定粒料 1 4 3 0 c m 石灰土 l O 一3 3 c m 1 9 7 2 2 9 沥青混凝 i 8 c m 石灰稳定粒料 l O 一2 0 c m 石灰土 1 0 3 5 c m 1 8 4 82 7 沥青混凝土 S c m 水泥稳定粒料 1 5 2 0 c m 其它石 粒 料 1 5 3 0 c m 3 5 0O 5 沥青混凝土 8 c m 其它石 粒 料 1 5 2 0 c m 3 1 4O 5 1 0 堕玺鎏三些奎耋三塑堡圭兰堡兰兰 续表 里程所占比例 路面结构 k m 沥青混凝士 8 c m 表处 3 601 沥青混凝土 9 c m 二灰稳定粒料 1 5 4 3 c m 9 8 31 4 沥青泄凝土 9 c m 水泥稳定粒料 1 5 4 7 c m 1 2 l 91 8 沥青混凝土 l O c m 二灰士 1 5 4 5 c m4 7 80 7 沥青混凝土 l O c m 二灰土 2 0 2 5 c m 二灰稳定粒料 1 5 4 5 c m 2 3 0 63 4 沥青混凝土 l O c m 二灰土 2 0 c m 石灰士 1 5 2 0 c m 1 5 8O 2 沥青混凝土 l O c m 二灰稳定粒料 1 5 4 3 c m1 9 0 2 2 8 沥青混凝士 l O c m 二灰稳定粒料 1 4 3 0 c m 石灰1 1 0 3 3 c m 2 4 9 73 7 沥青混凝土 l O c m 二灰稳定粒料 1 8 2 8 c m 二灰土 1 8 3 5 c r o 2 3 7 43 5 沥青混凝土 l O c m 二灰稳定粒料 1 5 2 5 c t a 石灰稳定粒料 1 5 2 8 8 94 2 3 0 c m 沥青混凝土 l O c m 二灰稳定粒料 1 8 3 0 c m 水泥稳定粒料 1 5 7 9 8 9 1 l 7 3 0 c m 沥青混凝十 l O c m 二灰稳定粒料 1 5 c m 十复合材料 2 3 c m 3 1 10 5 沥青混凝土 l O c m 石灰稳定粒料 l O 一2 0 c m 石灰土 1 0 3 5 c m 2 6 9 0 4 沥青混凝士 l O c m 表处 7 7 81 1 沥青混凝土 2 0 2 3 c m 石灰稳定粒 l O 2 0 c m 石灰土 1 0 3 5 c m 5 001 沥青混凝土 2 0 2 3 c m 水泥稳定粒料 1 5 2 0 c m 其它石 粒 料 2 1 30 3 1 5 3 0 c m 沥青混凝土 2 0 2 3 c m 表处 2 6 9O 4 2 4 路龄 路龄被定义为现在到路面新建 改建或最后一次大 中修的时间 路面破 损状况与路龄有很大关系 随着路龄的增加 路面产生疲劳破坏 材料逐渐老 化 调查路段的沥青路面大部分已服役多年 具体情况见表2 4 和图2 3 表2 4 路龄 路龄 年 里程 k m 所一与比例 兰2 0 1 6 6 1 34 0 2 0 1 5 4 1 2 9 24 0 1 5 1 08 8 9 5 2 1 6 3 1 0 0 53 0 6 1 8 04 6 8 51 2 2 3 9 5 2 8 8 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 调查路段的路龄状况 1Enn 3 0 0 0 2 5 0 0 互2 0 0 0 艇1 5 0 0 旺 1 1 0 0 0 5 0 0 l 一 一 v 2 02 0 1 5 l5 1 01 0 0 5 5 路龄 年 2 5 本章小结 图2 3 调查路段的路龄状况 本章对调查路段的总体概况作了简单介绍 调查路段的公路等级以一 二 级公路居多 交通量以中等交通量为主 占6 8 路面结构复杂多样 面层为 沥青混凝土 基层多为石灰土 路龄以5 1 0 年居多 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 3 1 调查内容 第3 章沥青路面破损状况调查 路面破损状况调查的内容是破损率 D R 即鉴别各路段路面损坏的类 型 确定各项损坏的严重程度 量测损坏出现的范围 3 2 调查方法 路面损坏状况调查方法目前主要有人工目测方法和自动摄像方法 3 2 1 人工目测方法 人工目测方法通常由 3 5 人 组成一个调查组 调查人员鉴别调查路段上 出现的损坏类型和严重程度并丈量损坏范围后 记录在调查表格上 同一个路 段上如出现多种损坏或多种严重程度 应分别计量和记录 目前 公路部门广泛采用的方法是人工目测方法 对国 省道干线公路来 说 在车速不高和交通量不大的情况下 利用劳动力充足的优势进行人工目测 是切实可行的 人工检测的关键是技术培训 为了避免人工测量方法标准的不统一 在进 行大规模的省 地级公路检测之前必须对各调查组 3 5 人 进行方法和标准的 培训 通过 培训一实习一培训 的方式使操作人员认识病害分类标准和测量 方法 通过实习加深认识 利用实习调查结果对各组调查情况进行比较分析 使调查者取得统一的标准 但是人工调查人为性较大 所以质量控制是这项调 查的关键因素 另外 调查人员在公路上行走 调查 人身安全也缺乏足够的 保证 5 6 1 3 2 2 自动摄像方法 自动摄像方法是路面损坏实时采集设备 硬件 和路面损坏图像的计算机 图像自动识别处理系统 软件 相结合来检测路面损坏的方法 无论从安全还 是从效率的角度出发 路面病害检测从人工走向自动化是社会发展的需要 但 目前该方面的技术已经逐步成熟 进入了商品化阶段 但是 国际上尚没有普 哈尔滨工业人学工程硕七学位论文 及路面损坏自动检测设备的应用 主要原因是设备较昂贵 损坏自动识别技术 还有待进一步提高 5 6 1 3 3 调查实施 鉴于国外产晶高昂的价格和使用过程中可能出现的售后服务不及时 使用 方便性以及可能带来的额外经济负担 我国已有一些单位在这一领域开展研发 工作 南京理工大学已经生产了样车 河南 深彭l I 等地也i E 在进行研究玎发 哈尔滨工业大学从2 0 0 0 年开始进行设备与识别算法两方面的研究工作 2 0 0 3 年末已经生产出样车 并已经在吉林和黑龙江两地进行了几千公里的检测 系 统工作质量及稳定性很好见图 3 一1 根据现场考察和人工校验 我们决定委 托哈尔滨工业大学利用自动摄像车及其自行开发的病害识别软件进行破损检 测 对国省干线出现较少的车辙 拥包等病害采用人工检测作为辅助措施 髓3 1 晴尔滨工业大学开发的自动摄像车 3 4 吉林省沥青路面整体破损状况分析 路面结构的损坏状况 反映了路面结构在行车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 都需采取日常养护措施进行保养 以延缓路面损坏的 出现 而在路面结构出现损坏后 应及时采取相应的维修措施以减缓损坏的发 展程度 当路面损坏状况恶化到一定限度后 便需采取改建或重建措施以恢复 或提高其结构完好程度 因而 路面结构损坏的发生和发展同路面养护和改建 工作密切相关 7 1 3 l 路面结构的损坏状况 须从三方面进行描述 1 损坏类型 2 损坏严 重程度 3 出现损坏的范围或密度 综合这三方面 才能对路面结构的损坏 状况作出全面的估计 l 8 沥青路面的损坏可分为裂缝类 松散类 变形类 及其他类等四大类 各 类破损类型及其严重程度描述见 公路沥青路面养护技术规范 表4 2 2 3 4 1 路面破损状况的评价指标与评价标准 3 4 1 1 评价指标 路面破损状况采用路面状况指数 P C I 进行评价 路面状况指数由沥青 路面破损率 D R 计算得出 1 路面破损的具体种类及严重程度 2 路面破损换算系数 K 根据路面破损的严重程度和范围 见 公路 沥青路面养护技术规范 表4 2 2 路面综合破损率 D 尺 按式 3 1 计算 D R D a 1 0 0 D j K A x l 0 0 3 1 式中 D R 路面综合破损率 以百分数计 D 调查路段内的折合破损面积 m 2 D D K A 调查路段的路面总面积 m 2 D 第i 类损坏 类严重程度的实际损坏面积 m 2 如为纵 横向裂缝 其破损面积为 裂缝长度 m 0 2 哈尔滨工业大学丁程硕十学位论文 车辙破损面积为 长度 m 04 K 第i 类损坏 类严重程度的换算系数 可从 公路沥青路面养护 技术规范 表4 5 2 1 查得 路面状况指数 P a 的数值范围为O 1 0 0 其值越大 路况越好 P C I 的计算见式 3 2 P C 7 1 0 0 1 5 D R o 4 1 2 3 2 3 4 1 2 评价标准 根据路面破损情况 可将路面评价分为优 良 中 次 差五个等级 评 价标准根据 公路沥青路面养护技术规范 见表3 1 表3 1 路面破损状况评价标准 评级l 优 良中次 羔 路面状况指数 P C I l 8 5I 7 0 8 5l 5 5 7 0 I 4 0 5 5I 4 0 3 4 2 吉林省沥青路面整体破损状况评价 3 4 2 1 各路段调查结果 我们共对5 条国道 1 5 条省道进行了调查 具体调查结果见表3 2 各路 段的各损坏类型所占比例见图3 2 箜堡篓三些查兰三耋璧圭兰堡童兰 碟 j i 铷 强 盛 瀣 曲 叩 n 槲 兽 宕 西蜜 一 t I 塞 定 一 o N卜 磊 一 n S8 兽 苦 o 卜N 一 一 oo 1 o n g H o 口 n N o o 蜜 一 o o 芝 o N 为 搿 廿恻搿悯僻 1 强 l 婵恻敏i洲搿栅强制婢 1 1 噩 梨 1 噩 1 皿 似七 饕 球群群群鼙 凝避 穗 露景悟嚓 旧 刮 脚 式悉蜒螺枣蛙 延 燃 伽 鲻 蝰慑 粼 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 苎 竺 8 一 苫 葛 怼 一 葛 葛 翟 掰 E 咖搿恻敷l例搿删辫恻淫划谢 1 母 l取 1辩 丑 圈删七 群群碟碟冁辎涯替霹 墓降蹄 姐 寰暴蜓蟮窭蟪岳 型 魁 鲻 蝰惧 1 8 堕查薹三些銮兰三堡堡圭耋堡耋兰 a G 1 0 2 各损坏类型所1 5 比例 b G 2 0 1 各损坏类型所占比例 c G 2 0 2 各损坏类 H 所占比例 1 9 竺筌堡三些查耋三塞望土兰竺篁兰 d G 2 0 3 箨损坏类型所占比例 e G 3 0 2 各损坏类型所占比例 f G 3 0 3 各损坏类野4 所占比例 2 0 塞筌篓三些盎兰三矍塑圭兰堡兰兰 g S 1 0 1 备损坏类型所I 与比例 h S 1 0 2 各损坏类型所占比例 i S 1 0 3 各损坏类型所占比例 2 1 堕玺鋈三些查兰三堡璧当耋竺丝兰 j S 1 0 4 各损坏类型所占比例 k S 1 0 5 各损坏类型所占比例 1 S 1 0 6 各损坏类型所l l 比例 2 2 芝堡鎏三些查兰三塞竺圭耋竺堡耋 m 2 0 4 各损坏类型所占比例 n 2 0 5 各损坏类型所r I 比例 o 2 0 6 备损坏类型所 l 比例 堕至蒌三些奎兰三耋翟老兰堡篁兰 p 2 0 7 各损坏类型所占比例 q 3 0 1 各损坏类型所占比例 r s 3 0 2 各损坏类l 所占比例 生玺鋈三些查兰三堡堡圭兰竺鎏兰 S S 3 0 3 各损环类型所占比例 图3 2 各路段的各损坏类型所占比例 从各路段的调查结果看 除S 1 0 4 3 0 2 主导损坏类型为泛油外 其它路 段的主导损坏类型均为横裂 吉林省地处寒冷地区 低温开裂是导致其产生裂 缝的一个主要原因 由于气温骤降造成沥青面层收缩 在有约束的沥青层内产 生的温度应力超过沥青混凝土的抗拉强度时会产生开裂 或气温骤降时 沥青 混合料的应力松弛赶不上温度应力的增长 超过混合料的极限拉伸应变 便产 生开裂 此外 由于气温的反复升降导致沥青混台料的温度应力疲劳 以及随 着结合料的老化 混合料的拉伸应变减小 应力松弛性能降低 最后导致路面 不断开裂 3 4 2 2 路面整体破损状况评价结果 根据调查结果按式 3 1 计算破损率并按式 3 2 进行评价 调查路段 的总体评价结果见表3 3 及图3 3 表3 3 吉林省沥青路面整体破损状况 P c 评价结果 等级优良中次蒉 里程 k m 3 7 7 4 61 4 9 0 93 8 6 27 0 O3 2 6 所l 可比例 6 5 62 5 96 71 20 6 堕堡堡三些查兰三翌堡圭兰堡兰兰 3 5 本章小结 图3 3 吉林省沥青路面整体破损状况 本章对吉林省沥青路面的破损状况进行了调查与评价 从调查结果看 吉 林省沥青路面的P C I 值较高 达到优的占6 6 除S 1 0 4 3 0 2 主导损坏类型 为泛油外 其它路段的主导损坏类型均为横裂 这与吉林省所处的地理位置有 关 哈尔滨T 业大学工程硕士学位论文 第4 章沥青路面平整度状况调查 路面平整度是道路用户所熟悉和关心的重要公路指标 可定义为路面表面 诱使行驶车辆出现振动的高程变化 平整度不良的道路会影响乘车舒适性 降 低行车速度 加速车辆零部件损坏 增加车辆运营费用 不平整的道路使车辆 产生的冲击荷载反过来增如路面不平整性 加剧路面破损 平整度从舒适性 车速 经济性和道路养护四个方面影响公路与行车质量 因此 平整度成为度 量路面使用性能的一项重要指标 其特性和量测方法便成为道路工程中最为关 注的问题之 9 1 4 1 调查内容 调查内容为5 条国道 1 5 条省道的平整度状况 但各种方法的测定结果应 建立与国际平整度指数之间的对应关系 4 1 1 国际平整度指数的概念 要使用各种不同的反映类平整度仪 并得到具有在时间上和空间上稳定的 平整度指标值 必须研究确定一种标准的尺度 为了建立不同平整度仪之间的 关系 世界银行1 9 8 2 年在巴西进行了平整度仪比较分析实验 试验分析发 现 在相同速度条件下各种平整度仪具有很好的相关性 其中四分之一一车指数 提供了最佳的相关值 根据以上观测 研究人员提出了国际平整度指数麒 的 概念 并以四分之一车在速度为8 0 k m h 时的值为I R 值 单位用m k i n I R I 描述的是平整度的大小 它其实是一个无量纲的指数 因为它来自于四分之一 车模拟统计值 但习惯上用m k m 表示 2 J 4 1 2 国际平整度指数的优点 目前 I R 作为道路平整度测量的标准尺度已被广泛应用 我国在路面管 理系统C P M S 中采用了这个标准 I R 能够被广泛承认的原因是因为它有如下 优点 1 具有时间和空间的稳定性 由于I R 表示的是纵断面各点高程偏差的 统计值 因而无论何时何地只要路面纵断殛具有相同的高程分布 就会给出相 哈尔滨工业人学工程颂士学位论文 同的膪 值 2 脚与几乎所有的平整度仪都有很好的相关性 这一特点有利于把不 同设备的测试值向衄辟睾换和标定 甜 4 2 调查方法 由于平整度对道路及道路用户在经济 技术上都有影响 而且它随时间变 化 因而有必要对平整度进行经常性地检测及评价 为此 很早以前研究人员 就研究开发了路面平整度检测设备及仪器 在近半个世纪的发展过程中 曾提 出过多种平整度检测设备及仪器 这些仪器从测量方法上一般可分为二大类即 断面类仪器和反应类仪器州 断面类平整度仪 顾名思义是通过测量路面行车带纵向断面形状 高程 数据来计算平整度的仪器 断面类平整度测定的主要方法包括 水准测量 梁 式断匦仪 米直尺式 测量 惯性断面仪测量 纵断面分析仪测量 反应类平整度仪则是通过安装在车体上的仪器 测量车体与道路的相对位 移或车体位移加速度来计算平整度的仪器 反应类平整度测定的主要方法就是 车载式颠簸累积仪和拖车式颠簸累积仪 国内常用的平整度测试仪见表4 1 表4 1 常用平整度测试设备 N o种类 仪器开发国别 组织 测量方式 1 断面类水准仪及塔尺世界银行静态 2 断面类T R R L 三米梁式平整度仪 英国静态 3 断面类A P L 一7 2 平整度仪法国动态 4 断面类 M 匝R L r N 英国静态 5 反应类车载式颠簸累积仪英国动态 6 反应类拖车式颠簸累积仪英国动态 7 反应类R R D A S 平整度仪澳大利强动态 断面类平整度测定方法的主要优点是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 而其主要缺点是对于水准测量和 T R R L 粱式断面仪来说 测定速度太慢 不宣于大范围的数据采集 而对于惯 性断面分析仪来说 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 6 J 反应类平整度测定系统的优点是价格低廉 操作简便 可用于大范围内的 路面平整度快速测定 然而 由于这类测定系统是对路面平整度的一个间接的 度量 其测定结果同测试车辆的动态反映状况有关 也即随测试车辆机械系统 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 的振动特性和车辆行驶的速度而变化f 因而 它存在三项主要缺点 1 时间稳定性差 由于车辆振动特性会随时间和其他因素而变化 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被其他部门所复制 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 我们采用的是D y n a t e s t 5 0 5 l M K I I 型激光断面仪 R S P 测试系统 M a r kI I 型激光断面仪测试系统可以采集多种信息 范围包括行驶质量测试 困 际平整度指数I R I 和行驶指数 高精度的横断面和纵断面以及几何参数 如 纵坡 横坡 曲率半径或曲率等 较高版本的R S P 能在高速行驶中实时计