基于推行式斷面儀評價南沙大橋鋼橋面瀝青鋪裝平整度研究

黃喬森, 申愛琴

(長安大學, 陜西 西安 710064)

瀝青路面平整度是瀝青路面施工質量控制及服務水平評價的關鍵指標之一。瀝青路面平整度不好，不僅降低行車速度，影響行車舒適性，還增加汽車燃耗和輪胎磨損，甚至會危及行車安全；同時車輛對路面的沖擊力增大會加劇道路的破壞，增加后期的養護維修費用，所以路面平整度成為衡量高等級道路性能的一項重要指標。瀝青路面的平整度檢測與評價方法得到了國內外學者和專家的廣泛研究。

平整度檢測分為斷面類、反應類兩大類。斷面類主要有3 m 直尺、連續式平整度儀和激光路面平整度測定儀，通過測高層得到平整度值；反應類最常用車載式顛簸累積儀，主要通過車輛顛覆情況得到平整度值。每種方法有其優缺點，3 m 直尺測試方法操作簡單，但效率低，不常用；連續式平整度儀法連續測量，工作效率高，不適合測試破壞嚴重的路面及平整度較差的路面；激光路面平整度測定儀檢測速度快、計算準確、穩定性好，但是成本較高；車載式顛簸累積儀，價格低廉、操作簡單，但檢測結果不能直接評價，需要換算成國際平整度指數。該文基于操作簡單考慮，同時兼顧準確評價瀝青鋪裝的平整度，采用推行式斷面儀對鋼橋面板及瀝青鋪裝進行測試與評價，并驗證該設備的適用性，以便為推進鋼橋面鋪裝平整度檢測與評價技術提供參考。

1 工程概況

南沙大橋是連接廣州和東莞的重要東西向通道，路線起于廣州市南沙區東涌鎮，經廣州市南沙區、番禺區，并先后跨越大沙水道、海鷗島、坭洲水道后，穿越虎門港進入東莞市沙田鎮。路線全長12.891 km，含兩座大跨徑懸索橋，分別是：坭洲水道橋雙塔雙跨懸索橋，跨徑布置為(658+1 688+522) m(鋼箱梁長度為548 m+1 688 m)、大沙水道橋雙塔單跨懸索橋，跨徑布置為(360+1 200+480) m(鋼箱梁長度為1 200 m)。鋼箱梁橋面板的坡度達到2%，縱橫交接的鋼板通過焊接而成，其上采用瀝青鋪裝結構，鋪裝結構為：下面層3 cm日本環氧瀝青混凝土EA10(細級配)+上面層3.5 cm日本環氧瀝青混凝土EA10(粗級配)。

2 推行式斷面儀測試原理及評價指標

2.1 測試原理

推行式斷面儀是澳大利亞ARRB公司設計的模擬真實步行速度的手推式斷面儀，通過安裝在滾動平臺上的三軸加速度計對縱斷面的相對高程及平整度進行測量，其中平整度測試出的結果為國際平整度指數IRI。IRI是國際上公認的評價路面平整度的指標，它是采用四分之一車模型來模擬實際車輛在80 km/h的標準速度行駛時車輛彈簧體系與后軸的積累相對豎直位移與行駛距離的比值。

2.2 IRI評價指標

中國通常采用連續平整度儀法測試路面的平整度，以標準差σ作為評價指標，也采用激光平整度儀測試，以IRI作為評價指標。世界銀行、納米比亞、密西根大學等相關報告(表1)中對不同路面狀況的平整度值給出規定，世界銀行對不同道面平整度的范圍進行統計；納米比亞對優良、差路面的平整度范圍有明確規定；密西根大學對不同服務質量的路面平整度范圍進行了進一步的劃分。由于鋼板凹凸不平的現狀，對橋面瀝青鋪裝的平整度沒有明確的規定。

表1 不同國家地區的研究報告

3 鋼橋面板及瀝青鋪裝平整度檢測與分析

推行式斷面儀行進速度保持為3～4 km/h，以保證測試的穩定性與精確性。對鋪裝前橋面板及鋪裝后瀝青鋪裝的橫斷面、縱斷面進行測試；縱向每隔100 m測試1個橫斷面，連續測試7個橫斷面，每個橫斷面測試17 m，每1 m輸出1個IRI值；橫向距中分線5 m左右各測1個斷面，共測試2個縱斷面，縱斷面測試長度為950 m，每1 m輸出1個結果。

3.1 橫斷面

3.1.1 鋼橋面板平整度測試與分析

測試過程需連續進行，鋼橋面板的IRI測試結果如圖1所示，對每個橫斷面的測試結果進行統計分析，如表2所示。

由圖1可知，7個橫斷面平整度變化趨勢基本一致，IRI最大值出現在10 m左右，平整性最差，變異系數比較大，IRI最大處基本出現在焊接縫位置附近，這與鋼橋面板的實際情況相符合。從表2可看出:IRI平均值為2～3 m/km，IRI平均值大于3 m/km的大約為30%，7個截面的IRI值分布概率表現出不同的特征，這與橋面板的實際表面狀況有關。研究結果可為施工中調節攤鋪機熨平板提供依據。

圖1 鋼橋面板橫斷面IRI測試結果

3.1.2 瀝青鋪裝平整度測試與分析

與鋼橋面板測試位置相同，瀝青鋪裝的平整度測試結果如圖2所示，對每個橫斷面的測試結果進行統計分析，如表3所示。

表2 鋼橋面板橫斷面IRI測試結果

圖2 瀝青鋪裝橫斷面IRI測試結果

從圖2、表3可知：IRI平均值為1 m/km左右，相對鋼橋面板平整度提高了50%，IRI平均值為0～2 m/km大約占75%；個別平整度較差，可能是鋼橋面板存在焊縫或者攤鋪機壓實不夠造成的； 7個斷面分布規律大致相同。按照世界銀行報告與納米比亞報告的指標，瀝青鋪裝層整體處在一個比較良好的狀態。

3.1.3 鋪裝前后平整度對比分析與評價

對鋪裝前鋼橋面板與鋪裝后瀝青鋪裝的IRI進行統計分析，結果如圖3所示。

表3 瀝青鋪裝橫斷面IRI測試結果分析

圖3 鋪裝前后橫斷面IRI測試對比

由圖3可得：瀝青鋪裝的IRI為0～1 m/km區域比鋼橋面板多了近2倍，瀝青鋪裝的IRI為1～2 m/km區域是鋼橋面板1.5倍左右，瀝青鋪裝大大提高了橫斷面的平整度。

3.2 縱斷面

3.2.1 鋼橋面板平整度測試與分析

對鋼橋面全長進行檢測，鋼橋面板的平整度測試結果見表4，分析結果如圖4所示。

從表4可得，兩個斷面平整度大小不一致，IRI最大處基本出現在橫向焊接縫位置附近，IRI平均值為2 m/km左右，焊接縫位置凹陷較大；變異系數相對較小，這與縱向良好的平整度有關，還可能與測試數據較多有關；從圖4可看出，IRI平均值為0～2 m/km區域大約占50%，IRI平均值為0～3 m/km區域大約占80%。

表4 鋼橋面板縱斷面IRI測試結果

圖4 鋼橋面板各斷面IRI概率分布圖

3.2.2 瀝青鋪裝平整度測試與分析

與鋼橋面板相同的測試位置，每1 m測試一個結果，瀝青鋪裝平整度測試結果如表5所示，各IRI測試分布如圖5所示。

表5 瀝青鋪裝縱斷面IRI測試結果

圖5 瀝青鋪裝各斷面IRI概率分布圖

由表5可知，IRI平均值為1 m/km左右，變異系數不足0.1，兩個斷面平整度大小不一致，IRI最大處基本出現在焊接縫位置附近；從圖5可得，IRI平均值為0～1 m/km區域大約占50%，IRI平均值為0～2 m/km區域大約占90%；整體平整度較為優良。

3.2.3 鋪裝前后平整度對比分析與評價

對比分析鋪裝前后的IRI分布規律，結果如圖6所示。

圖6 鋪裝前后縱斷面IRI測試對比

由圖6可得，瀝青鋪裝的IRI為0～1 m/km區域是鋼橋面板4倍多，瀝青鋪裝的IRI為1～2 m/km區域與鋼橋面板基本一樣，瀝青鋪裝的IRI范圍基本都在0～2 m/km，瀝青鋪裝改善了縱斷面的平整度。

4 IRI與σ的相關性分析

為了驗證推行式斷面儀對于評價鋪裝的適宜性，與連續平整度儀測試的結果進行對比分析，測試在瀝青鋪裝同一縱斷面上，設置相同的輸出頻率，對連續48個點的測試結果進行對比分析，測試結果如表6所示，并對測試結果進行相關性分析，結果如圖7所示。

表6 IRI與σ測試結果

圖7 IRI 與σ相關性分析

從圖7可看出：國際平整度指數IRI與σ呈線性相關關系，且滿足σ=0.575 6IRI+0.078，相關系數R2達到0.992，相關性較好，標準誤差只有0.2，驗證了采用推行式斷面儀測試的可行性，測試結果準確，測試過程簡單，可以推廣應用于評價瀝青鋪裝的平整度。

5 結論

基于推行式斷面測試并對比評價南沙大橋鋼橋面板與瀝青鋪裝的平整度，得到以下主要結論：

(1) 鋼橋面板由于縱橫接縫的存在，橋面板的平整性較差，可以通過鋪裝提高整體的平整度。

(2) 環氧瀝青鋪裝整體平整度較為優異。

(3) 基于推行式斷面儀測試的國際平整度指數IRI與連續平整度儀測試的σ的關系滿足σ=0.575 6IRI+0.078，相關系數R2達到0.992。

(4) 推行式斷面儀測試的結果準確、可靠，操作簡單，高效，可以推廣應用。