淺析水泥混凝土路面平整度對行駛舒適性的影響

葛景平，葛昕妍

（1.金川集團工程建設有限公司，甘肅 金昌 737100；2.廣汽研究院，廣東 廣州 511400）

水泥混凝土路面具有抗彎強度大、彎沉變形小、耐久性好、使用年限長、經(jīng)濟效益高等優(yōu)點，適用于各交通等級道路。水泥混凝土路面的平整度是路面使用功能的主要指標之一。隨著高速公路和高等級公路將大量修建水泥路面，行車速度將大幅提高。因而對路面平整、舒適度也將相應地提出更高的要求。因此，如何提高水泥路面的平整度及相應的檢測手段和措施的研究是亟需解決的問題[1]。

1 路面平整度對舒適性的影響

1.1 路面平整度

路面平整度是相對于一個基準幾何平面，路面縱橫方向的凹凸量，也稱路面不平度。路面平整度是一個整體性指標；一方面反映路面的施工質(zhì)量和現(xiàn)有路面的破壞程度，另一方面可用來評定汽車的行駛條件，即舒適性和經(jīng)濟性，以及對路面使用年限的影響[2]。

1.2 路面的不平整性形成的原因

首先是由于施工引起的路面不平整，這種不平整是影響水泥路面平整度的主要因素，一旦形成就難以改變。其次是使用后板塊不均勻沉降造成錯臺，填縫料處理不當及路面的破壞。縱向不平整主要表現(xiàn)在高低起伏的波浪、錯臺和坑槽。橫向主要表現(xiàn)為車轍和板塊起伏。橫向不平整對行車影響較小，一般以測量縱向平整度為主[3]。

1.3 平整度對行駛舒適性的影響

平整度對行駛舒適性的影響主要表現(xiàn)為縱向高低畸變，即不同頻率和不同振幅的波使行駛在路面上的汽車產(chǎn)生垂直和水平的振動，從而影響乘客的舒適性、行車速度和安全。

2 路面平整度檢測儀器的選擇

2.1 檢測儀器分類

根據(jù)目前路面平整度測量儀器和檢測方法的發(fā)展情況，測定平整度的方法和儀器很多，大體可分為兩類：

（1）斷面類。直接量測軌跡的縱斷面。主要類型有3 m 直尺、移動支架式測平儀。這類儀器的特點是能直接反映路面斷面平整度的真實情況，物理概念明確，比較直觀。缺點是測量速度比較慢，測點的隨機性較大。可用于路面質(zhì)量驗收和路況評價。

（2）反應類。量測儀器對路表不平整的動態(tài)反應。主要類型有顛簸累積儀、測振儀、加速度儀等。這類儀器的特點：一是測量的速度較快，一般能每小時測30～40 km。二是測量的數(shù)據(jù)量較大，能從宏觀和整體上反映路面的平整度和舒適度。儀器一般安裝在汽車上，測量起來比較方便。缺點是其量測指標對路面平整度只能作粗略的宏觀評價，不能反映出路表真實斷面。由于這是一種間接的測量，其測定結(jié)果隨檢測系統(tǒng)的特性和行駛的速度變化而變化，不同的儀器在不同的時間測出的結(jié)果都會不一致，需經(jīng)常對儀器進行標定。這類儀器一般價格都比較高，可用于路況調(diào)查和評價，不宜用于路面的竣工驗收。

2.2 對平整度儀器的要求

（1）能在短時間內(nèi)測出大量數(shù)據(jù)。

（2）使用和攜帶比較方便，測量方法比較簡便。

（3）各種類型的儀器之間指標能進行換算。

（4）結(jié)構(gòu)堅固簡便，適合于工程使用，價格比較低廉。

2.3 水泥路面平整度檢測儀器的選定

經(jīng)過對目前各種類型的平整度儀的調(diào)查，實地對比測試和比較，建議使用以下幾種水泥路面平整度檢測儀器：

（1）3 m 直尺。由于3 m 直尺使用、操作簡便，價格便宜，攜帶方便，適合于大量基層單位使用。而且其量測指標物理概念明確，也是其他類型平整度儀進行轉(zhuǎn)換和對比的標準和依據(jù)。因此雖然它的量測速度慢且測點存在一定的隨機性、局限性，仍保留作為水泥路面平整度儀器。

（2）八輪儀。該儀器的作用原理是以3 m 八輪行走架為基準，沿車道某一縱向位置連續(xù)量取三米直線中點的路面偏差，并進行畫圖和計算斷面偏差標準差值。該儀器能做到連續(xù)測量，測量的數(shù)據(jù)量較大，測量速度較快，使用方便，測量精度較高，指標比較合理，能反映出路面的真實斷面情況，是比較理想的路面平整度儀。

（3）顛簸累積儀。這類儀器種類比較多，一般安裝在汽車上，其作用原理是在汽車車架底和車軸之間設置位移傳感裝置，測量汽車在不平整的路面上行駛時，車軸與車架間由于彈簧變形而產(chǎn)生的壓縮和伸長的累積量。該儀器價格較便宜，儀器結(jié)構(gòu)簡單耐用，使用方便，精度較高，體積小，便于推廣使用。

3 研究的方法及依據(jù)

課題采取了把路面平整度與汽車行駛及人的舒適性聯(lián)系起來進行研究的方法。用各種不同的平整度測試儀，在不同類型的水泥混凝土路面上作了一些對比測試，對各種儀器的優(yōu)缺點進行了對比分析，還分析了施工工藝對水泥路面平整度的影響，得出了初步結(jié)論。

評價路面平整度與舒適度的方法，以研究汽車在不平整的路面上行駛與人體感覺之間的關(guān)系為依據(jù)。因人體對振動作用的反應是一個十分復雜的過程，所以舒適性研究是一個比較困難的問題。目前國際標準化組織已制訂出人承受全身振動評價的國際標準，我國也確定了以“等效采用”的編制國家標準的原則。這樣，舒適度的評價就可以通過汽車的振動特性來研究和確定路面平整度對人體舒適度的影響和關(guān)系。

4 初步結(jié)論

4.1 路面的不平整對行駛舒適度的影響

（1）路面大范圍的不平整對舒適性影響較大。由汽車振動特性的分析可知，汽車振動（激振）頻率對人體舒適度的影響有一個敏感帶，即在1～10 Hz范圍內(nèi)影響顯著并有激振和放大振幅的可能。其對應于路面不平整度的影響波長在5～18 m（正常車速80 km/h），而在高頻部分振動衰減較快，對舒適性影響逐漸減弱，也就是說大波長的起伏對舒適性影響較大，而且車速越高，相應的波長也越長。因此，路面小范圍（3 m 以內(nèi)）的不平整對舒適性有一定影響，但影響不大，而大的基面（5 m 以上）的不平整對舒適性影響最大。

（2）不同路面結(jié)構(gòu)型式對汽車行駛舒適性的影響。根據(jù)不同路面結(jié)構(gòu)型式對汽車行駛舒適性的影響測試結(jié)果看，水泥路面的舒適性明顯不如瀝青路面，這與一般普遍的感覺和觀點一致。其原因主要是由于路面結(jié)構(gòu)和材料特性不同所致，一是水泥路面有較多的接縫。二是水泥路面是剛性材料，不能像瀝青路面具有減振和緩沖的作用。所以，水泥路面的平整度的標準應與瀝青路面有所區(qū)別，應適當提高標準，同時施工時應采取有效措施，保證平整度。

（3）不同類型水泥混凝土路面對汽車行駛舒適度的影響。根據(jù)對無縫水泥路面（連續(xù)配筋）和有縫水泥路面舒適度的測量結(jié)果看，水泥路面眾多的伸縮縫對舒適性有一定影響，但影響不算太大。這是因為現(xiàn)階段水泥路面的縮縫一般都采用切縫工藝，因此在短期內(nèi)接縫處比較平整，不會影響舒適度。但有縮縫的路面經(jīng)過若干年（約3 年）的使用后，由于基層質(zhì)量問題以及板塊間的不均勻沉陷等影響，板塊間會產(chǎn)生一些相對位移，在接縫處造成不平整，會對舒適性有一定影響。

4.2 不同平整度檢測儀測試結(jié)果對比

根據(jù)對3 m 直尺、8 輪儀和顛簸累積儀的測試情況對比，有如下幾點結(jié)論：

（1）由于3 m 直尺、8 輪儀測量的物理意義不同，因此相關(guān)性不明顯，對實地測得的結(jié)果明顯不同。

（2）3 m 直尺和8 輪儀只能測量路面小波長范圍內(nèi)（3 m 以內(nèi)）的不平整度，而這種小波長的不平整對應到汽車的振動為高頻振動，只是影響舒適度的一部分，而且隨著車速的提高，衰減較快。因此它們只能部分地反映路面的舒適度，與實際情況還有一定差異，不能全面正確地反映汽車行駛的舒適度。另外，這兩種儀器都是靜態(tài)的測量方法，無法測量接縫等對舒適度的影響。

（3）單以反映路面高差來看，3 m 直尺和8 輪儀所測得的高差值也不能完全反映路面的真實高差。如3 m 直尺所測得的只是正向高差，即始終是一個方向的高差，而這個高差一般比相對于基準面（平均高差面）的高差值要大。又如8 輪儀測量的結(jié)果隨路面起伏的波長而變化，當波長與輪距相等時，測得的結(jié)果為真實值的2 倍；當波長為1／2 輪距時，測得的結(jié)果為0。因此這兩種儀器測出的結(jié)果是相對的，局部正確。

（4）顛簸累積儀雖然是測量汽車的振動，但方法較粗糙，測得的結(jié)果比較粗，難以正確、全面地反映舒適度。

（5）建議逐步過渡到采用加速度儀作為測量和評價水泥路面的平整度的標準儀器。

5 水泥混凝土路面不平整的原因

5.1 施工方面的原因

（1）模板頂面標高控制不嚴，模板支設扭曲變形，相鄰模板連接有高低錯臺，模板安裝固定不牢，導致水泥混凝土路面表面凹凸不平。

（2）水泥混凝土拌合不均，塌落度控制不嚴，運輸產(chǎn)生離析，攤鋪不連續(xù)不均勻，造成路面不平整。

（3）水泥混凝土振搗提漿厚度不足，石子外露，在抹平、拉槽或拉毛時造成不平整。

（4）施工管理控制不嚴，造成表面及邊角破損，形成路面不平整。

5.2 水泥混凝土路面接縫方面的原因

（1）水泥混凝土路面的橫向脹縫、橫向縮縫及橫向施工縫相鄰板塊間產(chǎn)生錯臺，縮縫的高差超過規(guī)定的要求。

（2）路面接縫中的砂石未清理干凈，灌縫過晚，造成路面板邊角破壞。灌縫材料高于或低于路面板表面。影響路面的行車舒適。

5.3 行車使用期養(yǎng)護方面的原因

（1）路面基層由于水的滲入，產(chǎn)生唧泥或凍脹，造成混凝土板塊變形破壞，影響路面平整。（2）養(yǎng)護不當，板角、板邊、板塊破損形成坑槽，造成路面不平整。（3）接縫養(yǎng)護不當，造成路面不平整。（4）路面未采取保護措施，直接在其上拌合砂漿或混凝土，造成路面污染，影響路面平整。

6 提高水泥混凝土路面平整度的主要措施

6.1 施工方面的措施

（1）模板安裝和固定、標高嚴格控制，防止模板變形。（2）混凝土拌和及攤鋪要均勻。（3）混凝土振搗均勻密實，表面浮漿控制在3～5 mm，加強抹面。（4）表面壓紋和拉毛應順直、平整、均勻，嚴禁深淺不一。（5）橫向脹縫、橫向縮縫、橫向施工縫應盡量設置在同一位置，并采用切縫。

6.2 設計方面的措施

（1）盡量采用連續(xù)配筋混凝土或鋼纖維混凝土路面，減少橫向縫。（2）采取優(yōu)質(zhì)填縫料，提高填縫施工和養(yǎng)護質(zhì)量。

6.3 加強養(yǎng)護方面的措施

（1）加強水泥路面的養(yǎng)護，發(fā)現(xiàn)破損，及時修補。（2）保持路面清潔，及時清除路面雜物。

7 研究思路

下一步計劃通過對車、路、人系統(tǒng)的理論分析研究和實地測量，探討在給定的舒適度標準下，通過對車輛行駛振動特性的研究，來確定對路面平整度的要求，具體的就是要確定路面譜（即路面縱向波長和豎向高差值）的變化范圍和控制幅度，以及提高水泥路面平整度的措施，根據(jù)舒適度標準提出相應路面平整度的指標。