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路面平整度评价指标和方法

平整度是反映路面性能的重要指标。根据交通部标准《公路工程名词术语》和国家标准《道路工程术语标准》的解释，平整度的定义为：路表面纵向的凹凸量的偏差值。平整度对于公路工程的质量有着重要的影响，AASHTO于1960年的试验路表明，路面服务性能的95%都来自于道路表面的平整度，而LTPP的研究表明，路面平整度特别是初始路面平整度，严重影响着路面的使用寿命。由此，对路面平整度的评价成为一个关系到路面使用中的舒适性能和结构性能的重要问题，而不同的参数也用于描述路面的平整度。

1.     路面平整度指标

路面平整度指标是用于描述平整度状况的参量，各国在研究中主要关注的路面在纵向上凹凸偏差状况中的两个方面，即累计的凹凸偏差量和极值情况的凹凸偏差量。笔者认为，二者是反映着路面在使用性能中的两个不同的方面。累计的凹凸偏差量侧重于路面使用的舒适性，因为如果在道路的累计凹凸偏差越大，则可以认为车辆在行驶过程中一直处于颠簸状态中，其舒适性是相当差的；极值偏差量在反映舒适度的同时，更侧重于关注平整度对路面结构性能的影响，极值发生点的路面将随着极值的变大而承受着更多由车辆带来的竖向冲击力，在车辆荷载的反复作用之下，将产生材料的疲劳从而导致路面的结构性能降低。目前国内外主要使用的平整度评价指标主要有国际平整度指数IRI、直尺测定最大间隙与平整度标准差σ、纵断面指数PI、功率谱密度PSD、主观评价指标（平均评分等级MPR与行驶质量数RN）等。

1.1   国际平整度指数IRI

IRI是美国国家公路研究计划1978年提出的概念，世界银行1982年在巴西进行的平整度试验提出了IRI的计算模型与计算方法。IRI计算单一纵断面的平整度指数，由固定的弹簧质量和非弹簧质量的弹簧和阻尼组成车辆模型，以80km/h速度行驶，计算一定距离内悬挂系统的积累位移量作为IRI。IRI能够简易有效真实地测量路面凹凸量的积累值，成为了国际上运用最广泛的平整度指标。

笔者认为目前IRI的测试方法有着以下不足。首先，IRI的测试中，未能充分考虑到凹凸偏差量极值情况对于路面的影响，其仅仅是将这些极值记录在累计量中，而这种极值情况对于路面的影响是非常显著的，将极值平均化显然是不合理的。其次，IRI反映的是单一纵断面的路面平整度，这也不足以说明道路的全面平整度状况。尽管如此，IRI仍然是一种操作简易可行、数据真实有效的测试评价方法。

1.2   直尺测定最大间隙与平整度标准差σ

最大间隙量是将直尺直接置于待测路段得到的路面与直尺之间的最大间隙量作为平整度指标，常采用3m的直尺作为测量工具。当采用连续式平整度测试仪检测时，采用平整度标准差σ来表征路面的平整度。我国的《公路沥青路面施工技术规范》中规定，利用3m直尺测量最大间隙量时，对高速公路和一级公路的上面层要求其不大于3mm，对中下面层要求其不大于5mm；当利用连续式平整度测试仪测量时，平整度标准差不得大于1.8mm。同时国内研究建立了平准度标准差σ和IRI的关系：。

最大间隙量和平整度标准差很好的反映了路面的凹凸偏差量极值，其对于保护路面不受过大的竖向冲击力作用是有着明显的积极意义的。但是，同IRI相反的是，最大间隙量和平整度标准差都没有反映出整个路面中偏差量的积累情况，对于表现路面使用中车辆行驶舒适性是不利的。同时，有可能因为测量点的原因，由一次的较大凹凸偏差量而否认整条待测道路的路面平整度水平。

1.3   纵断面指数PI

PI利用断面式平整度仪测量出路面两轮迹带的平整度，使用纸带记录器以1/300的水平比例描绘路面的起伏，测量由起伏引起的纸带上面的高度并相加，再将该值除以水平距离得到断面指数PI。

PI值和IRI类似，都没有反映出路面凹凸偏差的极值情况，但有可能通过观察纸带上的扇形起伏的大小来预估出现极值情况的位置和极值大小。

1.4   功率谱密度PSD

道路断面可以认为是由不同特性的短波、中波及长波组成。功率谱密度表示变量在不同频率(波长)下的方差, 这样可以分析不同频率(波长)下的高程、速度、加速度的方差来分析路面断面的不平整性。经过滤波或车辆振动系统作用后的功率谱分析可以比较不同波长下输入、输出的变化, 从而知道平整度敏感的频率范围, 什么频率下经过系统作用后被放大, 什么频率下经过作用后振动被减弱。有利于评价动力反应类平整度的特征, 也为车辆振动系统的优化提供分析基础。

1.5   主观评价指标MPR与RN

主观评价指标是通过人的因素参与到对平整度的评价过程中，以主观评分作为路面平整度的定性指标。目前常用的是平均评分等级MPR和行驶质量数RN。两者都是通过路面专家小组行驶在待测路面上，然后根据形势的感觉对路面的平整度进行评分，两者都十分依赖于专家的经验和主观态度，同时测量时所乘坐的车辆对它们也有很大的影响。主观评价指标能够快速、直观的评价路面的平整度水平，其结果也反映人这一路面使用中最重要的因素对于路面行驶质量的客观要求。

2.     理想条件下一种新的路面平整度测量方法

笔者通过对路面平整度各种指标的学习研究，认为路面平整度的测量必须满足两方面的需求，即累计的凹凸偏差量和极值情况下的凹凸偏差量。因此，笔者设计了以一种新的路面平整度测量模型——电流式路面平整度测试仪。

2.1   电流式平整度测试仪的工作原理

电流式平整度测试仪是通过将车辆在行驶过程中的颠簸转化为电信号的方式记录，在考查电流信号在工作状态下的累积变化量的同时，对每一次的颠簸超过容许情况时的情况作出报警处理，最后通过计算机软件计算出在整个路面行驶过程中总的由纵向凹凸偏差引起的电流变化量，并结合报警的情况给出路面的两种平整度指标，并由此评价道路的平整度水平。

2.2   电流式平整度测试仪的车辆模型

如图1所示，电流式平整度测试仪是通过车辆在行驶过程中由车辆颠簸引起电阻从而导致电流的变化。电流在记录仪器上必然会出现波动的形状，由此波动的形状记录处波动面积，则此面积应为整个路面的平整度水平。同时，电流变化的极值点则为路面凹凸偏差极值点出现的位置。车辆和电流回路中的小轮的自身质量、尺寸、弹簧、阻尼、电阻以及电压都是固定的数值，以一定的速度行驶在待测路面上。记录仪记录的是颠簸波形和时间的图像，实际上也就是波形和形式距离的函数，由此可以得到具体某一位置的路面平整度状况。

图1. 电流式平整度测试仪模型图

2.3   电流式平整度测试仪的调试与使用

电流式平整度测试仪在记录仪上出现的是一种类似于锯齿波形的图像，如图2所示。在使用之前，首先必须明确测量的数据的意义。记录仪通过记录锯齿波形的形状，得到了车辆在行驶过程中路面的颠簸图像，通过这个图像的面积反映出路面的平整度状况。

首先要消除车辆自身的震动对图像的影响。笔者认为，可以将车辆行驶于平整度接近完美的新建水泥混凝土路面上。通过行驶一段距离后，从记录仪得到一定的波形，计算波形的面积S₁，除以行驶的时间，再除以2得到正负电信号的水准线坐标位置，在此水准线之内可以认为是车辆自身震动所引起的电信号波形变化。

图2. 记录仪记录波形图

在使用过程中，得到锯齿波形后，计算器面积S，即图2中阴影部分，可以利用下式得到两种道路平整度指数PRI（Pavement Roughness Index）：

                 或者                  

由于在记录过程中行驶速度一定，距离是时间的函数，即此二式在含义上是相等的。通过一定的PRI值的规定，可以约束路面的平整路水平控制。

同时，要记录测试过程中出现超过允许极值的时间点个数，首先计算出容许的最大路面凹凸差异值所能引起的电流变化水平，将此作为电流记录过程中的报警线，当电流波动大于此报警线时，即记录一次。由于极值点的存在对于路面的结构使用性能有着重要的影响，但仅由少数的极值点就全面否定整条道路的平整度质量，这样也是不合理的。故用一定数量的极值点作为约束路面平整度的另外一个条件。

2.4   在使用过程可能遇到的问题和不足

既然此设备是在理想条件下所建立的测试装置，其必定有着很多问题和不足。目前，笔者认为在使用过程中可能出现的技术问题和不足如下：

1）  车辆自身震动的消除：笔者认为，在使用过程中最为难以处理的就是消除由车辆自身震动所带来的电流变化。由于车辆的震动本身也是随机的，有可能在某个处于容许不平整范围内的路面处，其路面的不平整和车辆自身的震动正向叠加，而导致出现误报警的情况；也可能某个超过容许范围的点上，路面的不平整和车辆自身震动反向叠加，从而导致误不报警的状况出现。正确的消除车辆自身震动是正确反映路面状况的必要条件之一。

2）  容许最大值的确定：在利用3m直尺测量路面不平整时，容许出现的最大间隙不超过3mm，如何将这个容许最大间隙正确的反映成为报警线是很困难的，因为在标定此报警线的同时，已经将车辆自身震动、行驶状况等因素都考虑进去了，因此准确的标定必须要克服这些不确定因素。

3）  测试的局限性：此车辆模型能够测量的仅仅是双轮综合作用后在轴中央的颠簸情况，这无法测量整个横向的路面的不平整状况。虽然可以通过双轮独立并各自安装电路的方法测试双轮各自的路面平整度，但这样双轮各自对对方在行驶过程中影响就无法估计了。

4）  电流的精确性：由于电流对电阻十分的敏感，在使用过程中，联通电路的小轮同电阻的接触情况就必须十分的精确，而这样的精确性是否能够保证也成为了测量是否成功的重要条件。

综上所述，此种设备仅仅是理想实验条件的一种模型，具体在操作中仍然有很大的不确定性，但其可以记录车辆在行驶过程中的累积颠簸量和极值颠簸量，并可以根据波形和时间反推路面上某处的平整度状况，仍然不失为一种测量路面平整度新方法。

3.     小结

路面的平整度是路面服务性能的重要体现，其对路面使用过程中的舒适性和结构稳定性都有着重要的影响。在测试路面的平整度的同时，更应关注如何控制路面的平整度状况。毕竟检测只是验收阶段的工作，其性能已经形成，真正关系到使用的，仍然是建设阶段。

 

参考文献：

[1]. 路面平整度评价发展及趋势；周晓青，孙立军，颜利；公路交通科技，2005（10）

[2]. 路面平整度测试技术综述；常成利，和松，钱敬之，毛利建；公路交通科技，2006（04）

[3]. 路面平整度评价与分析技术研究；于仁杰；哈尔滨工业大学；2007

[4]. 公路工程中的平整度评价指标；张峰；公路与汽运；2004（04）

考完以后就觉得特别的空，这个空是空虚的，也是有空的空，但更多的是空虚的空。我本以为这算是求学生涯的最后几次考试结束后我会如释重负般的解脱，但是事实是，就像上海闷热的6月黄梅天下起了淅淅沥沥的小雨一样，淋着并不觉得有多爽快，却也比闷着汗湿着好一些。

却也不只是爽快这么简单，因为这样的日子有着一个明显的意义，即以后不再上课了。我一直这样认为，没有课上的学生就如同失业一般，不再是学生。于是我决心好好的收拾收拾心情来看看这样的学生生涯之结束。当然目前的心情肯定没有年半后怀揣着文凭滚蛋时那样惆怅，但也颇为有丝小哀伤。本就不是什么好学生，也无从有什么求学之道可以总结，自得其乐的过了那么些舒心的日子，却几近一无所有。当年收拾好东西准备离开学校的时候，我有种预感，那就是我读书生涯还没有完，我还会回来的。如今，基本看不到了继续读下去的念头，早该担起自己的责任了，却总拿着这些那些的借口原因搪塞，直到头顶也冒出了几根白发，叫板似的说，你拖啊，你再拖啊，也这一天，才明白自己任性不懂事的勾当做得太多太久了。发现生活的岔路口上大伙都泪奔着说再见却又无比坚定的奔着一个又一个诱人的目标飞也似的去了，自己还傻波一般的唱着“站在原地等着一切再出现”，可不是loser是什么呢。

倒不是为这些个倒酸水，这是有点无所适从。再次强调一遍不再读书的生活开始了，这种没课上的日子上一次发生的时候身边正剧烈的变化，自己也在拼了老命的寻找下一个路口。这次更离谱的是，向上没有解脱的办法，向下仍是漫长的等待。与其被生活活活闷死，不若就这般抗争，可耻的苟活着。看来是找个靠谱女青年畅谈畅谈憋屈与憋尿之区别的时候了。老想着一个问题，是否享受过程这个命题对于我太难了？

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