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文档简介
交通运输行业标准
公路基础设施长期性能科学观测网
第2部分:观测规范
(征求意见稿)
编制说明
标准起草组
2023年10月
1
一、工作简况
(一)任务来源
为贯彻落实《交通强国建设纲要》《国家综合立体交通网规划纲要》,推动
构建符合实际、具有中国特色的交通基础设施设计建造养护理论体系,服务交通
运输高质量发展,根据“十四五”交通运输相关规划部署,交通运输部决定启动
交通基础设施长期性能科学观测网建设工作。
鉴于我国在公路工程领域已开展近30年的长期性能跟踪观测与研究,积累
了大量的实践经验,技术较为成熟。交通运输部办公厅在2021年底优先启动了
“公路路基路面长期性能科学观测网”(以下简称“观测网”)建设试点的相关
工作。该项工作同步发布了《公路路基路面长期性能科学观测网试点建设指南》,
对公路路基路面长期性能观测活动中的观测点、观测方法和原则、观测指标体系、
观测数据管理方法、观测点标志标识等提出了相应的技术要求,为试点观测点的
遴选和建设提供了必要的参考和指导。
为了更进一步规范观测网建设、观测和数据汇交工作的标准化,《交通运输
部关于下达2023年交通运输标准化计划(第一批)的通知》(交科技函〔2023〕
366号)下达了《公路基础设施长期性能科学观测网》系列标准计划,本文件是
第2部观测规范,计划号是JT2023-23。
(二)主要工作过程
本标准的编制工作主要服务于公路路基路面长期性能科学观测网建设。该
项工作启动以来,为确保各观测点能够按照统一标准开展条件建设与升级、数据
采集与汇交、科学分析与研究,主编单位编制了相应的建设指南和一系列标准草
案,给出了观测点、观测方法、观测指标、观测数据管理、标志标识等指导性要
求,为各依托单位和建设单位从行业层面提供了重要的技术参考。在此基础上,
主编单位历经3年多的修改和完善,最终形成了本标准的主要技术内容。本标准
的具体工作过程简述如下:
2019年10月,在第S54次香山科学会议-“中国长寿命路面关键科学问题
及技术前沿”主题会议召开之后,交通运输部科技司启动了观测网建设工作。经
过广泛调研和考察,由交通运输部公路科学研究所(以下简称“公路所”)编制
形成了观测网的建设指南和建设方案。2021年12月,公路所受交通运输部科技
1
司委托,在总结前期大量公路长期性能观测工作基础上编制形成了“公路路基路
面长期性能科学观测网试点建设指南”。2022年,公路所编制形成了公路基础
设施长期性能科学观测网系列规范草案,并广泛征求观测网19个试点观测点推
荐单位、建设单位和主要技术支撑单位的意见,对公路基础设施长期性能科学观
测网系列规范进行了多次修改和完善。
2023年7月21日,交通运输部科技司发布了《交通运输部关于下达2023
年交通运输标准化计划(第一批)的通知》(交科技函〔2023〕366号)下达了
《公路基础设施长期性能科学观测网》系列标准计划。
2023年7月至2023年9月,公路所依托足尺路面试验环道平台和观测网19
个试点观测点的实践经验,按照观测网建设、运行和数据汇交的3个不同阶段,
修改和完善原有规范草案,编制形成了《公路基础设施长期性能科学观测网第
2部分:观测规范》(征求意见稿)及编制说明。
(三)起草单位
主编单位:交通运输部公路科学研究所。
参编单位:山东省交通科学研究院、广西交投科技有限公司、江苏交通控股
有限公司、四川省公路规划勘察设计研究院有限公司、四川高速公路建设开发集
团公司、招商局公路网络科技控股股份有限公司、新疆交通投资(集团)有限责
任公司、青海省交通控股集团有限公司、浙江交投高速公路运营管理有限公司、
内蒙古公路交通投资发展有限公司、江西省交通投资集团有限责任公司、福建省
高速公路集团有限公司、黑龙江省公路勘察设计院、昭通昭阳绕城高速公路投资
开发有限公司、宁波市杭州湾大桥发展有限公司、新疆交通规划勘察设计研究院
有限公司、河南省交通规划设计研究院股份有限公司。
(四)起草人员及其所做的具体工作
起草人员:王旭东、周兴业、吴将丰、吴洋、肖倩、关伟、单伶燕、李倩、
王林、傅琴、吴赞平、张晓华、周栓科、赵战伟、冯立群、钟闻华、胡根生、张
志耕、彭爱红、曾俊铖、陈柯、杨碧宇、王金权、刘杰、王笑风。
具体工作:主编单位在交通运输部和各省市交通主管部门的多年连续支持
下,已开展了30余年系统的公路长期性能观测研究工作,并已在观测试验基地、
仪器设备、数据管理系统、共享及示范服务平台等基础条件建设方面取得了显著
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成效,建成了具有国际先进水平的野外观测能力和国际领先水平的室内外多尺
度试验能力的科学观测试验平台,为本标准的制定提供了充分的基础条件。主要
负责对标准的总体框架布局、技术方案确定、整体内容编制工作。
参编单位作为交通基础设施长期性能科学观测网第一批试点观测点的建设
单位或技术支撑单位,参与长期性能观测工作,具有较强的工作经验,共同参与
标准的部分内容编制、修改和完善工作。
起草组主要成员及其分工如表1所示。
表1起草编制组主要成员及分工
序号姓名工作单位工作任务
总体负责,起草标准编制章节内容框
1王旭东交通运输部公路科学研究所
架,负责1、2、3、4章编写及统稿
负责第4章观测手段及附录A车型分类
2周兴业交通运输部公路科学研究所
表的编制
3吴将丰交通运输部公路科学研究所负责第4章观测内容、观测方法的编制
4吴洋交通运输部公路科学研究所负责第4章观测频度的编制
负责第5章路域环境信息观测指标的编
5肖倩交通运输部公路科学研究所
制
负责第5章交通荷载信息观测指标标的
6关伟交通运输部公路科学研究所
编制
负责第5章沥青混凝土路面路况信息观
7单伶燕交通运输部公路科学研究所
测指标的编制
负责第5章水泥混凝土路面路况信息观
8李倩交通运输部公路科学研究所
测指标的编制
9王林山东省交通科学研究院参与第4章观测手段的编制
参与第5章水泥混凝土路面路况信息的
10傅琴广西交投科技有限公司
编制
11吴赞平江苏交通控股有限公司参与第4章观测手段的编制
四川省公路规划勘察设计研
12张晓华参与第4章观测手段的编制
究院有限公司
四川高速公路建设开发集团参与第5章沥青混凝土路面路况信息观
13周栓科
公司测指标的编制
招商局公路网络科技控股股参与第5章沥青混凝土路面路况信息观
14赵战伟
份有限公司测指标的编制
新疆交通投资(集团)有限参与第5章沥青混凝土路面路况信息观
15冯立群
责任公司测指标的编制
青海省交通控股集团有限公
16钟闻华参与第5章其他观测指标的编制
司
浙江交投高速公路运营管理
17胡根生参与第5章其他观测指标的编制
有限公司
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序号姓名工作单位工作任务
内蒙古公路交通投资发展有参与第5章结构响应信息观测指标的编
18张志耕
限公司制
江西省交通投资集团有限责参与第5章结构响应信息观测指标的编
19彭爱红
任公司制
福建省高速公路集团有限公参与第5章沥青混凝土路面路况信息观
20曾俊铖
司测指标的编制
21陈柯黑龙江省公路勘察设计院参与第5章其他观测指标的编制
昭通昭阳绕城高速公路投资参与第5章水泥混凝土路面路况信息的
22杨碧宇
开发有限公司编制
宁波市杭州湾大桥发展有限
23王金权参与第5章其他观测指标的编制
公司
新疆交通规划勘察设计研究
24刘杰参与第4章观测手段的编制
院有限公司
河南省交通规划设计研究院
25王笑风参与第4章观测手段的编制
股份有限公司
二、标准编制原则和确定标准主要内容的依据
(一)标准编制原则
《公路基础设施长期性能科学观测网第2部分:观测规范》的编制遵循科
学性、实用性、先进性、可持续性、兼容性等基本原则。
1.科学性
本标准的编制基于足尺路面试验环道、国家野外站和行业观测网的长期观
测实践经验,确保标准的科学性。在观测方式的选择上,考虑了目前研究的常用
方法,即传感器自动观测和人工观测两种方式,提出相应的观测设备及需求。
2.实用性
本标准的编制从公路基础设施长期性能的观测需求出发,紧密结合长期性
能观测研究人员的日常观测需要,指导实际观测工作开展。在编制过程中将广泛
征求行业主管部门、建设单位、主要技术支撑单位的意见和建议,凝聚共识,制
订的技术内容将充分考虑可行性和可操作性,以确保具有较高的实用性。
3.先进性
本标准的编制充分吸纳国内外公路基础设施长期性能观测的最新研究成果、
先进工程案例的经验和做法,提出更加符合我国公路基础设施长期性能观测网
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需求的观测方式、观测要求,总结提炼后形成本规程的各章、节、条、款,以保
证各项技术规定的先进性和前瞻性。
4.可持续性
本标准的编制是公路基础设施长期观测的保障,形成了相对系统和成熟的
观测技术,通过人工观测或自动观测方式,实现10年及以上的科学观测。
5.兼容性
本标准将是一个开放的技术体系,具有较强的包容性、拓展性和可修正性,
有利于不断吸纳更多的研究成果和工程实践经验,便于规范的不断完善。
(二)标准编制框架
1.标准名称与框架
本标准属于制定标准。申报时采用的名称为《公路长期性能科学观测网观
测规范》,按照公路长期性能观测网建设、观测和数据汇交的三个阶段的划分,
属于观测阶段范围,具有明显的界限划分。根据评审专家和部科技司建议,为了
更好的区分公路、桥隧,参照交通运输部办公厅发布的“交通运输部办公厅关于
公布交通基础设施长期性能科学观测网第一批试点观测点的通知”(交办科技函
[2022]1237号),最终修改为《公路基础设施长期性能科学观测网第2部分:观
测规范》。
本标准的总体框架包括:范围、规范性引用文件、术语和定义、观测技术要
求、观测指标体系、附录A车型分类表。
2.参考标准
(1)《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40)
(2)《公路沥青路面设计规范》(JTGD50)
(3)《公路路面技术状况自动化检测规程》(JTG/TE61)
(4)《公路路基路面现场测试规程》(JTG3450)
(三)标准主要内容的确定依据
1.术语和定义
(1)定位观测(第3.1条)
定位观测包含了原位观测、暴露观测和人工干预观测等方式。
(2)原位观测(第3.2条)
5
原位观测是在道路表面和路基路面结构内部原始位置上所开展的长期性能
科学观测。
(3)暴露观测(第3.3条)
暴露观测是在自然环境状态下,对路基路面的材料、结构、关键工艺等开展
的暴露试验和科学观测。
(4)人工干预观测(第3.4条)
人工干预观测是通过人为设定观测条件而开展的科学观测。
(5)周期性观测(第3.5条)
由于观测仪器设备的不同,可以将观测类型分为周期性观测和实时观测。其
中,周期性观测就是采用间隔一段时间采用仪器设备自动观测或人工观测的方
式,重点强调的是阶段性的采集观测。
(6)实时观测(第3.6条)
实时观测是采用仪器设备持续不断的对观测对象进行的自动观测,它需要
稳定的供电系统作为前提条件,利用传感器设备实现连续不断地实时采集观测。
(7)观测方式(第3.7条)
观测方式包括仪器设备的自动观测和人工观测两类。
(8)观测频度(第3.8条)
为了更好的规定观测指标单位时间内的观测次数,需要定义观测频度,从而
实现标准化的长期性能指标观测。
2.观测技术要求
(1)观测内容(第4.1条)
在本标准申请立项之前,主编单位依托足尺路面试验环道平台、北京大杜社
公路材料腐蚀与工程安全国家野外科学观测研究站和交通基础设施长期性能性
能科学观测网建设,在长期性能观测方面开展了大量的基础性工作:
足尺路面试验环道于2015年11月建成,是世界首条以长寿命沥青路面服
役性能验证为目标的试验环道,全长2038m,布设了38种国内外典型的、可适
用于长寿命路面使用的试验路段。该平台在不同路面结构内部埋设10余类,超
过2000个传感器,依托加速加载的方式和物联网技术可同时采集路面结构的全
寿命服役信息。依托足尺路面试验环道平台开展了38种国内外典型路面结构的
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全寿命服役信息的定位观测,系统采集了包括路域环境信息(包括路域气象环境
信息、路面结构内部温湿度信息)、交通荷载信息(轴载信息)、路况性能信息(包
括车辙、平整度、抗滑性能等)、结构响应信息(包括弯沉、应力应变、竖向变
形)等在内的长期观测和采集工作;
结合北京大杜社公路材料腐蚀与工程安全国家野外科学观测研究站,采用
“一站多点”模式,针对长期性能观测中的关键技术问题、节点、环节,以足尺
路面试验环道为中心站,13个不同区域的代表性观测点为补充,采用定位观测
方法,持续采集气象环境和结构内部不同深度位置的温度、湿度数据,交通荷载
数据,性能演化数据以及结构力学响应数据等,形成了跨越高纬度、高海拔等极
端气候,涵盖干旱、荒漠、冻土等地质特征,具有较为广泛代表性和覆盖面的观
测体系,以掌握空间尺度差异对公路工程服役规律的影响。
主编单位作为主要技术负责单位参与交通基础设施长期性能性能科学观测
网的建设和运行工作,开展了我国13个不同气候、地质、自然条件地区的路基
路面长期使用性能野外观测工作,已建观测点均按照路域环境、交通荷载、路况
性能、结构力学响应4大类的观测指标进行一般观测点路段或特殊观测点路段
的长期性能观测,选择周期性观测或实时观测的方式进行了长期性能观测。采用
动、静态传感器,实现实时、自动监测,其中动态传感器的采集频率为2000Hz,
静态传感器的采集频率不小于1次/10min,周期检测频率不小于2次/年,积累
了丰富观测数据。
基于足尺试验环道中心站和已有观测点的观测经验,形成了包括路域环境
信息、交通荷载信息、路况性能信息、结构力学响应信息在内的观测指标体系。
在《公路路基路面长期性能科学观测网试点建设指南》的基础上,细化弯沉指标
为10m弯沉和定点弯沉两类,沥青路面病害除了裂缝(包括纵向裂缝、横向裂缝
和斜向裂缝)外,增加了坑槽、拥包、网裂等其他类损坏,从而形成了观测指标
内容,如表2所示。
表2公路基础设施长期性能的观测内容
序号观测内容
温度、湿度、光照度、降雨量、风
路域气象信息速、风向、紫外辐射、总辐射、大气
1路域环境信息
压力
结构内部环境信息结构内部温度
7
序号观测内容
结构内部湿度
交通量
交通基本信息
2交通荷载信息交通组成
车辆轴载信息车辆轴重
坑槽、拥包、网裂等其
他类损坏
路面病害
纵向裂缝、横向裂缝和
沥青混凝路面路况性斜向裂缝
能信息车辙
平整度
摩擦系数
路面抗滑
构造深度
3路况性能信息
破碎板
裂缝
路面病害板角断裂
水泥混凝路面路况性错台
能信息板底脱空
平整度
摩擦系数
路面抗滑
构造深度
整体结构变形响应信定点弯沉
息10m弯沉
结构力学响应
4结构层内应力
信息
结构层力学响应信息结构层内应变
竖向变形
在上表中,只是展示了公路基础设施长期性能观测的常见观测内容,对于特
殊气候环境、地质条件、构造物等,如盐渍土地区、永冻土和严寒地区、高填方
路基、桥面铺装等,宜增加有针对性的观测内容,从而确保观测的差异性和有效
性。
①盐渍土地区
我国的盐渍土分布广泛,从热带到寒温带、滨海到内陆、湿润地区到极端干
旱的荒漠地区,均有大量盐渍土的分布。我国盐渍土总面积约为3600×104hm2,
占全国可利用土地面积的4.88%。西北、华北、东北地区及沿海是我国盐渍土的
主要集中分布地区。其中,西部六省区(陕、甘、宁、青、蒙、新)盐渍土面积占
全国的69.03%。盐渍土的膨胀、溶蚀和腐蚀等性质给盐渍土地区的工农业、交
通及民用建筑带来了严重危害,很大程度的阻碍了地区的经济和社会发展。
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盐渍土类型有氯盐渍土、亚氯盐渍土、硫酸盐渍土和亚硫酸盐渍土,一般采
用含盐量指标代表结构层的盐分大小,因此,盐渍土地区宜增加路面结构内部及
路基内部含盐量观测,有助于进一步揭示盐渍土地区公路路基病害机理。
②永冻土和严寒地区
我国的多年冻土分布面积215万平方公里,约占世界多年冻土分布面积的
10%,占我国国土面积的21.5%,是世界第三冻土大国。这些冻土主要分布在青
藏高原、东北大小兴安岭和西部的天山、阿尔泰山及祁连山等地区。青藏高原由
于其海拔高、气候严寒的特点决定了多年冻土的存在和广泛的分布,其多年冻土
是世界上中、低纬度地带面积最广、厚度最大、温度最低的多年冻土地区,面积
约为150万平方公里,占中国多年冻土区总面积的70%。
在气候变暖的大背景下,工程活动引起的热扰动会诱发一系列多年冻土冻
融工程病害。尤其青藏高原高海拔多年冻土温度高、热敏感性强、升温退化剧烈,
冻土融沉及恶劣环境导致沉陷、失稳、开裂等工程病灾害,呈现隐蔽性、长期性、
突发性。针对多年冻土区公路建设,虽然前期开展了大量工作,积累了大量的观
测数据,但仍存在长期性能观测研究不足、基础数据采集分析不够等诸多问题。
由于缺乏长期科学观测数据,多年冻土地区沿线热、力学稳定性和与冻土环境间
的相互影响等问题仍需持续的关注和维护。
以青海省G0613西丽高速公路观测点为例,该路段穿越于山前平原、宽阔沟
谷地带,沿线海拔高度缓缓降低,多年冻土与长石头山多年冻土基本连接呈连续
分布,土层岩性以砾砂、粉砂土为主。多年冻土温度约为-0.5~-1℃之间左右,
冻土含冰量较高。在多年冻土上限附近包裹冰、微层状冰,在10m深度以上包
裹冰、薄层状冰多见,下部风化泥岩中常有脉状冰,20m深度范围高含冰量土
层多见。
因此,在标准的制定过程中,针对永冻土和严寒地区,提出应增加路基内部
距路表2.5m以下深度范围的温度和湿度观测,以及路域外天然地表下不同深度
位置处的温度和湿度观测,必要时可增加路基冻胀融沉变形、孔隙水压力等观测,
从而进一步揭示多年冻土地区公路路基病害机理。
③高填方路基
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由于高填方路基填筑高度较高,路堤本身累积沉降大,因此需要对其稳定性
进行专门的观测和分析。根据《公路路基设计规范》(JTGD30-2004)中“3.6
高边坡路堤与陡坡路堤、附录B检测内容与项目”的有关规定,对于高填方路基
建议增加路基稳定性观测。
④桥面铺装
在交通荷载应力和温度循环变化应力的耦合作用下,桥面铺装性能不断衰
减,现有的检测数据多集中于桥面外部况状检测,无法明晰桥面铺装结构内部温
度、湿度、应力应变等状态信息,仅能够支持基于表面观察数据的桥面铺装性能
衰变或病害发育分析。因此,应在桥面铺装内部及梁内部增设温度传感器、湿度
传感器、应变传感器、应力传感器等,以实现桥面铺装结构内部状态数据的直观
采集,为了解沥青路面在不同荷载作用下各结构层之间的荷载传递规律、应变规
律、温度与湿度梯度变化规律提供数据支持。在各项指标的选择过程中,从路面
材料和道路结构的影响因素出发,温度、湿度是路面的两个主要影响因素,光照
度、紫外辐射、总辐射、大气压力会加速沥青材料的老化进程,降雨量会影响路
面结构湿度,同时会引发路面的水损坏,风速和风向同样会响应路面温度、湿度,
因此,选择温度、湿度、光照度、降雨量、风速、风向、紫外辐射、总辐射、大
气压力9参数作为路域环境信息的观测内容。而路面结构内部环境信息主要是
温度和湿度两类,根据足尺试验环道的研究报告显示,路面结构内部的温度存在
双周期变化规律,即年周期变化和日周期变化,且基本的规律一致,即结构内部
深度越大,波动幅度越小,且随深度产生滞后效应。基于足尺环道服役性能观测
结果发现,温度对弯沉、车辙、平整度、抗滑、结构力学响应、噪声等几乎所有
的服役性能均具有显著影响,湿度同样也是同样如此,因此需要开展路面结构内
部不同深度位置的温度和湿度的观测。
根据《公路沥青路面设计规范》(JTGD50)、《公路水泥混凝土路面设计
规范》(JTGD40)的有关规定,交通组成、交通量和车载轴载是路面路面结构
设计的重要参数指标,是决定了公路等级、路面结构的设计使用年限等设计指标
的重要参数,因此需要开展此类指标的长期观测,为路面设计提供参考依据。
根据路面工程的实践经验,沥青混凝土路面路况性能主要是包括了路面病
害、车辙、平整度、摩擦系数、构造深度等,其路面病害类型主要为坑槽、泛油、
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拥包、网裂、纵向裂缝、横向裂缝、斜向裂缝等;水泥混凝土路面的路况性能主
要包括路面病害、平整度、摩擦系数、构造深度等,其路面病害类型主要为破碎
板、裂缝、板角断裂、错台、板底脱空。
通过足尺路面试验环道的研究,对比落锤式弯沉仪、贝克曼梁、自动弯沉仪
和激光弯沉仪等不同弯沉观测设备,不同弯沉检测设备的相关性分析结果如表3
所示,发现FWD设备检测的弯沉数据自相关系数最高,FWD弯沉检测结果更加稳
定、可靠,因此选择采用FWD落锤式弯沉仪进行弯沉指标的检测。同时,为了能
够全面掌握路面的结构相应信息,推荐采用每10m一个固定测点观测弯沉,定点
观测的位置数量不少于4个点,以便于弯沉、应力应变观测数据的相互校验。
表34种弯沉检测设备不同时期弯沉检测结果的相关性分析汇总表
3月~5月3月~8月5月~8月3月~5月3月~8月5月~8月
贝克曼梁自动弯沉车
平均值-0.5272-0.22730.10950.13290.06820.7194
代表值-0.3569-0.2870-0.11430.0105-0.04930.5578
激光弯沉仪FWD弯沉仪
平均值0.61720.38130.66690.91770.88350.8775
代表值0.37970.24450.46910.89180.76150.7543
(2)观测方法(第4.2条)
观测方法根据观测方式可分为自动观测和人工观测,根据观测条件可分为
原位观测、暴露观测和人为干预观测,根据观测频度可分为周期性观测和实时观
测。在开展观测工作时,应根据观测需要、观测对象和观测条件,选择合适的观
测方法。
原位观测主要是为了保障在路基路面没有结构性能扰动的情况,保障观测
数据的有效性和准确性。
野外暴露观测主要用于无交通荷载作用下,路基路面材料、结构、关键工艺
等仅受自然环境影响的长期服役性能观测。为了保证观测结果的代表性,宜可在
观测路段附近设置野外暴露观测场地。
人工干预观测主要适用于加速加载试验观测场站内的路基路面长期性能观
测,或需要人为改变观测对象所处的环境、荷载或其他观测条件的野外暴露观测,
从而达到长期有效观测。
(3)观测频度(第4.3条)
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根据《公路路基路面长期性能科学观测网试点建设指南》的要求,对于动态
传感器的采集频率为2000Hz,静态传感器的采集频率为1次/10min;采用路基、
空基平台或人工检测方式,实现周期性观测,周期性观测的频率每年不少于2次。
应力应变采集频率的确定十分重要。根据《公路沥青路面设计规范》(JTGD50)
中的规定,可将BZZ-100标准轴载的单个车轮简化成半径为10.65cm的圆形均
布荷载。当车轮经过传感器上方时,对于埋设在路表下12cm深度处的传感器,
按照1:1扩散的原则,车轮作用直径将扩散为45.3cm,传感器的有效作用距离
为45.3cm,如图1所示。按照车辆行驶速度80km/h(22.22m/s)计算,车辆通
过传感器上方的时间为0.453/22.22=0.02s。大量的应力应变数据分析结果表明,
为获取车辆通过时包含峰值点的一个完整应力或应变响应波形,约需峰值附近
的50个数据点,即在车辆通过的0.02s时间内,需至少采集50个数据点才能
获取一个完整波形。按此计算,应力应变采集频率至少为1852Hz。取整后,结
构层力学响应信息观测频率宜为2000Hz。
图1车轮荷载扩散示意图
此外,由于应力应变传感器的采样频率高达2000Hz,但只有车辆经过时的
应力应变响应才有价值,其他车辆未经过时间内,会产生大量的无效数据而浪费
数据存储空间,因此,建议加装应力应变采集触发装置,只有当车辆经过传感器
埋设断面时,再开始应力应变数据采集,节省存储空间,减少数据冗余,提升数
据采集的有效性。
对于周期性观测指标,为了保证数据的代表性和可对比性,每年应选择固定
的观测时间进行观测。同时考虑到路域环境对公路服役性能的影响,宜适当增加
最不利季节的观测工作。
考虑到野外观测路段的人工观测存在较高的难度,涉及道路交通管制等多
方的协调管理,为有效保障野外检测人员、行驶车辆的安全性,在保障足够有效
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数据样本的前提下,提出每年路况性能信息和整体结构变形响应信息不少于2次
的周期观测频率要求,确保数据对观测路段路面性能的长期有效观测。
(4)观测手段(第4.4条)
根据《公路路基路面长期性能科学观测网试点建设指南》的要求,观测点的
观测设施包括环境监测系统和路面性能检测设备;满足对车辙、平整度、横向力
系数、构造深度、弯沉的周期性检测需求。
在路域环境信息的观测过程中,采用气象站设备开展温度、湿度、光照度、
降雨量、风速、风向、紫外辐射、总辐射、大气压力9参数的指标观测。
在交通荷载信息的观测过程中,采用轴重仪进行观测,实现交通量、交通组
成和车辆轴载的实时自动观测。
在路况性能信息的观测过程中,参考《公路路基路面现场测试规程》(JTG
3450)、《公路路面技术状况自动化检测规程》(JTG/TE61)开展路面病害、车辙、
平整度、构造深度、弯沉、摩擦系数等指标的观测,除路面病害外,均要求开展
不少于3次的平行试验,取平均值作为测试值,从而提高观测数据的准确性和有
效性。
车辙采用集成在多功能检测车上的激光车辙仪进行周期性检测,同时配合
横断面尺、基准尺等人工调查的方法进行观测。一般情况下,当有条件时两种方
法均应进行检测以便进行对比分析。当现场交通管制受限时,可仅使用激光车辙
仪进行车辙检测,如图2所示。
图2激光车辙仪
根据《公路路基路面现场测试规程》(JTG3450)中的有关规定,平整度应
采用车载式颠簸累积仪、车载式激光平整度仪等进行自动观测;横向力系数应采
采用横向力检测车进行检测,摆值采用摆式仪进行检测;在构造深度检测过程中,
13
应采用车载式激光构造深度仪进行自动观测,且应同时采用手工铺砂法、电动铺
砂仪等进行人工观测。
根据《公路路基路面现场测试规程》(JTG3450)中的有关规定,落锤式弯
沉检测装置由一组高精度位移传感器组成,传感器总数不少于7个,建议布置在
0-250cm范围以内。为了准确反应路面弯沉盆的形状参数,将传感器总数增加到
9个,从而减少传感器的检测间距,提升弯沉观测的准确性。FWD是利用重锤
自由落下的瞬间产生的冲击荷载测定弯沉,采用不同的锤重,一般用于公路的锤
重为50kN。FWD荷载方式与实车加载相比,荷载模式不同,但是荷载位置和和
荷载级位固定,检测的数据利于后期的比较分析,也是目前国内同类型试验采用
的主要加载模式,因此,提出50kN、70kN、90kN和110kN荷载级位的弯沉检
测,以便于采集不同荷载作用的弯沉、应力应变响应结构,从而有效分析路面结
构响应状态。
FWD弯沉检测采用两种工况:一是每个观测路段每隔10m一点,进行不同
荷载级位的定点弯沉检测,荷载级位分别为50kN、70kN、90kN和110kN。二是
在结构内部应力应变传感器布设断面定点检测,进行不同荷载级位弯沉检测,同
时采集该断面弯沉检测时结构内部的应力、应变和变形等响应数据,荷载级位同
前,采用的设备如图3所示。第二种工况下,弯沉与结构层力学响应需要同步采
集,是为了弥补车辆荷载行驶过程中轮迹偏移导致的结构响应信息不稳定等问
题。
图3落锤式弯沉仪(FWD)
同时,为了保障观测指标的准确性,观测设备和传感器应每年经过计量认证
部门的检定或校准,其他设备应自校,合格后方可使用。
3.观测指标体系
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(1)路域环境信息观测指标(第5.1条)
通过足尺环道的研究发现:道路服役性能受环境因素影响非常大,路域环境
的影响程度甚至要高于车辆荷载的影响程度,是一项重要的外在影响因素指标,
因此需要开展路域环境信息的长期观测。同时,路面结构内部的温度场受两个外
部环境温度场的影响显著,一是大气温度场,二是大地温度场,随着深度的向上
提升,这个大地温度场逐步与大气温度场产生交互作用,形成了年周期性和日周
期性的波动趋势,因此,开展路域气象信息观测主要包含路域气象信息和结构内
部环境信息两类。
①路域气象信息观测
气象站是一种能自动记录与存储气象观测要素数据的设备,如图6所示,由
硬件系统和控制处理软件组成,硬件系统包括各监测要素传感器、数据采集仪、
通讯接口、系统电源等,控制处理软件包括数据采集软件和数据处理业务软件。
小型气象站可实时监测温度、湿度、风速、风向、雨量、气压、光照等多种气象
参数,被广泛应用于气象环境监测、环保、机场、工业、农业、林业、旅游业、
地质、水文水利、军事、仓储、科学研究等领域。路域气象信息观测采用埋设小
型气象站,参考百度百科的小型气象站技术参数见下表4。
表4小型气象站参数
序号要素量程范围分辨力准确度
1空气温度-40℃~+85℃0.01℃±0.3℃
2空气湿度0-100%RH0.024%RH±2%RH
3大气压力300~1100hPa0.01hPa±1hPa
4风速0~30m/s0.1m/s±0.5m/s
5风向0~360°45°/
6总辐射0~1800W/m21W/m2/
7光照0-20万Lux/±7%(25℃)
8紫外辐射0-450uW/cm21uW/cm2±10%FS
在温度方面考虑到我国在明确记录到的最低气温出现在1969年2月13日
的黑龙江漠河,为零下52、3摄氏度,调整量程范围为-50℃~+80℃,因试验数
据分析温度精度0.1℃就可满足需求,故观测精度要求为0.1℃。路面使用性能
分析也需要考虑观测点的降雨量情况,故增加了对降雨量测量指标,参考水利行
业标准SL21对降水量观测精度要求0.4mm(≤10mm时);4%(>10mm时),观测量
程要求0mm~999.9mm。
15
在光照度和风速方面,考虑观测路段实际情况将风速观测量程提高为0~
70m/s,因光照度是影响沥青老化的主要因素,将其观测精度提高0.2%。
因考虑到观测数据分析与建设观测点的经济性降低了对湿度、风向、紫外辐
射、总辐射、大气压力的要求。
图4气象站
②结构内部环境信息观测
道路结构内部温湿度状态主要通过在道路结构内部不同层位埋设的温湿度
传感器来监测,并将监测数据实时传输到数据平台,实现实时在线监测。通过调
研国内外温湿度传感器设备的观测精度情况,目前国产的路面结构内部温度传
感器,能够满足0.15℃的观测精度要求,湿度传感器的观测精度在2-3%左右,
因此将路面结构内部温度、湿度传感器的观测精度要求分别确定为0.15℃、3%,
从而确保了路面结构内部温度和湿度观测的可实施性和科操作性。
(2)交通荷载信息观测指标(第5.2条)
交通荷载信息是路面结构设计的重要参数指标之一,也是造成路基路面结
构损伤的重要影响因素之一,因此,需要开展交通荷载信息的长期观测。它主要
是通过埋设于野外观测断面内的轴载承重仪和轴载分布检测系统,可实时获得
观测行车道或观测断面的交通量、交通组成、车辆轴重等信息。
(3)路况性能信息观测指标(第5.3条)
路况性能指标是评价路面长期服役性能的关键指标,也是判断路面结构优
劣的关键参数,因此,需要开展路况性能信息的长期观测。由于沥青混凝土路面
和水泥混凝土路面是两种不同的路面类型,存在不同的路面病害形式和观测指
标,沥青路面的病害形式以坑槽、泛油、拥包、网裂、纵向裂缝、横向裂缝、斜
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向裂缝为主,同时存在车辙观测指标,而水泥路面的病害形式以破碎板、裂缝、
板角断裂、错台、板底脱空为主,因此,对沥青混凝土路面和水泥混凝土路面的
路况信息的观测内容进行不同要求,提出以路面病害、车辙、平整度、摩擦系数、
构造深度为沥青混凝土路面的路况性能观测指标,以路面病害、平整度、摩擦系
数、构造深度作为水泥混凝土路面的路况性能观测指标。
(4)结构响应信息观测指标(第5.4条)
弯沉或弯沉盆面积是评价路面结构的整体
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