路面构造深度测量仪及测量方法与流程

本发明属于道路路面工程领域，具体涉及一种路面构造深度测量仪及测量方法。

背景技术：

路面构造深度是衡量路面粗糙度的重要指标，构造深度是指一定面积的凸凹不平的开口孔隙的平均深度，主要用于评定路面表面的粗糙度、层间粘结性能及抗滑性。普通水泥路面、沥青路面以及刚柔复合路面等对路面构造深度均有要求。对于水泥混凝土路面和沥青混凝土路面，路面构造深度主要起到防滑、排水作用；对于刚柔复合路面，其水泥混凝土基层表面也需要进行糙化处理，主要起到加强层间粘结，预防沥青面层病害，延长路面使用寿命的作用。

目前国内主要采用铺砂法、车载式激光构造深度仪等方法(《公路路基路面现场测试规程》(jtg3450-2019))测定路面构造深度。铺砂法主要是用一定体积的标准砂摊平被测路表面，量取摊铺区域的面积，铺砂体积与摊铺面积之比为被测路面的构造深度。该测试方法首先需要取洁净的细砂晾干并过筛，量砂只能使用一次，然后需由人工手动将量砂摊铺成圆形，再用钢板尺或卷尺量取摊铺圆形的直径，测量完后需将量砂清扫干净。整个测量过程操作繁琐，摊铺形状及直径测量均有较大的主观性，极易造成测量误差，而路面构造深度一般均较小，所以操作上的主观性造成的误差就会被放大，无法真实反映实际路面构造深度。车载式激光构造深度仪测定路面构造深度，测试速度快，但造价高且不适用于带有沟槽的水泥混凝土路面构造深度的测定，对测试人员的要求也较高。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种路面构造深度测量仪及测量方法，该测量仪制作简单、造价低廉、携带方便，测试方法简单易懂、便于操作。该测量仪不但可以快速测量路面构造深度，还提高了测量精度。

本发明提供一种路面构造深度测量仪，包括套筒、旋转施压阀、形状记忆材料和测量管；

套筒包括第一平板和柱状筒体；第一平板上设有与柱状筒体大小相同的圆孔，柱状筒体通过圆孔与第一平板连接；柱状筒体远离第一平板的内部设有螺纹；

旋转施压阀包括第一螺杆、第二平板、第二螺杆、第三平板和水准装置；第一螺杆设置在第二平板上，且第一螺杆上设有与柱状筒体的螺纹相配合的螺纹；第二平板通过若干用于调节第二平板水平状态的第二螺杆与第三平板连接；水准装置设置在第二平板上；

测量管包括量筒和推杆，量筒采用透明材料制成，且量筒上刻有刻度。

进一步地，第二螺杆位于第二平板的一端设有螺纹，位于第二平板和第三平板之间的螺纹上设有螺母。

进一步地，第二螺杆超出第二平板的部分设有用于限制第二平板的螺杆头。

进一步地，还包括第四平板。

进一步地，形状记忆材料为记忆橡胶或橡皮泥。

进一步地，形状记忆材料的初始形状为叠圆柱体。

进一步地，水准装置为水准气泡。

本发明还提供一种利用上述的路面构造深度测量仪实现路面构造深度快速测量的方法，包括以下步骤：

将形状记忆材料放入套筒内，将套筒放在待测路面上；

利用旋转施压阀挤压形状记忆材料；

翻转套筒和旋转施压阀，使第三平板与路面或桌面接触；

调整第二平板，观察第二平板上的水准装置，使第二平板水平；

利用测量管将水注入到形状记忆材料与路面接触的测试面上，使水覆盖测试面的凹槽；

记录测量管注水前、后的刻度，计算刻度差δh；再根据测量管的量筒内径d8和测试面内径d7，记算出待测路面构造深度td＝δh*(d8/d7)²。

进一步地，形状记忆材料为记忆橡胶或橡皮泥，水准装置为水准气泡。

进一步地，在将套筒放在待测路面上之前，先清理路面。

本发明的有益效果是：本发明的路面构造深度测量仪制作简单、成本低廉；测量方法简单易懂、操作方便、测量效率高；测量结果较为直观、经过简单换算即可得到路面构造深度，测量速度快，且精度较高。

附图说明

图1为本发明路面构造深度测量仪的套筒示意图。

图2为图1沿a-a线的剖视图。

图3为本发明的路面构造深度测量仪的旋转施压阀的示意图。

图4为本发明的路面构造深度测量仪的旋转施压阀的调节示意图。

图5为本发明的路面构造深度测量仪的记忆橡胶示意图。

图6为本发明的路面构造深度测量仪的测量管示意图。

图7为本发明的路面构造深度测量仪的第四平板示意图。

图8为本发明的路面构造深度测量方法的流程图。

图中：1-第一平板，2-柱状筒体，3-螺纹，4-螺杆头，5-第二平板，6-第一螺杆，7-第二螺杆，8-第三平板，9-水准气泡，10-螺母，11-挤压面，12-测试面，13-量筒，14-推杆，15-第四平板。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的说明：

本发明实施例的路面构造深度测量仪，包括套筒、旋转施压阀、形状记忆材料和测量管；其中：

套筒包括第一平板1和柱状筒体2；第一平板1上设有与柱状筒体2大小相同的圆孔，柱状筒体2通过圆孔与第一平板1连接；柱状筒体2远离第一平板1的内部设有螺纹3。具体地，如图1和图2所示，套筒由第一平板1及柱状筒体2焊接组成。柱状筒体2的内径为d1＝100mm，第一平板1的外径为d2＝150mm，板厚为5mm；套筒高为h1＝80mm，套筒壁厚为5mm，远离第一平板1的柱状筒体2内部设有螺纹3，螺纹部分高度为h2＝50mm，无螺纹部分高度为h3＝30mm。

旋转施压阀包括第一螺杆6、第二平板5、第二螺杆7、第三平板8和水准装置；第一螺杆6设置在第二平板5上，且第一螺杆6上设有与柱状筒体2的螺纹3相配合的螺纹；第二平板5通过若干用于调节第二平板5水平状态的第二螺杆7与第三平板8连接；水准装置设置在第二平板5上。第二螺杆6位于第二平板5的一端设有螺纹，位于第二平板5和第三平板8之间的螺纹上设有螺母10。第二螺杆7超出第二平板5的部分设有用于限制第二平板5的螺杆头4。具体地，如图3和图4所示，第二平板5的直径为d4＝150mm，板厚为5mm；第一螺杆6直径为d3＝100mm、高度为h4＝50mm，第二平板5与第一螺杆6为一体；第二螺杆7与螺杆头4为一体，穿过第二平板5，并与第三平板8焊接。第三平板8直径d5＝150mm，板厚5mm；第二平板5与第三平板8之间的三根螺杆杆长h6＝50mm，靠近第二平板5部分长度为h5＝20mm的螺杆上有螺纹，三根螺杆上均有螺母10，用于调节第二平板的高度。水准气泡9嵌于第二平板5上，用于观测测量装置是否处于水平状态。

形状记忆材料，可为记忆橡胶，但不仅限于记忆橡胶，可用有材料属性的物体替代，例如橡皮泥等。形状记忆材料的初始形状优选为叠圆柱体，如图5所示，记忆橡胶总高h9＝45mm，与第一螺杆接触的挤压面直径为d6＝90mm、高度为h7＝15mm，测试面直径为d7＝100mm、高度为h8＝30mm。

测量管，如图6所示，包括量筒13和推杆14，量筒13采用透明材料制成，且量筒13上刻有刻度。测量管可以设有多种规格，例如，量筒内径d8及最大刻度分别取5mm/200mm、10mm/200mm、20mm/100mm、30mm/100mm、40mm/100mm，量筒上刻度单位为mm，最大刻度为250mm。

进一步地，还包括第四平板15，如图7所示，直径为d9＝150mm，板厚5mm。

该路面构造深度测量仪的测量原理为：

路面构造深度测量仪是利用记忆橡胶受力后表面会复刻下接触面的形状，且保持较长的时间，直到再次受到外力作用才会改变原有形状。利用记忆橡胶的这一特性，可以复刻下被测路面的构造深度，再用测量管往其表面注水，即可通过测量管量筒上的刻度差读出被测路面的平均构造深度。测量完毕后可将测试面与平整面接触用力挤压可快速恢复平整，即可进行二次测量。

其中，各测量参数如下：

记忆橡胶测试面面积为s1＝π(d7/2)²，路面构造深度设为td；量筒内截面面积为s2＝π(d8/2)²，测量前后量筒内液面差设为δh；

则有s1*td＝s2*δh，整理得td＝δh*(d8/d7)²。

本发明还提供一种利用上述的路面构造深度测量仪实现路面构造深度测量的方法，如图8所示，包括以下步骤：

s1、清理路面；

s2、将形状记忆材料放入套筒内，将套筒放在待测路面上；

s3、利用旋转施压阀挤压形状记忆材料；

s4、翻转套筒和旋转施压阀，使第三平板与路面或桌面接触；

s5、调整第二平板，观察第二平板上的水准装置，使第二平板水平；

s6、利用测量管将水注入到形状记忆材料与路面接触的测试面上，使水覆盖测试面的凹槽；

s7、记录测量管注水前、后的刻度，计算刻度差δh；再根据测量管的量筒内径d8和测试面内径d7，记算出待测路面构造深度td＝δh*(d8/d7)²。

此外，当该测量仪还包括第四平板时，具体测量方法如下：

①观察或提前了解待测路面构造深度并清扫待测路面，使待测路面表面洁净；

②将第四平板放在待测路面上方；

③将记忆橡胶放在第四平板中间，测试面与第四平板接触；

④将套筒的第一平板端朝下套在记忆橡胶上；

⑤将旋转施压阀上的三个螺母均调整至最高处(第二螺杆远离第三平板的一端)；

⑥将旋转施压阀第一螺杆旋入套筒中，旋入约1/2；

⑦拿走第四平板，让第一平板与待测路面接触；

⑧固定住套筒，旋转旋转施压阀，根据步骤①中观测的路面构深，将施压旋转阀旋转至合适位置后，再静压30s左右，再将反向旋转旋转施压阀至第一螺杆螺纹外露约1/2；

⑨将装置慢慢翻转，使第三平板与路面接触，将第四平板轻轻压在第二平板上，使两平板表面紧密接触，然后拿走第四平板；

⑩观测水准气泡，通过调整螺母位置，使水准气泡中的气泡保持在中心位置；

根据①中预测的构造深度选取合适的测量管，将测量管中装入水至最大刻度处，记录注水前量筒上最高水位的刻度h1；

用测量管将水注入到记忆橡胶测试面上，使水覆盖测试面的凹槽且与第二平板表面持平；

记录注水后量筒上最高水位的刻度h2；

整理测量数据，计算量筒前后刻度差δh＝h1-h2，根据选用的测量管即可快速换算得出被测路面构造深度td。

最后，本发明还验证了路面构造深度测量仪的使用效果。测试对象的路面构造为专门制作，构造深度均为已知，且保证构造深度误差不超过±0.1mm。

测试对象：刚柔复合路面的水泥混凝土面板，面板构造处理方式有铣刨(处理深度2mm)、抛丸(处理深度1mm)和刻槽(处理深度3mm)，分别对三种构造方式处理后的水泥混凝土面板构造深度进行测量；同时用手工铺砂法在同样的位置测量上述三种构造方式处理后的水泥混凝土面板构造深度。

测试方法：

①路面构造深度测量仪测试过程参照上述测量方法执行，根据测试对象构造处理深度，本次测试选用量筒内径为20mm，最大刻度为100mm的测量管。构造深度为td＝δh*(d8/d7)²＝δh*(20/100)²＝δh/25。

②铺砂法测试过程参照《公路路基路面现场测试规程》(jtg3450-2019)t0961-1995所述方法执行。摊平砂的直径为100mm，所用标准砂的体积设为v，构造深度为td＝100*v/(π*100²/4)＝v/25π。

③每种路面构造处理方式平行测定3次。

测量结果统计及分析如下：

表一路面构造深度测量仪测量结果

单次测量所需时间约4分钟。

表二手工铺砂法测量结果

单次测量所需平均时间约10分钟。

测量结果对比分析：

表三路面构造深度测量仪与手工铺砂法测量结果对比表

同一测试人员、同一被测界面下，路面构造深度测量仪所需测量时间仅为手工铺砂法测试时间的40％，极大的提升了测试效率。对比路面构造深度测量仪与手工铺砂法的测试结果可知，路面构造深度测量仪的精度明显高于手工铺砂法。

综上所述，本发明提供的路面构造深度测量仪及测量方法提供的测量仪器制作简单、成本低廉；测量方法简单易懂、操作方便、测量效率高；测量结果较为直观、经过简单换算即可得到路面构造深度，且精度较高。

本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。