一、背景技術
目前,基於壓電石英稱重感測器的WIM系統廣泛應用於橋涵超載監測、公路貨運車輛非現場超載執法、技術超載控制等項目。但為了確保精度和使用壽命,此類專案需要以目前的技術等級對壓電石英稱重感測器安裝區域進行水泥混凝土路面改造。但在一些應用環境中,如橋面或交通壓力大的城市主幹道(水泥養護時間過長,導致長期封路困難),此類計畫很難實施。
壓電石英稱重感測器無法直接安裝在柔性路面上的原因是:如圖1所示,當車輪(特別是重載時)在柔性路面上行駛時,路面會產生較大的沉降。然而,當到達剛性壓電石英稱重感測器區域時,感測器與路面界面區域的沉降特性是不同的。而且,剛性稱重感測器沒有水平附著力,導致稱重感測器很快斷裂並與路面分離。
(1-車輪、2-稱重感測器、3-軟質基層、4-剛性基層、5-柔性路面、6-沉降區、7-泡棉墊)
由於不同的沉降特性和不同的路面摩擦係數,車輛經過壓電石英稱重感測器時會產生劇烈的振動,顯著影響整體稱重精度。車輛長期受壓後,該部位容易出現破損、龜裂,導致感知器損壞。
2.該領域目前的解決方案:水泥混凝土路面改造
由於壓電石英稱重感測器無法直接安裝在瀝青路面上的問題,業界普遍採取的措施是對壓電石英稱重感測器安裝區域進行水泥混凝土路面改造。一般改造長度為6-24米,寬度等於道路寬度。
水泥混凝土路面改造雖然滿足了安裝壓電石英稱重感測器的強度要求並確保了使用壽命,但以下幾個問題嚴重限制了其廣泛推廣:
1)原路面進行大規模的水泥硬化改造,需要大量的建造費用。
2)水泥混凝土改造需要極長的施工時間。光是水泥路面的養護期就需要28天(標準要求),這無疑對交通組織造成了重大影響。尤其是在一些需要WIM系統但現場人流量極大的情況下,工程施工往往困難重重。
3)破壞原有道路結構,影響美觀。
4)摩擦係數的突然變化會造成打滑現象,特別是在下雨天,容易引發事故。
5)道路結構變化引起車輛振動,在一定程度上影響稱重精度。
6)某些特定道路無法實施水泥混凝土改造,如高架橋等。
7)目前,在道路交通領域,趨勢是由白變黑(水泥路面改瀝青路面)。目前的解決方案是從黑到白,不符合相關要求,建設單位往往會產生抗拒。
3.改進安裝方案內容
此方案的目的是解決壓電石英稱重感測器無法直接安裝在瀝青混凝土路面上的不足。
此方案將壓電石英稱重感測器直接放置在剛性基層上,避免了剛性感測器結構直接嵌入柔性路面帶來的長期不相容問題。這大大延長了使用壽命並確保稱重精度不受影響。
而且無需對原有瀝青路面進行水泥混凝土路面改造,節省了大量的施工成本,大大縮短了工期,為大規模推廣提供了可行性。
圖2是將壓電石英稱重感測器置於軟基層上的結構示意圖。
(1-車輪、2-稱重感測器、3-軟質基層、4-剛性基層、5-柔性路面、6-沉降區、7-泡棉墊)
4、關鍵技術:
1)對基礎結構進行預處理開挖,製作重建槽,槽深24-58公分。
2)將槽底找平並澆注填充材料。將固定比例的石英砂+不鏽鋼砂環氧樹脂倒入槽底,均勻填充,填充深度2-6厘米,找平。
3)澆築剛性基層並安裝稱重感測器。倒入剛性基層並將稱重感測器嵌入其中,使用泡沫墊(0.8-1.2 毫米)將稱重感測器的側面與剛性基層分開。待剛性基層固化後,用打磨機將稱重感測器與剛性基層打磨至同一平面。剛性基層可以是剛性、半剛性或複合基層。
4)表層澆注。使用與柔性基層一致的材料澆注並填充槽的剩餘高度。澆築過程中,用小型壓實機緩慢壓實,確保重建表面與其他路面的整體水準。柔性基層為中細粒瀝青面層。
5)剛性基層與柔性基層的厚度比為20-40:4-18。
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發佈時間:2024年4月8日