0 引言

　　路面平整度是决定道路路面质量的重要指数，路面不平整不仅影响行驶舒适性和行车速度，还导致车辆振动系统发生振动^[1]，加快车辆零部件损耗，增加维护费用，路面因车辆反作用的竖向冲击荷载更易发生病害^[2]。随着我国高等级公路的快速发展，道路通行能力不断提高，为保证行驶安全，对路面平整度提出更高的标准和要求。美国ASTM定义路面平整度为理想平面与实际路面之间影响车辆动力特性、行驶质量、路面所受动荷载及排水的偏差。现有路面平整度评价指数较多，但各指数仅能通过某一方面进行反映，因此全面评价路面平整度成为重要问题。IRI(国际平整度指数)具有时间稳定性、空间可转移性、显著性、有效性的特点，可通过车载式激光平整度仪快速测量得到，测量速度可达80km/h，因此通过建立各评价指数与IRI的换算关系式，使IRI对路面平整度的反映更全面。

　　赵倩倩等^[3]考虑气候条件、交通状况和道路各层材料特性，构建基于MEPDG的季冻区水泥路面IRI预测修正模型，分析CRK,TFAULT,SPALL,SF 4个指数变化趋势，验证其与IRI的相关性，该模型实用性和预测性较好;王建锋等^[4]研究IRI计算模型和求解方法，定量分析IRI精度影响因素，如位移传感器精度、数据采样间隔、评价距离、检测方向和检测车速等，当位移传感器精度提高、数据采样间隔减小时，IRI测量精度大幅提高，且检测车速接近理想车速时IRI测量精度更高;吴庆雄等^[5]分析PSD(功率谱密度)与IRI的关系时，采用AR模型模拟路面不平整状态，采用Newmark-β法计算IRI值，IRI与PSD关系式由最小二乘法获得;楼少敏等^[6]分析路面平整度时使用四分之一车辆模型，通过动态响应分析，得到PSD值，然后利用随机理论等推导得到基于PSD的IRI值，进而建立相应关系式;陈洪兴等^[7]通过推导理论公式，建立IRI和PSD换算关系式;周晓青等^[8]假定路面平整度为随机平稳变量，建立四分之一车辆模型时将其作为模型激励，求解时采用随机过程理论建立IRI与PSD换算关系式，并利用实测数据对关系式进行验证;JTG 5210—2018《公路技术状况评定标准》^[9]采用RQI(行驶质量指数)作为指数评价路面行驶质量，并给出IRI与RQI关系式;为得到IRI与标准差σ的关系式，蔚晓丹^[10]进行大量对比试验。

　　1 IRI定义

　　19世纪中期测定平整度时，多采用反应类平整度测定系统，其优点为测定快速、价格低廉，但测定精度在很大程度上取决于道路质量，道路质量较差的路段测定值较高，而道路质量较好的路段则相反。IRI概念由美国国家公路合作研究计划(NCHRP)在“反应类平整度系统的标定和关系”研究项目中首次提出，1982年在巴西等国家进行国际平整度试验，在此基础上完整提出IRI计算模型与计算方法。

　　通过力学方法模拟理想车辆，车体系统及轮轴系统共振频率分别为1～2Hz及8～12Hz^[11]，通过调整四分之一车辆悬吊系统参数，使四分之一车辆模型演算得到的车体振动量与实际通行车辆相仿。80km/h的四分之一车辆模型在路面行驶时，将悬挂系统在一定行驶距离内的累积位移作为IRI。IRI反映路面服务性能，理想平整状态的路面IRI=0，虽未对IRI规定明确的上限值，但当IRI>8m/km时，通常认定路面不利于车辆行驶。IRI与路面状况的关系在不同报告中存在差异，其中世界银行报告、纳米比亚报告及美国密西根大学报告的规定如表1所示^[12]。

　　表1 IRI与路面状况的关系 

　　表1 IRI与路面状况的关系

　　2 IRI与常用平整度指数关系转换

　　2.1 IRI与PSD关系转换

　　IRI与PSD是用于评价路面平整度的2个常用指数，公路运输部门主要应用IRI，而PSD主要作为车辆响应、悬架最优控制、道路荷载动力学计算，广泛应用于汽车制造业。IRI可通过PSD换算得到，利用PSD高效、快速、易处理的动态响应测量法，为车辆、道路工程部门平整度评价标准提供高效的比较方法。

　　陈洪兴等^[7]在理论公式的基础上进行推导，IRI与PSD的关系可通过式(1)体现:

　　式中:a₀=10³m^-1.5，为常数;n₀=0.1m^-1，为空间参考频率;G_q(n₀)为n₀下路面功率谱密度值，也称为路面不平度系数。

　　式(1)将平整度2种典型描述方法联系起来，在路面平整度研究中具有重要价值。根据功率谱密度将路面划分为A～H 8个等级，我国现役公路平整度等级基本为A～C级^[13]，不同等级路面G_q(n₀)几何平均值及对应的IRI值如表2所示。

　　2.2 IRI与RQI关系转换

　　表2 各个等级路面对应的IRI值 

　　表2 各个等级路面对应的IRI值

　　路面行驶质量是表征路面为车辆提供安全、快速、经济和行驶舒适性的能力，是对路面服务水平的反映^[14]。对于路面行驶质量的评价应全面，评价方法应将主观、客观评价进行结合，即建立行驶质量评价模型时既要考虑用户的主观评价，又要考虑路面不平整和车辆动态反应的客观评价。国内外学者对路面行驶质量影响因素进行相关研究，大量研究结果表明路面平整度对行驶质量具有较大影响，而其他因素的影响较小^[15]。

　　JTJ 073.2—2001《公路沥青路面养护技术规范》中规定IRI与RQI换算关系式为:

　　RQI取值范围为0～10，若出现负值，则取为0;若>10，则取为10。RQI评价标准及对应的IRI值如表3所示。

　　当高速公路路面等级为优、良时，进行日常养护;当路面等级为中及以下时，应对路面平整度状况进行改善，如采取加铺罩面等措施。若以IRI作为高速公路养护标准，当IRI≤6时，应以日常养护为主;当IRI≥6时，应对路面平整度状况进行改善，同样可采取加铺罩面等措施。由IRI与RQI的换算关系可知，IRI不仅可用于评价路面行驶质量，且可作为道路养护参考标准。

　　2.3 IRI与RN关系转换

　　RN(行驶指数)评价最初通过评分小组对路面服务质量进行评分，小组评分平均值代表路面服务水平，类似于美国AASHTO试验路现时服务能力指数(PSI)。目前，在最初评价方式的基础上，采用惯性平整度仪对路段断面高程进行测量，然后通过已建立的数学模型将高程数据转换成RN后进行评价。

　　周晓青^[16]通过精密水准仪测量上海市典型沥青路面高程，首先采用最小二乘回归的方式总结得到测量路段IRI与RN的关系，如式(3)所示;然后建立以IRI作为路面行驶质量评价标准的评价体系。研究结果表明，采用IRI作为路面行驶质量评价标准与我国道路路面实际情况较符合。

　　将路面服务水平划分为4个等级，其与IRI,RN的关系如表4所示。

　　2.4 IRI与σ关系转换

　　使用连续式平整度仪进行测定时，基准面指平整度仪8个车轮接地点确定的动态平面，需沿路面某一纵向位置(起点)以一定间隔不断采集测试轮单向垂直位移，直至距起点100m处结束，自动计算采集数据的方差，即为标准差σ，也称为平整度均方差指数值。

　　交通运输部公路科学研究院对IRI，σ进行大量对比试验，并对数据进行整理及回归分析，得到IRI与σ的关系式为:

　　JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》中关于公路热拌沥青混合料路面平整度验收质量标准的规定如表5所示。

　　2.5 IRI与h关系转换

　　我国进行道路工程施工质量控制与验收时，采用的主要方法为3m直尺法，为使施工质量控制更简便，须确定IRI与不同长度直尺最大间隙h的换算关系。为此进行大量试验测量，测量结果表明，IRI与h的拟合关系良好，常用直尺测量指数与IRI的换算关系如表6所示。

　　表3 RQI评价标准及对应的IRI值 

　　表3 RQI评价标准及对应的IRI值

　　表4 路面服务水平等级与IRI,RN的关系 

　　表4 路面服务水平等级与IRI,RN的关系

　　表5 平整度验收质量标准 

　　表5 平整度验收质量标准

　　表7 直尺最大间隙及IRI 

　　表7 直尺最大间隙及IRI

　　表6 直尺测量指数与IRI的换算 

　　注:SED_λ为基长为λ(m)的直尺，以第95个百分点的间隙为最大间隙值(mm)

　　表6 直尺测量指数与IRI的换算

　　JTG E60—2008《公路路基路面现场测试规程》对基长3m的直尺平整度合格标准进行规定，如表7所示。

　　3 结语

　　1)将2种典型路面平整度评价指数IRI和PSD通过关系式进行联系，不仅可利用PSD高效、快速、易处理的动态响应测量法计算IRI，且有利于车辆、道路工程部门之间平整度评价标准的相互比较，进而改进产品设计。

　　2)通过建立平整度评价指数IRI与RQI的关系式，进而建立IRI与路面养护等级的关系，可通过IRI评价道路行驶质量，且可作为道路养护参考标准。

　　3)通过建立平整度评价指数IRI与RN的关系式，进而建立IRI与路面服务水平的关系，可通过IRI评价道路行驶质量。

　　4)我国路面平整度施工质量控制、验收基本方法采用的指数为标准差σ和基长3m直尺最大间隙h，通过建立IRI与σ，h的转换关系式，进而建立以IRI为标准的平整度施工质量控制、验收评价指数。