CN103046460A - 一种用于测定路面表面构造深度的圆环铺砂装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于测定路面表面构造深度的圆环铺砂装置及方法，它涉及一种圆环铺砂装置及方法，具体涉及一种用于测定路面表面构造深度的圆环铺砂装置及方法。本发明为了解决传统手工铺砂发误差较大的问题。本发明所述圆环铺砂装置包括内环体和外环体，内环体设置在外环体内，且内环体的外侧壁与外环体的内侧壁之间设有环形砂槽。本发明用于测定路面表面构造深度。

Description

一种用于测定路面表面构造深度的圆环铺砂装置及方法

技术领域

本发明涉及一种圆环铺砂装置及方法，具体涉及一种用于测定路面表面构造深度的圆环铺砂装置及方法。

背景技术

在测定路面表面构造深度过程中，手工铺砂法误差较大，其原因有很多，例如装砂的方法没有标准，以前不少人直接用量筒到装砂的筒中装砂，致使量筒中的砂紧密程度不一样，影响砂量；还有摊砂用的推平板没有标准，以前的方法中橡胶片厚1.5～2.5mm，材料为钢的，也有用木板的；只有砂填入路表面孔隙的体积中才能用于计算构造深度，如果摊得不足，路表基准平面以上的砂也计入孔隙的体积，势必使构造深度变大；反之如果用力过猛，砂摊开面积过大，则又使构造深度变小。

由此可见传统手工铺砂法的主要问题是误差较大，原因如下：1、摊铺时难以保证摊铺成规则圆形；2、难以保证铺砂表面是平面；3、规定25ml容积的量砂筒是由橡胶制作，在温差较大地区热胀冷缩现象明显，造成体积偏差。

发明内容

本发明为解决传统手工铺砂发误差较大的问题，进而提出一种测定路面表面构造深度的圆环铺砂装置及方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明所述圆环铺砂装置包括内环体和外环体，内环体设置在外环体内，且内环体的外侧壁与外环体的内侧壁之间设有环形砂槽。

本发明所述圆环铺砂方法的具体步骤如下：

步骤一、测量量砂密度，记为ρ；

步骤二、清扫路面：用扫帚或毛刷将测试点附近的路面清扫干净，清扫面积不小于30cm×30cm；

步骤三、称量初始质量：在装砂筒中装入适量量砂，用天平称量量砂与装砂筒的总质量，记为m₀；

步骤四、铺砂：将圆环铺砂装置擦净，水平置于地面测点处，从圆环铺砂装置中心开始，将量砂由内至外均匀旋转铺洒在内环体与路面形成的腔体内，并使量砂表面高于内环体的上表面；

步骤五、刮平：用刮平尺以均匀的速度和力度将高于内环体上表面的量砂刮入环形砂槽中，直至内环体内的量砂上表面平整且与内环体上表面的边缘呈相同高度；

步骤六、收集剩余量砂并称重：用吸砂器收集环形砂槽中的量砂，将环形砂槽内的量砂倒回装砂筒内，用天平称量量砂与装砂筒的总质量，即量砂与装砂筒的终了总质量，记为m₁；

步骤七、根据公式计算路面表面构造深度测定结果：

$\mathrm{TD}=\frac{V}{{\mathrm{\πD}}^2/4}$                ①

$V=V_1-V_0=\frac{1000(m_0-m_1)}{\mathrm{\ρ}}-\frac{{\mathrm{\πD}}^{2}h}{4}$           ②

公式①和公式②式中：TD表示路面表面构造深度，V表示路面表面空隙中砂的体积，D表示内环体内径，V₁表示洒入内环体与路面形成的内腔中量砂的总体积，V₀表示内环体内圆柱体量砂的体积，m₀表示量砂与装砂筒的初始总质量，m₁表示量砂与装砂筒的终了总质量，ρ表示量砂密度，h表示内环体内侧壁的高度。

本发明的有益效果是：本发明解决了传统铺砂方法不标准，不易摊铺成规则圆形、摊铺力度不易控制而导致量砂表面不平，进而造成构造深度过大或过小的问题；本发明操作简单、易于控制、方便观察，而且相比于传统方法能大幅度降低温度变化时由于设备热胀冷缩而导致的测量误差，提高了测量精度。

附图说明

图1是圆环铺砂装置的整体结构示意图，图2是圆环铺砂装置的俯视图，图3是图2的左剖视图，图4是图3中A处放大图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种用于测定路面表面构造深度的圆环铺砂装置包括内环体1和外环体2，内环体1设置在外环体2内，且内环体1的外侧壁与外环体2的内侧壁之间设有环形砂槽3。

本实施方式中内环体1与外环体1均采用不锈钢制作。

具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，本实施方式所述一种用于测定路面表面构造深度的圆环铺砂装置的内环体1的内径D为290mm-310mm，外环体2的外径d为350mm-370mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图3说明本实施方式，本实施方式所述一种用于测定路面表面构造深度的圆环铺砂装置的内环体1的内径D为300mm，外环体2的外径d为360mm。

本实施方式的技术效果是：内径D以及外径d过小时，圆环(量砂)覆盖面积过小，测量结果无法全面地说明测点的路面实际构造深度状况；内径D以及外径d过大时，圆环携带不方便，同时耗费过多的不锈钢进行制作、测量时也要耗费过多量砂。因此考虑传统手工铺砂法的测量结果以及路面一般实际构造深度，选择D＝300mm，d＝360mm，可以全面说明测点实际路面构造深度，同时方便设备制作、节省量砂。

其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图4说明本实施方式，本实施方式所述一种用于测定路面表面构造深度的圆环铺砂装置的内环体1内侧壁的高度h为4.5mm-5.5mm，外环体2外侧壁的高度H为3.5mm-4.5mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：结合图4说明本实施方式，本实施方式所述一种用于测定路面表面构造深度的圆环铺砂装置的内环体1内侧壁的高度h为5mm，外环体2外侧壁的高度H为4mm。

本实施方式的技术效果是：1、高度h过小时，会导致砂槽过浅、容量过小，将高于内环体1的量砂刮进砂槽中时容易溢出，造成测量不准确；高度h过大时，制作设备时浪费不锈钢，测量时浪费量砂。

2、h≤H时，外环高于内环，用刮平尺难以甚至无法将高于内环体表面的量砂刮入砂槽，只有h＞H，才能顺利将量砂不遗漏地刮入砂槽。

因此选择h＝5mm，H＝4mm，可以保证制作设备时节省钢材、测量时节省量砂，刮平时顺利地将高出内环体1表面的量砂全部刮入砂槽中同时不造成砂槽中量砂溢出的情况。

其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图4说明本实施方式，本实施方式所述一种用于测定路面表面构造深度的圆环铺砂装置的环形砂槽3靠近外环体2一侧内侧壁的高度H1为1.5mm-2.5mm，环形砂槽3靠近内环体1一侧内侧壁的高度H2为2.5mm-3.5mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同

具体实施方式七：结合图4说明本实施方式，本实施方式所述一种用于测定路面表面构造深度的圆环铺砂装置的环形砂槽3靠近外环体2一侧内侧壁的高度H1为2mm，环形砂槽3靠近内环体1一侧内侧壁的高度H2为3mm。其它组成及连接关系与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种利用具体实施方式一所述装置测定路面表面构造深度的圆环铺砂方法的具体步骤如下：步骤一、测量量砂密度，记为ρ；

步骤二、清扫路面：用扫帚或毛刷将测试点附近的路面清扫干净，清扫面积不小于30cm×30cm；

步骤三、称量初始质量：在装砂筒中装入适量量砂，用天平称量量砂与装砂筒的总质量，记为m₀；

步骤四、铺砂：将圆环铺砂装置擦净，水平置于地面测点处，从圆环铺砂装置中心开始，将量砂由内至外均匀旋转铺洒在内环体1与路面形成的腔体内，并使量砂表面高于内环体1的上表面；

步骤五、刮平：用刮平尺以均匀的速度和力度将高于内环体1上表面的量砂刮入环形砂槽3中，直至内环体1内的量砂上表面平整且与内环体1上表面的边缘呈相同高度；

步骤六、收集剩余量砂并称重：用吸砂器收集环形砂槽3中的量砂，将环形砂槽3内的量砂倒回装砂筒内，用天平称量量砂与装砂筒的总质量，即量砂与装砂筒的终了总质量，记为m₁；

步骤七、根据公式计算路面表面构造深度测定结果：

$\mathrm{TD}=\frac{V}{{\mathrm{\πD}}^2/4}$           ①

          ②

公式①和公式②式中：TD表示路面表面构造深度，V表示路面表面空隙中砂的体积，D表示内环体1内径，V₁表示洒入内环体1与路面形成的内腔中量砂的总体积，V₀表示内环体1内圆柱体量砂的体积，m₀表示量砂与装砂筒的初始总质量，m₁表示量砂与装砂筒的终了总质量，ρ表示量砂密度，h表示内环体1内侧壁的高度。

本实施方式的步骤中铺砂时各处停留时间应均匀，不可在某点停留时间过长，为保证量砂密实度接近，各处量砂高度应大致相同，且均高于内环体1的上表面。

具体实施方式九：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种用于测定路面表面构造深度的圆环铺砂方法的步骤一中的量砂是干燥洁净的匀质砂，量砂的粒径为0.15mm-3mm。其它组成及连接关系与具体实施方式八相同。

由测量设备热胀冷缩而导致的本发明的误差率与传统测量方法误差率的比较：

由于物质的热胀冷缩现象，传统方法中的橡胶量砂筒与本方法中的不锈钢圆环铺砂装置的容积均会发生微小改变，使得量砂的计算体积与实际体积不同，导致由公式计算出的路表面的构造深度并非实际构造深度。因此需要对温度变化导致的误差率进行比较，分析温度升高1℃时，计算构造深度(TD_计算)相比于实际构造深度(TD_实际)变化的百分率，即误差率。

传统方法(橡皮量砂筒)的误差率：

${\mathrm{TD}}^{\′}=\frac{V^{\′}}{S}=\frac{V^{\′}}{{0.25\mathrm{\πD}}^2}$          ③

V＝0.25π·TD·D²        ④

V＝V′·(1+α)³          ⑤TD

综合公式③、④、⑤可得：

${\mathrm{TD}}^{\′}=\frac{\mathrm{TD}}{{(1+\mathrm{\α})}^3}$           ⑥

将α＝6.9×10^-4带入公式⑥中可得：

      ⑦

公式③、④、⑤、⑥、⑦中：TD′表示计算构造深度，TD表示实际构造深度，V′表示计算量砂体积(即量砂筒容积，25ml)，V表示实际量砂体积，S表示量砂的实际摊铺面积，D表示量砂的实际摊铺直径，α表示热膨胀系数，橡胶的热膨胀系数为5.9～7.9×10^-4，取6.9×10^-4。

本发明的误差率：

$\mathrm{TD}=\frac{V-V_0}{S}=\frac{V-V_0}{{0.25\mathrm{\πD}}^2}$           I

$V=\frac{1000(m_0-m_1)}{\mathrm{\ρ}}$           II

V₀＝0.25πD²h          III

综合公式I、II、III可得：

$\mathrm{TD}=\frac{a}{D^2}-h$           IV

同理： ${\mathrm{TD}}^{\′}=\frac{a}{{\left(D^{\′}\right)}^2}-{\left(h^{\′}\right)}^2$           V

D＝D′·(1+α)       VI

h＝h′·(1+α)      VII

综合公式IV、V、VI、VII可得：

TD′＝TD·(1+α)²+h′·(1+α)³-h′     VIII

将α＝15.2×10^-5和h′＝5带入公式VIII中可得：

公式I、II、III、IV、V、VI、VII、VIII中：V表示洒入内环体1内的量砂的总体积，V₀表示进行刮平后内环体1内的圆柱体量砂的体积，D表示量砂的实际摊铺直径，即内环体1的实际内径，D′表示量砂的计算摊铺直径，即内环体1的计算内径，m₀表示量砂与装砂筒的初始总质量，m₁表示量砂与装砂筒的终了总质量，ρ表示量砂的密度，h表示内环体1的实际内壁高度，h′表示内环体1的计算内壁高度，a表示与误差率无关的常量，α表示热膨胀系数，不锈钢的热膨胀系数为14.4～16.0×10^-6，取15.2×10^-6。

综上可以看出一般情况下(TD＞0.112mm)，本发明的误差率小于传统方法，具体比较如表5-2

表5-2传统方法与本方法测量误差率(温度导致)比较表

如取TD＝0.7mm时，传统方法的误差率为0.207％，改进方法的误差率为0.036％，降低了82.77％之多。

由此得出结论：一般情况下，考虑测量仪器热胀冷缩导致的温度误差时，相比于传统方法，本方法可以大幅度提高测量精度，这在温差较大的极端地区体现得尤为明显。

Claims (9)

1.一种用于测定路面表面构造深度的圆环铺砂装置，其特征在于，所述一种用于测定路面表面构造深度的圆环铺砂装置包括内环体(1)和外环体(2)，内环体(1)设置在外环体(2)内，且内环体(1)的外侧壁与外环体(2)的内侧壁之间设有环形砂槽(3)。

2.根据权利要求1所述一种用于测定路面表面构造深度的圆环铺砂装置，其特征在于：内环体(1)的内径(D)为290mm-310mm，外环体(2)的外径(d)为350mm-370mm。

3.根据权利要求2所述一种用于测定路面表面构造深度的圆环铺砂装置，其特征在于：内环体(1)的内径(D)为300mm，外环体(2)的外径(d)为360mm。

4.根据权利要求1所述一种用于测定路面表面构造深度的圆环铺砂装置，其特征在于：内环体(1)内侧壁的高度(h)为4.5mm-5.5mm，外环体(2)外侧壁的高度(H)为3.5mm-4.5mm。

5.根据权利要求4所述一种用于测定路面表面构造深度的圆环铺砂装置，其特征在于：内环体(1)内侧壁的高度(h)为5mm，外环体(2)外侧壁的高度(H)为4mm。

6.根据权利要求1所述一种用于测定路面表面构造深度的圆环铺砂装置，其特征在于：环形砂槽(3)靠近外环体(2)一侧内侧壁的高度(H1)为1.5mm-2.5mm，环形砂槽(3)靠近内环体(1)一侧内侧壁的高度(H2)为2.5mm-3.5mm。

7.根据权利要求6所述一种用于测定路面表面构造深度的圆环铺砂装置，其特征在于：环形砂槽(3)靠近外环体(2)一侧内侧壁的高度(H1)为2mm，环形砂槽(3)靠近内环体(1)一侧内侧壁的高度(H2)为3mm。

8.一种利用权利要求1所述装置测定路面表面构造深度的圆环铺砂方法，其特征在于：所述一种用于测定路面表面构造深度的圆环铺砂方法的具体步骤如下：

步骤一、测量量砂密度，记为ρ；

步骤二、清扫路面：用扫帚或毛刷将测试点附近的路面清扫干净，清扫面积不小于30cm×30cm；

步骤三、称量初始质量：在装砂筒中装入适量量砂，用天平称量量砂与装砂筒的总质量，记为m₀；

步骤四、铺砂：将圆环铺砂装置擦净，水平置于地面测点处，从圆环铺砂装置中心开始，将量砂由内至外均匀旋转铺洒在内环体(1)与路面形成的腔体内，并使量砂表面高于内环体(1)的上表面；

步骤五、刮平：用刮平尺以均匀的速度和力度将高于内环体(1)上表面的量砂刮入环形砂槽(3)中，直至内环体(1)内的量砂上表面平整且与内环体(1)上表面的边缘呈相同高度；

步骤六、收集剩余量砂并称重：用吸砂器收集环形砂槽(3)中的量砂，将环形砂槽(3)内的量砂倒回装砂筒内，用天平称量量砂与装砂筒的总质量，即量砂与装砂筒的终了总质量，记为m₁；

步骤七、根据公式计算路面表面构造深度测定结果：

$\mathrm{TD}=\frac{V}{{\mathrm{\πD}}^2/4}$           ①

$V=V_1-V_0=\frac{1000(m_0-m_1)}{\mathrm{\ρ}}-\frac{{\mathrm{\πD}}^{2}h}{4}$         ②

公式①和公式②式中：TD表示路面表面构造深度，V表示路面表面空隙中砂的体积，D表示内环体(1)内径，V₁表示洒入内环体(1)与路面形成的内腔中量砂的总体积，V₀表示内环体(1)内圆柱体量砂的体积，m₀表示量砂与装砂筒的初始总质量，m₁表示量砂与装砂筒的终了总质量，ρ表示量砂密度，h表示内环体(1)内侧壁的高度。

9.根据权利要求8所述一种用于测定路面表面构造深度的圆环铺砂方法，其特征在于：步骤一中的量砂是干燥洁净的匀质砂，量砂的粒径为0.15mm-3mm。

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