宋永朝，付波飛，梁乃興

(1.重慶交通大學(xué) 交通運輸學(xué)院，重慶 400074；2.長沙理工大學(xué) 公路工程教育部重點實驗室，湖南 長沙 410004；3.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400074)

?

露石水泥混凝土路面表面功能綜合評價研究

宋永朝1,2，付波飛1，梁乃興3

(1.重慶交通大學(xué) 交通運輸學(xué)院，重慶 400074；2.長沙理工大學(xué) 公路工程教育部重點實驗室，湖南 長沙 410004；3.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400074)

根據(jù)露石水泥混凝土路面表面功能特征，分別從路面抗滑性、降噪性、平整性、反光性、耐久性等方面構(gòu)建表面功能評價指標(biāo)體系，運用層次分析法和專家評分法確定評價指標(biāo)權(quán)重，提出露石水泥混凝土路面綜合評價方法，并對某實體路段表面功能進行了綜合評價，可為評判露石水泥混凝土路面表面功能狀態(tài)提供依據(jù)。

道路工程；露石水泥混凝土路面；表面功能；評價指標(biāo)

0 引 言

露石水泥混凝土路面是一種新型的水泥混凝土路面[1]，具有普通水泥混凝土路面的強度高、剛度大、穩(wěn)定性好、使用壽命長等優(yōu)點；同時，露石水泥混凝土路面特有的露石表面，克服了普通水泥混凝土路面抗滑性能差、行車噪聲高、易產(chǎn)生眩光等問題。露石水泥混凝土路面具有豐富的紋理構(gòu)造[2]，有效改善潮濕不利狀態(tài)下路表抗滑性能，大大降低行車噪聲，粗糙的露石表面還具有一定防眩作用。露石水泥混凝土路面可廣泛適用于城市交叉口、公路隧道、陡坡彎道等路段，顯著提高機動車行車安全性和行車舒適性。

露石水泥混凝土路面具有高抗滑、低噪聲[3]、防眩等優(yōu)良的路用性能，在于紋理豐富的露石表面，露石表面質(zhì)量狀態(tài)是露石水泥混凝土路面表面功能得以發(fā)揮的關(guān)鍵。我國擁有豐富的水泥資源，高品質(zhì)的露石水泥混凝土路面具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，露石水泥混凝土路面已在露石工藝[4]、露石表面離析[5]、路用性能[6]等方面進行了相關(guān)研究并取得了一定成果，而對于高等級水泥混凝土路面表面功能研究不足，露石水泥混凝土路面表面功能質(zhì)量判定方面缺乏相應(yīng)的研究。在此，筆者針對露石水泥混凝土路面現(xiàn)實狀況，建立露石水泥混凝土路面表面功能評價指標(biāo)體系，提出露石表面功能質(zhì)量狀態(tài)評價方法，為露石水泥混凝土路面的推廣應(yīng)用提供技術(shù)支持。

1 紋理構(gòu)造特征

露石水泥混凝土路面通過露石工藝處理，獲得紋理豐富的露石表面，具有優(yōu)良的表面功能。國際道路協(xié)會將路面紋理構(gòu)造分為微觀構(gòu)造和宏觀構(gòu)造，常用平均斷面深度或平均構(gòu)造深度對道路表面紋理構(gòu)造進行描述[7-8]，路表紋理構(gòu)造深度在0.5 mm以上為宏觀構(gòu)造，而小于0.5 mm為微觀構(gòu)造。

新拌水泥混凝土路面經(jīng)過露石工序處理后形成紋理豐富的露石水泥混凝土路面，表現(xiàn)出優(yōu)良的路面性能。機動車在路表行駛過程中，露石表面上凸的裸露顆粒能嵌入輪胎，提高了汽車輪胎與道路表面的有效接觸面積。同時，在路表潮濕狀態(tài)下，露石表面的下凹紋理構(gòu)造，亦能迅速排除車輪下的路表水，避免形成水膜，顯著改善抗滑性能。在此，露石表面具有良好的路面抗滑性能，能大大提高雨天潮濕狀態(tài)下路表的抗滑能力。露石表面發(fā)達的紋理構(gòu)造及時釋放行車過程中輪胎表面花紋溝槽內(nèi)的壓縮氣體，有效降低行駛過程中的泵吸噪聲，降低行車噪聲，改善人口密集區(qū)域的工作生活環(huán)境。另外，露石水泥混凝土路面擁有粗糙的露石表面，光線經(jīng)過露石表面后形成漫反射，可消除或緩解強烈耀眼光線對駕駛員或行人的視覺干擾，露石表面反光散射系數(shù)總體上小于普通水泥混凝土表面，具有很好的防眩作用。

露石水泥混凝土路面具有剛度大、高抗滑、低噪聲、防眩等優(yōu)良特征，關(guān)鍵在于擁有紋理豐富的露石表面，露石表面優(yōu)良的表面功能為機動車行車安全性能和行車舒適性能提高提供重要保證。

2 表面功能評價體系

隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，機動車保有量進一步增加，道路交通量及行車速度增大，車輛與路面之間有密切關(guān)系的道路表面特性顯得越來越重要[9]。高品質(zhì)路面具有安全、經(jīng)濟、舒適的路用功能，取決于高質(zhì)量的道路表面特性，付智[10]通過對水泥混凝土路面表面功能的理解和認識，提出水泥混凝土路面應(yīng)具有舒適、安全、耐久的表面功能。

露石水泥混凝土路面在使用過程中具有安全、經(jīng)濟、舒適和環(huán)境保護方面的路用性能，關(guān)鍵在于露石表面具有優(yōu)良的表面功能。鑒于露石水泥混凝土路面擁有高抗滑、低噪聲、防眩、耐久等特點，從抗滑、降噪、平整、反光、耐久等表面性能來考慮露石水泥混凝土路面的表面功能，針對露石水泥混凝土路面表面功能，提出從抗滑性能、降噪性能、平整性能、反光性能、耐久性能等5個方面的技術(shù)參數(shù)作為評價指標(biāo)，建立露石水泥混凝土路面表面功能評價指標(biāo)體系，如圖1。

圖1 表面功能評價指標(biāo)體系構(gòu)成

3 表面功能評價指標(biāo)等級劃分

3.1 露石水泥混凝土路面抗滑性能指標(biāo)

目前，我國現(xiàn)行水泥混凝土路面設(shè)計、施工及質(zhì)量檢驗評定規(guī)范對道路表面抗滑構(gòu)造深度提出了要求，但缺乏摩擦系數(shù)方面的相關(guān)規(guī)定，而在JTJ 073.1—2001《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》中對構(gòu)造深度、抗滑值及橫向力系數(shù)相關(guān)技術(shù)參數(shù)進行了要求及等級劃分。露石水泥混凝土路面作為一種新型水泥混凝土路面，綜合現(xiàn)行水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)范對露石水泥混凝土路面抗滑性能進行等級劃分，提出露石水泥混凝土路面抗滑性能指標(biāo)等級評判依據(jù)，如表1。

表1 抗滑性能指標(biāo)評定等級劃分

3.2 露石水泥混凝土路面降噪性能指標(biāo)

行車噪聲與機動車行駛速度有直接關(guān)系，速度越高路面行車噪聲越大，隨著行駛速度增大，露石水泥混凝土路面的降噪效果也越來越明顯[11-12]。在此，對40，60，80 km/h行車速度下測定其行車噪聲，與同等級普通水泥混凝土路面進行對比，根據(jù)40，60，80 km/h行車速度降噪值D40，D60，D80來確定露石水泥混凝土路面降噪性能，降噪性能指標(biāo)的等級劃分建議值如表2。

表2 降噪性能指標(biāo)評定等級劃分

3.3 露石水泥混凝土路面平整性能指標(biāo)

路面平整性能是道路使用者所關(guān)心的重要指標(biāo)，道路表面平整性能決定高速行車舒適程度。綜合JTG F 80/1—2004《公路工程質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)》和JTJ H 20—2007《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》等現(xiàn)行行業(yè)規(guī)范，采用3 m直尺最大間隙、標(biāo)準(zhǔn)差、國際平整度指數(shù)等技術(shù)參數(shù)作為露石水泥混凝土路面平整性能評價指標(biāo)，提出平整性能指標(biāo)技術(shù)參數(shù)等級劃分建議值，如表3。

表3 平整性能指標(biāo)評定等級劃分

3.4 露石水泥混凝土路面防眩性能指標(biāo)

道路表面凸凹的紋理構(gòu)造直接影響路面的反光性能，露石水泥混凝土路面豐富的紋理構(gòu)造能有效形成光的漫反射，減小路表反光強度，防止光線耀眼，給駕駛員和行人提供一個安全舒適的行車環(huán)境，具有一定的防眩功能。采用反光散射系數(shù)[1]對光線照射到道路表面后的反光性能進行量化，作為露石水泥混凝土路面防眩性能評價參數(shù)，并提出防眩性能評定等級劃分的建議參考值，如表4。

表4 防眩性能指標(biāo)評定等級劃分

3.5 露石水泥混凝土路面耐久性能指標(biāo)

道路表面耐磨性對其抗滑性衰減影響顯著，露石水泥混凝土路面應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)巖石作為集料碎石，確保露石表面外露集料的耐磨特性。露石水泥混凝土路面通常采用了強度高、耐磨性能好的碎石集料，在長期使用過程中能保持良好的路用性能。目前，露石水泥混凝土路面耐久性能研究尚未對其耐久性指標(biāo)提出具體檢測方法及評判標(biāo)準(zhǔn)，綜合現(xiàn)行行業(yè)規(guī)范，采用路面狀況指數(shù)(PCI)和斷板率(DBL)兩項指標(biāo)來評定水泥混凝土路面破損情況，結(jié)合露石水泥混凝土路面特點，提出露石水泥混凝土路面耐久性能(路面狀況)的評價等級建議值，耐久性能指標(biāo)等級劃分如表5。

表5 耐久性能指標(biāo)評價等級劃分

4 表面功能綜合評價

4.1 評價指標(biāo)權(quán)重分析

運用層次分析法[13-14]和專家評分法,確定評價指標(biāo)體系中各指標(biāo)權(quán)重，具體如下：

1)把復(fù)雜系統(tǒng)分解成目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層，明確每一層的組成要素，建立起一個描述系統(tǒng)功能和特征的遞階層次結(jié)構(gòu)。

2)采用問卷調(diào)查方法，對同一層次的各元素關(guān)于上一層次中某一要素的重要性進行兩兩比較，建立其判斷矩陣A：

其中：aij值采用Saaty建立的9標(biāo)度法確定，筆者采用德爾菲法得出判斷矩陣。

3)相對權(quán)重計算。方根法是通過判斷矩陣計算要素相對重要度的常用方法，計算其特征向量和特征根。計算步驟為：

①A的元素按行相乘得一新向量

A′=[300 6 0.033 0.5 0.033]T；

②將新向量的每個分量開n次方

Mi=[3.13 1.43 0.51 0.87 0.51]T；

③將所得向量歸一化即為權(quán)重向量

Wi=[0.48 0.22 0.08 0.14 0.08]T。

4)一致性檢驗。一致性檢驗是為了確保矩陣的精確性在一個較合理的水平。計算最大特征根λmax=5.06，一致性檢驗指標(biāo)C.I.=(λmax-n)/(n-1)=0.015，再根據(jù)該層要素數(shù)量查平均隨機一致性指標(biāo)R.I.=1.12，最后計算一致性比例C.R.=C.I./R.I.=0.013。一般規(guī)定，當(dāng)C.R.<0.1時，認為判斷矩陣的一致性是可以接受的，說明各矩陣中兩要素相對于上一次的重要性比值的選擇符合邏輯性要求，否則應(yīng)對判斷矩陣作適當(dāng)修正。

4.2 基于層次分析法的表面功能綜合評價

根據(jù)露石水泥混凝土路面表面功能的評價指標(biāo)體系，路面表面功能綜合評價指標(biāo)(PQI)由5個因素構(gòu)成：抗滑性能U1、降噪性能U2、平整性能U3、防眩性能U4、耐久性能U5，如式(1)：

U={U1，U2，U3，U4，U5}

(1)

露石水泥混凝土路面表面功能綜合評價指標(biāo)PQI計算式見式(2)，P1，P2，P3，P4，P5為指標(biāo)相應(yīng)的權(quán)重值，PQI評定總分為100分，分值范圍為0～100，表面功能綜合評價標(biāo)準(zhǔn)見表6：

(2)

表6 表面功能綜合評價標(biāo)準(zhǔn)

5 工程應(yīng)用

以重慶境內(nèi)涪陵區(qū)李渡鎮(zhèn)露石水泥混凝土路面試驗路為研究對象，對該實體路段的露石表面進行了構(gòu)造深度、抗滑值、平整度、行車噪聲、路面狀況等技術(shù)指標(biāo)進行了現(xiàn)場檢測，試驗路段相關(guān)技術(shù)參數(shù)測定值見表7?？紤]施工成本因素，選用當(dāng)?shù)厥規(guī)r碎石作為粗集料，散射系數(shù)取0.29。

表7 試驗路段技術(shù)參數(shù)測定值

評判露石水泥混凝土路面實體路段表面功能的質(zhì)量水平，計算綜合評價指標(biāo)(PQI)得分值：

重慶市涪陵區(qū)李渡鎮(zhèn)鐘露石水泥混凝土路面的表面功能綜合得分為78.76，根據(jù)最大隸屬原則，露石水泥混凝土路面綜合評價指標(biāo)得分評價區(qū)間為[70，85]，屬于“良”的評定級別。

6 結(jié) 論

1)根據(jù)露石水泥混凝土路面優(yōu)良的表面功能，分別從路面抗滑性能、降噪性能、平整性能、反光性能、耐久性能等五個方面，建立露石水泥混凝土路面表面功能評價指標(biāo)體系。

2)綜合現(xiàn)行規(guī)范及相關(guān)研究成果，對評價指標(biāo)進行了評定等級劃分并提出了量化的建議值，運用層次分析法和專家評分法，確定指標(biāo)體系中各項因素的權(quán)重，提出了露石水泥混凝土路面表面功能質(zhì)量狀態(tài)評價方法。

3)通過對重慶某露石水泥混凝土路面試驗路段進行實地調(diào)查及現(xiàn)場測試，對實體路段表面功能進行了綜合評判，表明該評價方法具有可實用性。

[1] 韓森.露石水泥混凝土路面研究[D].西安:長安大學(xué),2006. Han Sen.Study on Exposed-Aggregate Cement Concrete Pavement [D].Xi’an:Chang’an University,2006.

[2] 宋永朝,黎富春,梁乃興.基于數(shù)字圖像技術(shù)的露石混凝土表面構(gòu)造研究[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2012,31(4):785-787. Song Yongchao,Li Fuchun,Liang Naixing.Study on surface texture of exposed-aggregate cement concrete pavement based on digital image technique [J].Journal of Chongqing Jiaotong University:Natural Science,2012,31(4):785-787.

[3] 宋永朝,梁乃興.低噪音高抗滑露石水泥砼路面技術(shù)[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報,2007,27(3):58-61. Song Yongchao,Liang Naixing.Technology for low noise and high anti-skidding exposed-aggregate cement concrete pavement [J].Journal of Chongqing Jiaotong University,2007,27(3):58-61.

[4] 韓森,李志玲,張東省,等.露石水泥混凝土路面關(guān)鍵技術(shù)研究[J].中國公路學(xué)報,2004,17(4):17-20. Han Sen,Li Zhiling,Zhang Dongsheng,et al.Key technology of exposed-aggregate cement concrete pavement [J].China Journal of Highway and Transport,2004,17(4):17-20.

[5] 宋永朝,潘曉東,梁乃興,等.露石水泥混凝土露石表面離析評價研究[J].中外公路,2008,28(2):44-46. Song Yongchao,Pan Xiaodong,Liang Naixing,et al.Research on quality-evaluating index of exposed-aggregate cement concrete pavement [J].Journal of China & Foreign Highway,2008,28(2):44-46.

[6] 秦旻,梁乃興,陸兆峰,等.露石水泥混凝土路面性能研究[J].公路,2009(10):72-76. Qin Min,Liang Naixing,Lu Zhaofeng,et al.Research on performance of exposed-aggregate cement concrete pavement [J].Highway,2009(10):72-76.

[7] Stroup-Gardiner M,Studdard J,Wagner C.Evaluation of hot mix asphalt macro-and microtexture[J].Journal of Testing and Evaluation,2004,32(1):1-20.

[8] Ergun M,Iyinam S,Iyinam A F.Prediction of road surface friction coefficient using only macro-and micro-texture measurements [J].Journal of Transportation Engineering,2005,131(4) :311-319.

[9] 劉清泉.路面表面特性研究方向探討[J].公路交通科技,1994 (2):1-5. Liu Qingquan.Discussion on study aspect of road surface characteristic [J].Journal of Highway and Transportation Research and Development,1994(2):1-5.

[10] 付智.高速公路水泥混凝土路面的表面功能研究[J].施工技術(shù),2013,42(11):108-113. Fu Zhi.Research on the surface function of highway cement concrete pavement [J].Construction Technology,2013,42(11):108-113.

[11] 宋永朝,潘曉東,梁乃興,等.露石水泥混凝土路面質(zhì)量評價指標(biāo)研究[J].華東交通大學(xué)學(xué)報,2008,25(1):12-15. Song Yongchao,Pan Xiaodong,Liang Naixing,et al.Research on quality-evaluating index of exposed-aggregate cement concrete pavement [J].Journal of East China Jiaotong University,2008,25(1):12-15.

[12] HJ 640—2012環(huán)境噪聲監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國環(huán)境出版社,2012. HJ 640—2012 Technical Specification for Environment Noise Monitoring [S].Beijing:China Environment Science Press,2012.

[13] 熊立,梁樑,王國華.層次分析法中數(shù)字標(biāo)度的選擇與評價方法研究[J].系統(tǒng)工程理論與實踐,2005,25(3):72-79. Xiong Li,Liang Liang,Wang Guohua.Method research on selection and valuation of numeric scale in analytic hierarchy process [J].Systems Engineering Theory & Practice,2005,25(3):72-79.

[14] 楊樂,彭海游,周莫林,等.基于層次分析法的奉節(jié)縣城地質(zhì)環(huán)境承載力評價[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2014,33(2):95-99. Yang Le,Peng Haiyou,Zhou Molin,et al.Assessment of geological environment carrying capacity of Fengjie county based on AHP [J].Journal of Chongqing Jiaotong University:Natural Science,2014,33(2):95-99.

Comprehensive Evaluation of Surface Function of Exposed-Aggregate Cement Concrete Pavement

Song Yongchao1, 2, Fu Bofei1, Liang Naixing3

(1.School of Traffic & Transportation, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China; 2. Key Laboratory of HighwayEngineering of Ministry of Education, Changsha University of Science & Technology,Changsha 410004,Hunan, China;3. School of Civil Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China)

According to the surface function characteristics of exposed-aggregate cement concrete pavement (EACCP), the evaluation indexes system of the surface function was established respectively from aspects such as skid resistance, noise reduction, flatness, reflection and durability of the pavement. The analytic hierarchy process and expert evaluation method were used to determine the weight of various factors in evaluation indexes system, and the comprehensive evaluation method of EACCP was proposed. The comprehensive evaluation on the surface function of a certain section of actual EACCP was carried out, which provided the basis for judging the surface function quality of EACCP.

road engineering;exposed-aggregate cement concrete pavement (EACCP); surface function; evaluation indexes

10.3969/j.issn.1674-0696.2015.06.08

2014-05-08；

2014-07-19

長沙理工大學(xué)公路工程教育部重點實驗室開放基金項目(kfj130102) ；重慶市自然科學(xué)基金項目(cstc2012jjA30001)

宋永朝(1975—)，男，湖南雙峰人，副教授，博士，主要從事道路與交通工程方面的研究。E-mail: songyc69@163.com。

U416.216

A

1674-0696(2015)06-043-05