王國(guó)忠

(山西省交通科學(xué)研究院黃土地區(qū)公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　太原　030006)

MS-2型微表處在路面抗滑性能處治中的適用性研究*

王國(guó)忠

(山西省交通科學(xué)研究院黃土地區(qū)公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室太原030006)

摘要為深入研究微表處路面構(gòu)造與級(jí)配及瀝青含量的關(guān)系，選取抗滑性能指數(shù)不足的代表性路段6處，在路面采取微表處處治前后，現(xiàn)場(chǎng)分別實(shí)測(cè)路面構(gòu)造深度和抗滑性能指數(shù)，研究微表處在路面抗滑性能不足處治中的適用性。得出構(gòu)造深度與集料級(jí)配和瀝青含量有很好的相關(guān)性；構(gòu)造深度與抗滑性能指數(shù)沒(méi)有明顯的關(guān)系；微表處只能暫時(shí)提高路面的抗滑性能，不能起到長(zhǎng)效作用。

關(guān)鍵詞MS-2型微表處抗滑性能構(gòu)造深度(TD)衰變規(guī)律

1　工程背景

路面抗滑性能指數(shù)是影響車輛行車安全性的一個(gè)重要指標(biāo)，尤其是在重載交通、雨量較大的地區(qū)，抗滑性能指數(shù)不足極易引發(fā)交通事故[1-2]。構(gòu)造深度作為影響路面抗滑性能的一個(gè)重要指標(biāo)，瀝青路面宏觀構(gòu)造深度(MPD)[3]會(huì)受到瀝青混合料級(jí)配的影響，不同級(jí)配的瀝青混合料表面紋理差異較大，當(dāng)級(jí)配曲線遠(yuǎn)離最大密度線時(shí)，礦料間隙率(VMA)增加，從而形成更高的紋理粗糙度[4]。目前從設(shè)計(jì)和施工階段來(lái)分析路面構(gòu)造深度與瀝青混合料級(jí)配和瀝青含量關(guān)系的研究已有不少，比如針對(duì)Superpave瀝青混合料[5]、AC-13瀝青混合料，但是針對(duì)微表處路面構(gòu)造深度與級(jí)配及瀝青含量關(guān)系的研究較少，所以通過(guò)深入研究對(duì)解決上述問(wèn)題有著重要的意義[6]。

山西省某條高速公路于2011年12月建成通車，為雙向4車道，是晉煤外運(yùn)的主要通道，途經(jīng)山西特殊的黃土地區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，沿途存在局部小氣候條件，陰雨天氣能見度極低，加之出省方向?yàn)樘胤N交通方向，交通組成復(fù)雜，交通量大，隨著軸載作用次數(shù)的增加，路面局部路段出現(xiàn)嚴(yán)重的磨耗，給行車帶來(lái)極大的安全隱患。為了防止由于路面抗滑性能不足而引起的交通事故，有必要針對(duì)路面抗滑性能不足的問(wèn)題，提出切實(shí)可行的處治方案。

2　檢測(cè)方案

根據(jù)對(duì)該條高速公路近些年來(lái)的跟蹤觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)局部路面由于車輛軸載作用次數(shù)的增加，路面出現(xiàn)較為嚴(yán)重的磨損，給雨天行車安全帶來(lái)一定的影響。為了防止由于路面抗滑性能不足引發(fā)的交通事故，管養(yǎng)部門對(duì)全線抗滑性指數(shù)進(jìn)行了深入的調(diào)查。

本次調(diào)查指標(biāo)為路面抗滑性能指數(shù)(SFC)和路面構(gòu)造深度(TD)，調(diào)查方式采用快速檢測(cè)設(shè)備，避免了使用擺式儀對(duì)路面抗滑性能檢測(cè)過(guò)程中速度慢、安全性差的弱點(diǎn)。選取路面抗滑性能指數(shù)較差的6個(gè)路段A，B，C，D，E，F(xiàn)，G進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，每段長(zhǎng)度為1km，檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果見表1。

表1　路面抗滑性能指數(shù)與構(gòu)造深度檢測(cè)結(jié)果

我國(guó)現(xiàn)有規(guī)范對(duì)路面構(gòu)造深度沒(méi)有給出評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，只在設(shè)計(jì)階段給出控制標(biāo)準(zhǔn)，本條路構(gòu)造深度設(shè)計(jì)值為0.50mm，根據(jù)路面構(gòu)造深度設(shè)計(jì)值與檢測(cè)結(jié)果，可知C，E，F(xiàn)段構(gòu)造深度仍滿足要求，但路面抗滑性能指數(shù)只有29，30，23，評(píng)定結(jié)果為“差”，嚴(yán)重影響路面行車的安全性，所以有必要對(duì)上述路段抗滑性能不足進(jìn)行處治。

3　MS-2型微表處在路面抗滑處治中的應(yīng)用

通過(guò)經(jīng)濟(jì)效益分析，針對(duì)上述路面抗滑性能不足的情況，選用MS-2型微表處進(jìn)行抗滑性能處治，不同路段根據(jù)其抗滑性能狀況選擇不同級(jí)配和瀝青含量的瀝青混合料。使用MATLAB和多元非線性模型研究MS-2型微表處級(jí)配與構(gòu)造深度的關(guān)系；在實(shí)施微表處處治后跟蹤檢測(cè)構(gòu)造深度和抗滑性能指數(shù)，分析微表處在路面抗滑處治中的適用性。

3.1Matlab多元非線性回歸模型

MATLAB是美國(guó)MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink2大部分[7]。能夠?qū)o定的數(shù)據(jù)矩陣按照實(shí)際函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，通過(guò)分析路面構(gòu)造深度與MS-2型微表處級(jí)配及瀝青含量的關(guān)系，運(yùn)用多元非線性回歸模型擬合出MS-2型微表處路面構(gòu)造深度的預(yù)測(cè)方程。

3.2MS-2型微表處級(jí)配與瀝青含量的選擇

根據(jù)實(shí)際需求調(diào)配出6種不同級(jí)配類型的瀝青混合料，分別用于不同的路段，見表2，路面平均構(gòu)造深度實(shí)測(cè)值見表3。

表2　MS-2型微表處混合料級(jí)配

表3　孔隙率和平均構(gòu)造深度實(shí)測(cè)值

通過(guò)多元非線性回歸模型建立各篩孔通過(guò)率與離開最大密度線的加權(quán)平均值，公式如下。

式中：E為距離最大密度線的加權(quán)平均值；SivS為篩孔直徑；maxAgg為集料最大粒徑；%pass為各篩孔通過(guò)率。

通過(guò)多元非線性回歸模型建立路面平均構(gòu)造深度與距離最大密度線的加權(quán)平均值、瀝青含量的關(guān)系如下：

式中：TD為路面構(gòu)造深度；Pb為瀝青含量。

利用上述回歸模型對(duì)各標(biāo)段的構(gòu)造深度進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果見表4和圖1。

表4　各標(biāo)構(gòu)造深度預(yù)測(cè)值

圖1　構(gòu)造深度實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值關(guān)系

由圖1可見，MS-2型微表處瀝青混合料構(gòu)造深度實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值回歸系數(shù)接近1，通過(guò)集料級(jí)配和瀝青含量可以有效預(yù)測(cè)MS-2型微表處瀝青路面的構(gòu)造深度，從而為瀝青混合料構(gòu)造深度的調(diào)整提供技術(shù)支持。

在采取微表處路段實(shí)測(cè)路面抗滑性能指數(shù)和構(gòu)造深度結(jié)果見表5，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可以得出，實(shí)施微表處前后路面構(gòu)造深度基本沒(méi)有變化，但路面抗滑性能指數(shù)有了有效的提高，實(shí)施微表處后的路面抗滑性能指數(shù)達(dá)到實(shí)施微表處前的2.1倍。

表5　微表處前后路面抗滑性能指數(shù)與構(gòu)造深度檢測(cè)結(jié)果

為了進(jìn)一步分析研究微表處在使用過(guò)程中對(duì)路面抗滑性能的貢獻(xiàn)，對(duì)上述路段通車0.5年、1年后分別檢測(cè)路面抗滑性能指數(shù)和構(gòu)造深度，結(jié)果見表6、圖2、圖3。

表6　微表處后路面抗滑性能指數(shù)與構(gòu)造深度跟蹤檢測(cè)結(jié)果

圖2　MS-2型微表處構(gòu)造深度衰變圖形

圖3　MS-2型微表處抗滑性能指數(shù)衰變圖形

由表6、圖2、圖3分析可見，在路面抗滑性能不足的路段采用MS-2微表處處治后，路面構(gòu)造深度沒(méi)有太大的變化，隨著時(shí)間的推移，C，D，F(xiàn)段路面構(gòu)造深度有所提高，分析得知，隨著交通軸載作用次數(shù)的增加，在輪跡帶附近集料出現(xiàn)輕微脫落，檢測(cè)過(guò)程中由于松散顆粒的存在，使得路面構(gòu)造深度有所提高。

路面抗滑性能指數(shù)在使用半年后急劇下降，半年之內(nèi)下降8.5%，半年到1年內(nèi)下降20.4%，所以使用微表處只能暫時(shí)緩解路面抗滑不足，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度需考慮其他處治措施或針對(duì)路面抗滑不足開發(fā)新型材料。

4　結(jié)論

(1) 路面構(gòu)造深度滿足要求的情況下，路面抗滑性能指數(shù)可能嚴(yán)重不足，建議管理、決策部門采用橫向力系數(shù)作為路面抗滑性能評(píng)價(jià)的依據(jù)。

(2) 使用多元非線性模型可以有效預(yù)測(cè)MS-2型微表處的路面抗滑構(gòu)造深度，從而指導(dǎo)工程實(shí)踐。

(3) 實(shí)施微表處后路面抗滑性能指數(shù)達(dá)到實(shí)施微表處前的2.1倍，構(gòu)造深度變化不大，車輛荷載作用會(huì)導(dǎo)致輪跡帶集料剝落，使用快速檢測(cè)設(shè)備對(duì)構(gòu)造深度檢測(cè)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)構(gòu)造深度增加的現(xiàn)象。

(4) 微表處只能暫時(shí)提高路面的抗滑性能，但不能起到長(zhǎng)效作用，在通車半年時(shí)間內(nèi)抗滑性能指數(shù)下降8.5% ，半年至1年內(nèi)下降20.4%，建議針對(duì)路面抗滑處治開發(fā)新的材料。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2015-04-28

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.015

*山西省交通建設(shè)科技項(xiàng)目(2015-01-22)資助