■賴世桂

(福建龍巖市公路局，龍巖　364000)

?

龍巖山區(qū)公路避險(xiǎn)車道制動(dòng)距離實(shí)車試驗(yàn)研究

■賴世桂

(福建龍巖市公路局，龍巖364000)

摘要為能充分掌握山區(qū)公路長下坡路段避險(xiǎn)車道的設(shè)計(jì)技術(shù)，本文依托福建龍巖山區(qū)公路避險(xiǎn)車道實(shí)際工程，開展了避險(xiǎn)車道制動(dòng)距離實(shí)車試驗(yàn)研究，以期了解避險(xiǎn)車道的制動(dòng)規(guī)律，優(yōu)化目前的理論設(shè)計(jì)方法。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：制動(dòng)床材料是影響避險(xiǎn)車道制動(dòng)性能和制動(dòng)床長度的重要因素。沉陷深度與路床的阻尼系數(shù)有很好的相關(guān)性，車輪陷入程度越深、材料滾動(dòng)阻尼系數(shù)越大。車速對制動(dòng)距離的影響極為顯著，低速?zèng)_入時(shí)，軸重會(huì)顯著增大沉陷深度，高速?zèng)_入時(shí)，車輛會(huì)出現(xiàn)跳車現(xiàn)象，影響制動(dòng)床集料的減速效果。普通公路和高速公路避險(xiǎn)車道制動(dòng)距離計(jì)算建議采用較為保守的理論公式。避險(xiǎn)車道應(yīng)注意日常的養(yǎng)護(hù)管理，使用后應(yīng)及時(shí)清理各種污染物，定期及時(shí)翻松集料。

關(guān)鍵詞山區(qū)公路避險(xiǎn)車道實(shí)車試驗(yàn)阻尼系數(shù)理論計(jì)算公式

1　前言

避險(xiǎn)車道是設(shè)置在路側(cè)的，將剎車失靈車輛分離出主線，利用重力、滾動(dòng)阻力，或者兩者的綜合作用，通過能量轉(zhuǎn)化，減慢失控車輛速度并使車輛安全停車的輔助車道。

避險(xiǎn)車道一般由引道、制動(dòng)坡床、服務(wù)車道及其他附屬設(shè)施組成，附屬設(shè)施包括端部防撞消能設(shè)施、救援地錨、交通標(biāo)志和照明設(shè)施等(如圖1)。

避險(xiǎn)車道最早出現(xiàn)在美國，據(jù)說當(dāng)時(shí)人們發(fā)現(xiàn)失控車輛經(jīng)常沖出道路停在路廢料堆上，或者沖到山上用于滾木的舊路上，由此道路工程技術(shù)人員受到啟發(fā)，1956年，第一條避險(xiǎn)車道在美國加利福利亞便誕生了。據(jù)1990年統(tǒng)計(jì)美國有27個(gè)州使用避險(xiǎn)車道，數(shù)量達(dá)170條。1998年，北京八達(dá)嶺高速公路設(shè)置了國內(nèi)第一條避險(xiǎn)車道，在一定程度上取得了減少惡性交通事故頻繁發(fā)生的效果。隨后在國內(nèi)發(fā)展速度迅猛，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全國在北京、甘肅、福建、云南、河南、山西、河北、新疆、廣東、陜西、湖南、廣西、青海、浙江等省(市、自治區(qū))均設(shè)置了避險(xiǎn)車道。近十幾年來的工程實(shí)踐表明，恰當(dāng)?shù)脑O(shè)置避險(xiǎn)車道，對于長下坡交通安全的事故預(yù)防和損失減少方面效果卓著。

但在十幾年發(fā)展應(yīng)用的同時(shí)，我國避險(xiǎn)車道的設(shè)置與設(shè)計(jì)也顯現(xiàn)出一些問題。具體表現(xiàn)有：設(shè)置長度不夠、坡度過陡、避險(xiǎn)車道與主線交角過大，沒有足夠長的引道，連續(xù)設(shè)置多條避險(xiǎn)車道，避險(xiǎn)車道不避險(xiǎn)、無車去避險(xiǎn)等，直接影響了避險(xiǎn)車道使用和避險(xiǎn)效果，亟需研究改善。

福建省三面環(huán)山，一面臨海，境內(nèi)峰嶺聳峙，丘陵連綿，普通公路和高速公路多為山區(qū)公路，受地形地勢的影響，公路陡坡急彎、長大下坡等不利線型普遍，一直以來，福建省山區(qū)公路的交通安全形勢并不樂觀。特別是近十幾年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，福建公路交通量、貨車比例增長迅猛，直接導(dǎo)致以往一些道路線形受限路段的交通事故率陡增，嚴(yán)重威脅道路的正常運(yùn)營安全，迫切需要有效的長下坡交通安全改善技術(shù)和設(shè)施建設(shè)。

鑒于以上，為能充分合理的應(yīng)用避險(xiǎn)車道技術(shù)，2007年開始龍巖市公路局依托本地區(qū)山區(qū)公路避險(xiǎn)車道實(shí)際工程，開展了“山區(qū)公路長下坡避險(xiǎn)車道設(shè)置與設(shè)計(jì)方法”課題研究。在研究過程中進(jìn)行了多次實(shí)車實(shí)驗(yàn)，了解避險(xiǎn)車道制動(dòng)規(guī)律，并提出優(yōu)化目前理論設(shè)計(jì)方法的建議，具體如下。

2　試驗(yàn)方案

足尺實(shí)車試驗(yàn)是一種最為接近實(shí)際工況的研究方法，在相關(guān)理論研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行足尺實(shí)車試驗(yàn)，對于更進(jìn)一步揭示車輛與制動(dòng)床集料之間的真實(shí)行為特征、校驗(yàn)基于避險(xiǎn)車道制動(dòng)距離計(jì)算方法研究無疑均具有重要的研究價(jià)值。本研究分別在2008、2012年，以福建省龍巖山區(qū)公路長下坡典型路段，進(jìn)行了避險(xiǎn)車道制動(dòng)距離足尺實(shí)車試驗(yàn)。

2.1試驗(yàn)要求

首先從試驗(yàn)安全角度，規(guī)定足尺實(shí)車試驗(yàn)的實(shí)測避險(xiǎn)車道及試驗(yàn)車輛應(yīng)滿足以下要求：

(1)天氣晴朗，視距良好，氣溫不宜過高，不能在雨天進(jìn)行；

(2)避險(xiǎn)車道試驗(yàn)路段附近應(yīng)組織好交通，試驗(yàn)過程中避免受其他車輛干擾；

(3)試驗(yàn)車輛制動(dòng)器技術(shù)狀況保持良好，各總成、部件、附件必須按規(guī)定裝配齊全。

2.2試驗(yàn)車輛與避險(xiǎn)車道選擇

(1)2008年第一次試驗(yàn)車輛選擇與場地

試驗(yàn)車輛應(yīng)依據(jù)研究對象，選擇代表車型。本研究經(jīng)過龍巖山區(qū)公路長下坡路段交通事故車輛調(diào)查，選取解放牌平頭柴油牽引貨車為本次試驗(yàn)的典型車，如圖2，具體參數(shù)如表1所示。

表1　貨車基本參數(shù)

(2)2012年第二次試驗(yàn)車輛選擇與場地

神鷹牌中型自卸貨車(后單軸)和紅巖牌自卸貨車(后8輪)為本次試驗(yàn)典型車型，如圖2、圖3所示，具體參數(shù)如表2所示。

表2　貨車基本參數(shù)

(3)避險(xiǎn)車道設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)龍巖G319線新羅小池嶺路段的避險(xiǎn)車道為1#避險(xiǎn)車道，如圖5所示；S308線上杭白砂嶺路段的避險(xiǎn)車道為2#避險(xiǎn)車道，如圖6所示。1#和2#避險(xiǎn)車道的坡度和坡長參數(shù)如表3所示。

表3　1#和2#避險(xiǎn)車道坡度和坡長參數(shù)表

2.3避險(xiǎn)車道的具體情況

(1)1#避險(xiǎn)車道

經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)該避險(xiǎn)車道路段集料松散厚度平均為18cm。避險(xiǎn)車道制動(dòng)床底層為密實(shí)砂、混凝土。制動(dòng)床材料的厚度沒有進(jìn)行過渡處理，集料板結(jié)比較多。

(2)2#避險(xiǎn)車道

而2#避險(xiǎn)車道下層鋪厚20cm7.5％水泥穩(wěn)定碎石，上層鋪厚10～100cm的礫石。現(xiàn)場的調(diào)查如圖7可知，2#避險(xiǎn)車道路床集料較1#避險(xiǎn)車道松散。

依據(jù)公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程JTG E42 -2005(T0302-2005)，在現(xiàn)場進(jìn)行粗集料及集料混合料的篩分試驗(yàn)(干篩法)。集料級配曲線如圖7所示。從集料級配曲線圖可以看出，1#避險(xiǎn)車道制動(dòng)床集料礫石粒徑主要集中在20～50mm之間，屬單一粒級；而2#避險(xiǎn)車道制動(dòng)床集料礫石粒徑則較分散，從4.75mm～53mm每檔基本都有，屬合成級配。

2.4試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)監(jiān)測的數(shù)據(jù)有車輛的最大駛?cè)刖嚯x、車輪的陷入深度、車輛停止后的輪前堆高、車輛的總量和車輛的駛?cè)胨俣鹊葦?shù)據(jù)，依據(jù)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)選擇以下試驗(yàn)儀器。

(1)雷達(dá)測速儀：主要用來測量車輛駛?cè)氡茈U(xiǎn)車道過程中的實(shí)時(shí)速度，其工作原理是應(yīng)用多譜勒效應(yīng)(即移動(dòng)物體對所接收的電磁波有頻移的效應(yīng))，根據(jù)接收到的反射波頻移量的計(jì)算而得出被測物體的運(yùn)動(dòng)速度。雷達(dá)固定測速誤差為±1km/h，運(yùn)動(dòng)測速誤差為±2km/h。

(2)卷尺：測量車輛的駛?cè)刖嚯x；

(3)水平尺和鋼卷尺：測量車輪的陷入深度(車轍)；

(4)攝像機(jī)及高速攝影裝置：記錄實(shí)車試驗(yàn)過程及相關(guān)結(jié)果。

2.5實(shí)驗(yàn)步驟

(1)按試驗(yàn)安排準(zhǔn)備好實(shí)車并配備相應(yīng)的載重，檢驗(yàn)實(shí)車的剎車系統(tǒng)等部件，確保實(shí)車處于正常狀態(tài)，同時(shí)配備有經(jīng)驗(yàn)的司機(jī)駕駛車輛；

(2)計(jì)算好實(shí)車在進(jìn)入避險(xiǎn)車道時(shí)能達(dá)到指定車速的距離，并把車開到相應(yīng)的位置；

(3)測速人員站在便于測量車輛駛?cè)氡茈U(xiǎn)車道時(shí)速度的地方，開啟攝像機(jī)，試驗(yàn)開始；

(4)試驗(yàn)過程中，組織好現(xiàn)場車輛來往確保試驗(yàn)安全，觀測人員填寫觀測記錄，并且及時(shí)處理發(fā)現(xiàn)的問題，依據(jù)安排分別進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)；

(5)每次試驗(yàn)結(jié)束應(yīng)及時(shí)測量車輪陷入深度及制動(dòng)距離，然后平整制動(dòng)床集料，同時(shí)檢查實(shí)車的的剎車系統(tǒng)等部件，確保實(shí)車處于正常狀態(tài)；

(6)所有試驗(yàn)結(jié)束后，平整好場地，并回收儀器，妥善保管，以備后用。

2.6試驗(yàn)工況

本次試驗(yàn)主要研究不同軸型、不同車重、不同駛?cè)胨俣认率к囕v的制動(dòng)距離，共設(shè)計(jì)了16次試驗(yàn)，具體試驗(yàn)工況見表4。

表4　試驗(yàn)工況

解放牌(兩種配重)和神鷹牌普通貨車研究共進(jìn)行了11次足尺實(shí)車試驗(yàn)、紅巖牌自卸貨車進(jìn)行了5次實(shí)車實(shí)驗(yàn)。制動(dòng)效果如圖8～圖11。在2012年7月12日上午9:30試驗(yàn)的調(diào)研過程中，觀察到失效車輛：新大威336(前8輪后12輪)，車重56.5t(空車16t)，沖到龍長高速公路避險(xiǎn)車道上，成功救險(xiǎn)，也對其進(jìn)行了調(diào)查，如圖12所示。

表5　新大威失效車輛制動(dòng)情況表

3　避險(xiǎn)車道足尺實(shí)車試驗(yàn)實(shí)測結(jié)果及分析

3.1阻尼系數(shù)的計(jì)算

避險(xiǎn)車道制動(dòng)距離計(jì)算最常見的理論公式如式(1)所示。

式中：表示車輛制動(dòng)距離(m)；V為駛?cè)胫苿?dòng)路床的車輛速度(km/h)；G為路床坡度(％)；R為路床材料的滾動(dòng)系數(shù)，見表6。

表6　美國避險(xiǎn)車道路面材料與滾動(dòng)阻力系數(shù)對應(yīng)表

經(jīng)轉(zhuǎn)換公式，可得到平均阻尼系數(shù)計(jì)算表達(dá)式為：

3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

共收集解放牌貨車(兩種配重)和神鷹牌普通貨車11次足尺實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果，編號1～11；紅巖貨車試驗(yàn)結(jié)果5次，編號12～16；失效掛車結(jié)果一次，將其編號為試驗(yàn)17，監(jiān)測數(shù)據(jù)如表7～表9。

表7　解放牌貨車、神鷹牌貨車試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總表

表8　紅巖貨車試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

表9　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總表

4　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

4.1駛?cè)刖嚯x與駛?cè)胨俣鹊纳Ⅻc(diǎn)統(tǒng)計(jì)與理論關(guān)系

從圖13可以看到，駛?cè)胨俣?、車重對駛?cè)刖嚯x有不同程度的影響。相近的駛?cè)胨俣认?，車重越大，駛?cè)刖嚯x越??；車重較小的情況下，駛?cè)胨俣仍黾?，車輛駛?cè)刖嚯x隨之增大。

研究認(rèn)為，在低速運(yùn)動(dòng)下，車重影響車輛的車輪陷入深度，車重越大，車輪陷入深度越深，制動(dòng)床集料對車輛的動(dòng)能消耗越大，阻尼性能較好。

車重較輕，或者車速較高的情況下，駛?cè)刖嚯x將顯著增大，這個(gè)時(shí)候車輛不容易陷入路床，甚至?xí)霈F(xiàn)跳車的情況，美國的實(shí)測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，各類車輛的沖車減加速度不會(huì)超過0.5g。這說明高速情況下，路床材料的阻尼系數(shù)會(huì)處于穩(wěn)定的中低值水平，駛?cè)胨俣葹轳側(cè)刖嚯x的關(guān)鍵因素。

從圖14可以看到，基于動(dòng)量法的計(jì)算駛?cè)刖嚯x比經(jīng)驗(yàn)法的計(jì)算駛?cè)刖嚯x更小。那是因?yàn)?，在相同的制?dòng)車床參數(shù)情況下，動(dòng)量法考慮到了壓實(shí)阻力、推土阻力、坡度阻力、以及滾動(dòng)阻力、空氣阻力等，并且對直徑、車輛軸型等因素也加以考慮，而理論解析公式只反映了坡度、車速的關(guān)系，故理論法計(jì)算出來的駛?cè)刖嚯x偏于保守。理論公式法與高速行車、阻尼較小的情況下的計(jì)算較為接近，而在低速駛?cè)氲那闆r下計(jì)算值偏低。

由圖15可以看出，在調(diào)節(jié)駛?cè)刖嚯x方面坡度調(diào)節(jié)能力較弱，而代表材料的阻尼系數(shù)調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)。

4.2陷入深度與車重、駛?cè)胨俣鹊年P(guān)系

從圖16～17可以看出，車輪陷入深度受車重影響明顯，車重越大車輪陷入深度越大，說明車輪的陷入深入與車重的相關(guān)性較大。駛?cè)胨俣取⒅苿?dòng)車床的集料特性、輪軸分布等可能對陷入深度有著一定程度的影響?？傮w來看，軸重更影響陷入深度。

4.3阻尼系數(shù)與駛?cè)胨俣?、沉陷深度的關(guān)系

從圖18、19中可看出，阻尼系數(shù)并不是一個(gè)常數(shù)，而是受諸多因素的影響，隨車輛軸型、總重、駛?cè)胨俣鹊淖兓兓?。車重較大的情況下，阻尼系數(shù)較大。圖中一些點(diǎn)的阻尼系數(shù)相對其他比較大，也是由于在試驗(yàn)車輛駛?cè)氡茈U(xiǎn)車道過程中，由于駛?cè)胨俣容^大，車輛出現(xiàn)跳車現(xiàn)象，駕駛員出于本能反應(yīng)踩下剎車，變滾動(dòng)為滑動(dòng)的緣故。

在車輛總重和駛?cè)胨俣认嘟鼤r(shí)，滾動(dòng)阻尼系數(shù)隨著車輛軸數(shù)的增加而增大，這主要是由于在相同條件下，隨著軸數(shù)的增加，與制動(dòng)床上集料接觸的面積增多，提高了總體的阻尼效果，此時(shí)失效車輛的制動(dòng)距離也會(huì)相比軸數(shù)較少的車輛相對短些。

對比實(shí)測值與推薦值，部分試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出來的阻尼系數(shù)較推薦值低。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這主要是由于制動(dòng)床集料沒有及時(shí)進(jìn)行松散維護(hù)，導(dǎo)致集料板結(jié)造成的。失控車輛在制動(dòng)床行駛時(shí)，若集料板結(jié)或鋪設(shè)不均，易造成車輪不均勻沉陷，各車輪受力不均，車身側(cè)傾、重心偏移而導(dǎo)致車輛側(cè)翻。為此，應(yīng)保證制動(dòng)床集料干凈、平整、松散，使之處于良好的使用狀態(tài)。避險(xiǎn)車道每次被使用、失控車輛被拖出后，應(yīng)及時(shí)鋪平制動(dòng)床集料、清除固體污染物。

由圖19可知，車輪的陷入深度越大，受到的阻力也就越大，阻尼系數(shù)也越大，并且相關(guān)性較強(qiáng)。這主要是因?yàn)椋囕v在避險(xiǎn)車道上運(yùn)行時(shí)，如果車輪的陷入深度越深，車輪前部的集料隆起高度越大，滾動(dòng)阻力就越大，這時(shí)車輪左右兩側(cè)、車輛底盤等部位與集料表面的接觸面積越大，摩擦力也越大，車輛受到的總阻力就會(huì)增加。

隨著駛?cè)胨俣鹊脑黾?，阻尼系?shù)也呈增加的趨勢。車輛的駛?cè)刖嚯x也隨駛?cè)胨俣鹊脑龃蠖龃?。對比試?yàn)2和試驗(yàn)8、9、10，可以認(rèn)為在車輛總重和駛?cè)胨俣认嘟鼤r(shí)，滾動(dòng)阻尼系數(shù)隨著車輛軸型的增加而增大，分析認(rèn)為是由于在相同條件下，隨著軸型的增加，與制動(dòng)床上集料接觸的面積增多，提高了滾動(dòng)阻尼系數(shù)，此時(shí)失效車輛的制動(dòng)距離也會(huì)相對短些。

對比試驗(yàn)1至試驗(yàn)6，可以發(fā)現(xiàn)在1#避險(xiǎn)車道的試驗(yàn)阻尼系數(shù)都較相近；而對比試驗(yàn)7至試驗(yàn)11，發(fā)現(xiàn)在2#避險(xiǎn)車道的試驗(yàn)阻尼系數(shù)變化則較大，這可能與兩條避險(xiǎn)車道中制動(dòng)床集料的級配組成相關(guān)。1#避險(xiǎn)車道制動(dòng)床集料屬單一粒級；而2#避險(xiǎn)車道制動(dòng)床集料屬合成級配。

5　討論與技術(shù)建議

5.1分析與討論

綜合以上實(shí)車實(shí)驗(yàn)和與國內(nèi)外結(jié)果、理論計(jì)算的對比可以發(fā)現(xiàn)：

(1)制動(dòng)床材料是影響避險(xiǎn)車道制動(dòng)性能和制動(dòng)床長度的重要因素。沉陷深度與路床的阻尼系數(shù)有很好的相關(guān)性。車輪陷入程度越深、材料滾動(dòng)阻尼系數(shù)越大，失控車輛獲得的阻力越大，同樣駛?cè)胨俣认滦枰闹苿?dòng)距離越短。目前避險(xiǎn)車道制動(dòng)床采用的材料有礫石、碎石、砂子等。粒徑較小、級配單一的圓形礫石是比較理想的制動(dòng)床材料，與其他材料相比，它具有較高的滾動(dòng)阻力系數(shù)，制動(dòng)效果最好。

(2)低速?zèng)_入時(shí)，軸重會(huì)顯著增大沉陷深度，高速?zèng)_入時(shí)，車輛會(huì)出現(xiàn)跳車現(xiàn)象。車重較輕，或者車速較高的情況下，駛?cè)刖嚯x將顯著增大，這個(gè)時(shí)候車輛不容易陷入路床，會(huì)出現(xiàn)跳車的情況，美國的實(shí)測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，各類車輛的沖車減加速度不會(huì)超過0.5g。這說明高速情況下，路床材料的阻尼系數(shù)會(huì)處于穩(wěn)定的中低值水平，駛?cè)胨俣认啾容S重成為決定駛?cè)刖嚯x的更關(guān)鍵因素。

(3)在車輛總重和駛?cè)胨俣认嘟鼤r(shí)，滾動(dòng)阻尼系數(shù)隨著車輛軸數(shù)的增加而增大，這主要是由于在相同條件下，隨著軸數(shù)的增加，與制動(dòng)床上集料接觸的面積增多，提高了總體的阻尼效果，此時(shí)失效車輛的制動(dòng)距離也會(huì)相比軸數(shù)較少的車輛相對短些。但關(guān)鍵還是看軸重，如果車輛輪胎多，貨載分布均勻，車輛也會(huì)“飄”在路床表面，不會(huì)產(chǎn)生很大的阻尼作用。

(4)實(shí)驗(yàn)顯示，理論計(jì)算公式中的阻尼系數(shù)并不是一個(gè)常數(shù)，而是受多因素的影響，隨車輛軸型、總重、駛?cè)胨俣鹊淖兓兓?。建議高速公路在設(shè)計(jì)避險(xiǎn)車道計(jì)算時(shí)，由于車速較高，建議采用理論計(jì)算公式，并取阻尼系數(shù)的中低值。

(5)基于離散元分析方法，對車速、坡度、粒徑、鋪設(shè)厚度四個(gè)因素綜合影響分析。坡度影響因素的三個(gè)水平分別為5°、8°及10°；集料厚度影響因素的三個(gè)水平分別為40cm、60cm及80cm；集料粒徑影響因素的三個(gè)水平分別為2cm、5cm及8cm；駛?cè)胨俣扔绊懸蛩氐娜齻€(gè)水平分別為40km/h、60km/h及80km/h。各因素影響水平如圖20所示。

從敏感性趨勢來看(軸重36t)，各影響因素的影響顯著性較為接近，但在中值到高值區(qū)間駛?cè)胨俣?> 80km/h)對結(jié)果的影響十分顯著，其次是坡度，集料粒徑和集料鋪設(shè)厚度。

5.2技術(shù)建議

5.2.1坡度

為防止車輛發(fā)生滑溜，建議合理的坡度應(yīng)當(dāng)在14°以下；同時(shí)坡度設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮車輛在進(jìn)入路床時(shí)由于坡度急劇變化而產(chǎn)生的瞬間加速度，對駕駛員造成直接傷害，或因車輛貨物沖擊駕駛室造成二次傷害。目前避險(xiǎn)車道制動(dòng)床的坡度一般取5°～10°，過陡或過緩的坡度都會(huì)對駕駛員產(chǎn)生不利影響。

5.2.2車速

通過模型模擬和相關(guān)理論計(jì)算表明，車速對制動(dòng)距離的影響是極為顯著的，因此設(shè)計(jì)車速的確定極為關(guān)鍵。大部分失控貨車在駛?cè)氡茈U(xiǎn)車道前由于無法實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，因此速度較大，特別對于道路線形較差的路段，貨車速度將會(huì)大于80km/h。對于車速的確定，建議在充分調(diào)研相關(guān)路段交通運(yùn)行狀況的基礎(chǔ)上，選取最大速度，并增加其富余度，以保證失控車輛正常制動(dòng)。

5.2.3集料選擇標(biāo)準(zhǔn)

制動(dòng)路床集料的選擇應(yīng)綜合考慮集料的材質(zhì)、粒徑、形狀三個(gè)方面：

(1)材質(zhì)方面，研究表明礫石是最為合理的路床材料，多數(shù)規(guī)范也要求集料為光圓且不易壓碎的礫石，不建議使用人工碎石和砂礫。

(2)粒徑選擇方面，實(shí)車試驗(yàn)表明，路床材料的粒徑越小，制動(dòng)效果越明顯。2～5cm粒徑的礫石集料較8cm粒徑的礫石集料沉陷效果和制動(dòng)效果好。但集料的粒徑也不宜過小，小粒徑的集料一般不易于排水，路床底部容易因污染而固結(jié)。根據(jù)目前的分析結(jié)果，認(rèn)為合理粒徑應(yīng)當(dāng)在2～5cm左右，且不建議使用5cm以上的集料。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)車輛在行駛過程中，小顆粒的石料其二次使用效果要比大石料的效果好。車輛壓過后，平整小石料要比平整大石料容易。

(3)集料的形狀方面，本文建議采用長徑比作為集料形狀的選擇指標(biāo)，使用長徑比作為集料形狀測試指標(biāo)較其他方法更為簡便，更易于在實(shí)際工程中應(yīng)用，建議集料長徑比應(yīng)該在1.6以下。

5.2.4集料鋪設(shè)厚度

美國科羅拉多州的調(diào)查研究表明，車輪在礫石路床中的沉陷至少在30cm，所以30cm以上集料鋪設(shè)厚度是必須的。但是考慮到雨水滲透會(huì)使集料在一定厚度范圍內(nèi)產(chǎn)生冰凍或固結(jié)，美國道路設(shè)計(jì)綠皮書中建議集料最大鋪設(shè)厚度不小于60cm，最好采用100cm的鋪設(shè)厚度。同時(shí)還要求制動(dòng)路床鋪設(shè)厚度應(yīng)該在30m的長度范圍內(nèi)采用40～100cm的漸變厚度過渡。本文基于試驗(yàn)建議路床設(shè)計(jì)厚度應(yīng)大于70cm，為防止污染或凍結(jié)可加大鋪設(shè)厚度，同時(shí)應(yīng)對路床集料適時(shí)翻松和清理。

5.2.5路床長度

綜合本文實(shí)例分析結(jié)果，對于行駛時(shí)速大于100km/h的貨車，當(dāng)采用10°的坡度時(shí)，建議要使用100m以上的路床設(shè)計(jì)長度，并進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算確定。

5.2.6多參數(shù)組合設(shè)計(jì)

從敏感性趨勢來看，駛?cè)胨俣?>80km/h)對制動(dòng)距離的影響十分顯著，其次是坡度；這對于高速?zèng)_入的車輛，在不改變路床長度的情況下，最有效的措施提高路床坡度，以及采用粒徑小、渾圓度好的集料，同時(shí)有足夠的路床厚度。但坡度也要考慮人員心理和安全不能過大，由于跳車現(xiàn)象，集料的阻尼減速效果也存在極限(0.5g)，此時(shí)只有增長避險(xiǎn)車道的長度。這也說明，在現(xiàn)實(shí)工程中存在過高沖入車速情況下，不延長避險(xiǎn)車道長度，而試圖通過改變坡度和粒徑的方法不一定可行。在地形不允許設(shè)置過長避險(xiǎn)車道時(shí)，控制駛?cè)胲囕v的車速就成為了解決問題的關(guān)鍵。

6　結(jié)論

基于以上實(shí)驗(yàn)和分析，對避險(xiǎn)車道制動(dòng)距離計(jì)算方法與參數(shù)選擇有以下結(jié)論。

(1)對于普通公路一般要在汽車失控車速還很低的位置就要設(shè)置避險(xiǎn)車道，因?yàn)槠胀ü肪€形較差，如果失控車輛速度高馬上就會(huì)沖出路外。因此，一般能夠駛?cè)肫胀ü繁茈U(xiǎn)車道的車速會(huì)較高速公路低，此時(shí)同等集料條件下路床阻尼系數(shù)受軸重影響較高速公路會(huì)更大，因此普通公路避險(xiǎn)車道的貨車制動(dòng)距離一般會(huì)比高速公路短，但值得注意的是，集料的級配、顆粒的圓度和粒徑、潔凈程度顯著影響著集料的滾動(dòng)阻尼系數(shù)，因此建議在計(jì)算制動(dòng)距離時(shí)要考慮此方面因素引起的折減。

(2)分析看到，普通公路避險(xiǎn)車道的制動(dòng)距離計(jì)算，關(guān)鍵是駛?cè)胲囁俚拇_定，駛?cè)胲囁賹χ苿?dòng)距離長度的計(jì)算是呈二次方的影響規(guī)律。在計(jì)算方法方面，只有在集料條件好、車速較低的情況下，可以采用動(dòng)量法，或者采用較高的路床阻尼系數(shù)。同時(shí)建議采用較為保守的理論計(jì)算公式，阻尼系數(shù)采用推薦值。在實(shí)踐管理中，避險(xiǎn)車道使用后應(yīng)及時(shí)清理各種污染物，定期及時(shí)翻松集料。

(3)對于高速公路的避險(xiǎn)車道制動(dòng)距離計(jì)算來講，一方面由于制動(dòng)距離對車速的顯著敏感性，另一方面從實(shí)車試驗(yàn)的觀察表明，高速運(yùn)動(dòng)下車輛會(huì)出現(xiàn)礫料路床的“跳車”現(xiàn)象，而不會(huì)出現(xiàn)完全陷入的情況(減速度小于0.5g)，因此，也建議采用較為保守理論計(jì)算公式，阻尼系數(shù)采用推薦值。

參考文獻(xiàn)

[1]A Policy on Geometric Design of Highway and Streets(GREEN BOOK)[S].American Association of State Highway and Transportation Officials(AASHTO).Washington, D.C.2001.

[2]Witheford,David K.NCHRP synthesis 178,truck escape ramps,a synthesis of highway practice[R].TRR,1992.5.

[3]中華人民共和國交通部.JTG/T B05－2004，公路項(xiàng)目安全性評價(jià)指南[S].北京:人民交通出版社，2004.

[4]吳京梅,何勇.公路連續(xù)長大下坡安全處置技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2008.

[5]吳京梅.山區(qū)公路避險(xiǎn)車道的設(shè)置[J].公路2006,(7).

[6]郭克清,徐希娟,金宏忠等.公路安全保障工程實(shí)用手冊[M].北京,人民交通出版社,2007.

[7]沈金榮.山區(qū)公路長下坡路段避險(xiǎn)車道設(shè)計(jì)研究[D].福州大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2005.