熊 巍， 顏加俊， 雷宗建， 羅 爐

(1.湖北交投建設(shè)集團有限公司， 湖北 武漢 430050; 2.湖北省高速公路實業(yè)開發(fā)有限公司， 湖北 武漢 430051)

0 前言

抗滑性能是表征路面行車安全性和舒適性的重要指標。目前，評價瀝青路面抗滑性能的主要技術(shù)指標為構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)。構(gòu)造深度TD是指一定面積的路表凹凸不平的開口孔隙的平均深度，代表了路面宏觀粗糙度，現(xiàn)行規(guī)范采用鋪砂法測試路表構(gòu)造深度；摩擦系數(shù)則通過測試輪胎與路面表面的摩擦作用來評價抗滑性能，反映了輪胎與路面的接觸特性，是評價路面抗滑性能的綜合指標，現(xiàn)行規(guī)范采用橫向力系數(shù)SFC或擺式摩擦系數(shù)BPN進行評價[1]。

已有研究表明，級配和最大公稱粒徑是影響瀝青路面抗滑性能的2個主要因素。我國新建瀝青路面上面層一般采用SMA-13或AC-13結(jié)構(gòu)，最大公稱粒徑為13.2mm。新建瀝青路面服役初期路面級配較為穩(wěn)定，構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)測試手段能真實反映路面在服役初期的抗滑性能，均可作為路面抗滑性能的表征指標；隨著路面服役周期增長，在自然環(huán)境和車輛荷載作用下，路面表面瀝青膜逐漸老化脫落，粗集料被壓碎和磨光，細集料被不斷帶出，引起級配產(chǎn)生變異從而造成抗滑性能出現(xiàn)不同程度衰減。雖然構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)均為評價路面抗滑性能的專業(yè)技術(shù)指標，但由于所表征的作用機理不同，二者在路面級配變異所體現(xiàn)的抗滑性能衰減特征有所不同，不能相互取代[2-3]。因此，在不同路面服役階段，采用何種指標作為評價路面抗滑性能的推薦指標，對于反映服役期路面真實抗滑性能、制定合適養(yǎng)護決策十分重要。

1 抗滑指標相關(guān)性分析

選取湖北省A高速公路作為依托工程，A高速路面上面層結(jié)構(gòu)采用改性瀝青AC-13C。為評價服役初期路面抗滑性能指標相關(guān)性，收集A高速公路交工驗收時路面抗滑性能檢測數(shù)據(jù)。同時，對A高速服役6 a后的抗滑性能進行檢測，為確保研究結(jié)論可信，擴大檢測樣本數(shù)據(jù)量，選取K23+000～K24+500行車道共40個測點。采用手工鋪砂法測定路面構(gòu)造深度TD，擺式摩擦儀測定路面擺值BPN，橫向力系數(shù)車測定路面橫向力系數(shù)SFC，橫向力系數(shù)車默認每5m一個測點，在數(shù)據(jù)整理時篩選出測定構(gòu)造深度和擺值樁號對應(yīng)的測點值。

1.1 交工階段抗滑性能指標相關(guān)性

對A高速公路交工時某樁號段內(nèi)79個行車道擺值BPN、構(gòu)造深度TD和橫向力系數(shù)SFC數(shù)據(jù)進行整理，為便于在同一坐標系中比較各項指標整體變化趨勢，將構(gòu)造深度結(jié)果按測值×100處理，結(jié)果如圖1～4所示。

圖1 交工階段BPN、TD(×100)和SFC測點分布及變化趨勢

圖2 BPN與TD線性關(guān)系擬合

圖3 SFC與TD線性關(guān)系擬合

圖4 SFC與BPN線性關(guān)系擬合

由圖1～4可知，對交工驗收階段AC-13結(jié)構(gòu)瀝青路面：

1) SFC和BPN與TD之間總體呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，SFC和BPN測值變化趨勢較為接近，與TD在某些測點區(qū)間呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系，即同一測點TD測值較大，SFC和BPN測值卻相對較小。表明在路面服役初期，路表紋理越復(fù)雜，構(gòu)造深度越大，其與輪胎附著性越好，抗滑性能越好。

2) BPN與TD線性擬合度僅為0.0109，SFC與TD線性擬合度僅為0.0461，表明BPN和SFC與TD之間整體線性相關(guān)性較差。雖然BPN和SFC均為摩擦系數(shù)表征指標，且整體變化趨勢也較為一致，但線性擬合度僅為0.2359，線性相關(guān)性較差。

3) TD波動范圍較BPN和SFC波動范圍更大，表明BPN和SFC測值相對較為穩(wěn)定，變異性較小。對于同一級配瀝青混合料，若不考慮施工均勻性等因素，在服役初期，采取BPN和SFC這2個指標更加穩(wěn)定和可靠。

1.2 服役6 a抗滑性能指標相關(guān)性

對A高速公路服役6 a后K23+000～K24+500段行車道(期間未采取任何養(yǎng)護措施)40個構(gòu)造深度、擺值和橫向力系數(shù)數(shù)據(jù)進行整理，結(jié)果圖5～8所示。

由圖5～8可知，對于通車6 a的AC — 13結(jié)構(gòu)瀝青路面：

1) 絕大部分測點SFC和BPN測值變化趨勢一致，但與TD變化趨勢并不一致，這與交工階段路面抗滑指標變化規(guī)律相同。由線性擬合關(guān)系可知，SFC和BPN與TD之間總體呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系，即測點構(gòu)造深度越大，摩擦系數(shù)反而較小。同時，由測點測值可知，絕大部分測點構(gòu)造深度仍能滿足規(guī)范要求，但摩擦系數(shù)衰減較快。

圖5 服役6年后BPN、TD(×100)和SFC測點分布及變化趨勢

圖6 BPN與TD線性關(guān)系擬合

圖7 SFC與TD線性關(guān)系擬合

圖8 SFC與BPN線性關(guān)系擬合

2) BPN與TD線性擬合度僅為0.0355，SFC與TD線性擬合度僅為0.0105，SFC與BPN線性擬合度僅為0.0415，3個抗滑指標之間線性相關(guān)性較差。表明路面服役較長時間后，三者之間均難以建立簡單的線性關(guān)系。

3) TD測值波動范圍仍較大，SFC測值波動最為穩(wěn)定，BPN測值較交工階段波動變大，且BPN數(shù)值大部分低于SFC數(shù)值，表明采用橫向力系數(shù)SFC作為表征抗滑性能表征指標更為可靠。

2 測試機理及適用性研究

為比較各項指標衰減幅度，對A高速公路交工時和通車6 a后路面抗滑性能檢測數(shù)據(jù)進行整理并計算其代表值，結(jié)果如圖9所示。

圖9 交工階段和運營6 a后各抗滑性能指標代表值比較

由圖9數(shù)據(jù)可知，上面層AC — 13結(jié)構(gòu)在投入使用6 a后，樁號段內(nèi)構(gòu)造深度代表值達到0.76，仍能滿足規(guī)范的要求，下降幅度僅為13.6%，單從構(gòu)造深度指標來說，路面抗滑性能還處于較好的水平，但擺值和橫向力系數(shù)卻衰減較快，其中擺值下降33.3%，橫向力系數(shù)下降31.1%，部分路段已不能滿足安全行車的要求。因此，在路面正常使用過程中，若單一采用構(gòu)造深度作為評價指標難以真實反映AC — 13結(jié)構(gòu)真實抗滑性能。

分析其原因，路面微觀紋理及宏觀構(gòu)造是影響瀝青路面抗滑性能的主要因素[4-6]，構(gòu)造深度主要表征的是路面表層的宏觀構(gòu)造；擺值表征了行車速度較低時路面的抗滑性能，其與集料表面的微觀粗糙度有關(guān)；橫向力系數(shù)則表征了行車速度較高時路面的抗滑性能，表征的是輪胎與路面表面的綜合接觸特性。因此，3個抗滑指標分別從微觀紋理或宏觀構(gòu)造反映了路面抗滑性能。不同材料和混合料類型的微觀紋理和宏觀構(gòu)造差異較大，體現(xiàn)在抗滑指標上也就不盡相同。路面服役初期，新鋪AC-13瀝青混合料集料棱角性突出，磨光性能較好，混合料級配穩(wěn)定致密，此時路面抗滑性能主要由微觀構(gòu)造部分提供粘附力和宏觀構(gòu)造提供的阻滯力共同組成，無論從微觀紋理或宏觀構(gòu)造均能體現(xiàn)反映路表抗滑性能好壞，均可作為路面抗滑性能表征指標。隨著路面運營時間的增長，瀝青膜逐漸老化，粗集料表面磨光，細集料被不斷帶出，混合料級配產(chǎn)生變異，雖然理論上宏觀構(gòu)造遭到破壞，構(gòu)造深度減小，但由于粗集料顆粒間隙深度增大，采用鋪砂法測定時鋪砂體積變大，構(gòu)造深度未明顯降低或反而增大，這就可以解釋路面使用一定年限后，局部測點構(gòu)造深度測值仍處于較高水平的原因。同時，由于黏附力主要由集料表面的微觀構(gòu)造部分提供，集料磨光造成微觀構(gòu)造損壞，采用擺式摩擦儀測定時橡膠與路面接觸阻力減小，測得擺值會減?。煌?，宏觀構(gòu)造破壞造成路面排水性能變差，降低了測試輪胎與路面作用的阻滯力，橫向力系數(shù)也相應(yīng)減小。因此，雖然理論上構(gòu)造深度未明顯衰減，但摩擦系數(shù)卻衰減較為明顯，實際抗滑性能是降低的。

由于橫向力系數(shù)、擺值和構(gòu)造深度分別表征了不同路面狀態(tài)下的抗滑性能，在進行抗滑性能評價時，要綜合路面類型和評價指標的變化規(guī)律進行綜合決策，以制定合理養(yǎng)護方案。

3 結(jié)論

通過對湖北某高速公路路面結(jié)構(gòu)交工階段和通車6 a后的抗滑性能指標檢測，分析研究了構(gòu)造深度、擺值和橫向力系數(shù)之間的線性相關(guān)性，得到結(jié)論如下：

1) 擺值和橫向力系數(shù)測值變化趨勢較為一致，與構(gòu)造深度變化趨勢不一致；3個抗滑指標之間線性擬合度均較低，難以建立簡單線性關(guān)系。

2) 路面服役初期，3個指標之間整體呈正相關(guān)關(guān)系，說明隨著構(gòu)造深度的增大，路面摩擦系數(shù)相應(yīng)增大，路表抗滑性能越好；路面投入使用6 a后，3個指標之間整體呈負相關(guān)關(guān)系，說明構(gòu)造深度增大，摩擦系數(shù)反而降低，單一采用構(gòu)造深度難以準確反映路面抗滑性能的好壞。

3) 構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)均為評價路表抗滑性能的技術(shù)指標，但二者所表征的機理不同，在路面不同使用階段所體現(xiàn)的抗滑特征不同，二者不能互相代替。構(gòu)造深度測值波動范圍較大，橫向力系數(shù)測值波動范圍最小，且橫向力系數(shù)可綜合反映路面與輪胎的接觸特征，在進行路面抗滑性能檢測時，推薦采用橫向力系數(shù)作為長期抗滑性能評價指標，擺值和構(gòu)造深度作為參考指標。