呂清磚

（貴州省公路勘察設(shè)計院有限公司，貴州 貴陽 550000）

0 引言

隨著我國山區(qū)公路建設(shè)的不斷加快，山區(qū)公路逐漸成為我國公路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的重要組成部分。由于山區(qū)公路線形差，大量存在長陡下坡、小半徑急彎、連續(xù)下坡、視距不良等危險路段，如遇到路面積雪、結(jié)冰天氣或者駕駛員超速行為，極易發(fā)生交通事故，對公路使用者的生命財產(chǎn)構(gòu)成威脅。特別是在急彎路段的日常運營中交通事故多發(fā)，車輛失控概率遠高于其他路段，容易發(fā)生側(cè)滑和側(cè)翻事故。因此，做好山區(qū)公路急彎路段的瀝青路面防滑安全保障工作尤為重要。為降低急彎路段的事故發(fā)生概率，可以通過科學合理設(shè)置安全設(shè)施和路面防滑設(shè)計，提高山區(qū)公路急彎路段的交通安全性。

1 山區(qū)公路急彎路段判斷標準及危險程度劃分

1.1 山區(qū)公路急彎路段判斷標準

急彎路段多見于地形復雜的山區(qū)公路，在山區(qū)公路急彎路段上行車，駕駛員稍有不慎就會發(fā)生事故，是交通事故多發(fā)的路段，而且事故的后果相當嚴重。急彎路段指車輛設(shè)計行駛速度小于60km/h 時，停車視距小于相關(guān)標準規(guī)定，彎路平均半徑（R）小于規(guī)定數(shù)值的路段，具體數(shù)值見表1?！豆钒踩Ｕ瞎こ虒嵤┘夹g(shù)指南》主要是針對一、二級公路，對山區(qū)公路安全保障的指導意義并不大，因此，要針對山區(qū)公路急彎路段的危險程度和安全保障措施進行分析[1]。

表1 單個急彎路段判斷標準

1.2 山區(qū)公路急彎路段危險程度劃分

山區(qū)公路地形條件比較復雜，各地區(qū)地形差異大。在只有一個急彎的山區(qū)公路中，可以通過實地勘測準確地測出不同車速下的彎道半徑大小及彎道視距情況，從而進行急彎路段危險程度的劃分，根據(jù)危險等級可分為：一級、二級和三級，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 單個急彎路段危險程度等級表

2 山區(qū)公路急彎路段交通事故分析

2.1 山區(qū)公路急彎路段事故形態(tài)特征

由于山區(qū)公路地理條件復雜多變，受到工程造價、技術(shù)水平等制約，一些局部路段不得不采用急彎路段。在山區(qū)公路交通事故中，急彎路段事故量占比最大，主要與行車所處的自然環(huán)境和公路條件密切相關(guān)。其一，自然地質(zhì)災害。山區(qū)公路多為剝蝕、河流侵蝕地質(zhì)，公路沿線經(jīng)常有落石、山體滑坡、泥石流等自然地質(zhì)災害發(fā)生。其二，線形技術(shù)指標偏低。由于公路修建在崇山峻嶺之間，路線迂回曲折，局部路段存在彎道半徑過小、縱坡較大、視距不良等問題。其三，安全設(shè)施設(shè)置不合理。在山區(qū)公路急彎路段的安全設(shè)施設(shè)置中，可能存在標志標線聯(lián)合使用不匹配、護欄防護等級較低、減速設(shè)施不足等問題。其四，氣候條件影響。山區(qū)多濃霧、強風、暴雨及積雪等不良氣候條件，導致駕駛員在正常駕駛過程中，路面物理性能改變，路面摩擦系數(shù)和抗滑系數(shù)減小，車輛難以控制。

2.2 山區(qū)公路急轉(zhuǎn)彎路段交通事故原因分析

在山區(qū)公路急彎路段事故形態(tài)分布中，主要有翻車事故、正面相撞事故、墜車事故和側(cè)面相撞事故。翻車事故占總事故量的比例最高，其次是正面相撞事故，比例較低的是墜車事故和側(cè)面相撞事故。

2.2.1 翻車事故。翻車按照車身旋轉(zhuǎn)的度數(shù)分為360°翻車、180°翻車 及90°翻車[2]。其 中，90°翻車（側(cè)翻）最為常見。側(cè)翻的主要原因有以下幾點：第一，行駛速度快，車輛離心力太大，車輛傾覆力矩超過側(cè)向穩(wěn)定閾值，造成車輛側(cè)翻或側(cè)滑。第二，急彎路段平曲線半徑小并且存在公路超高設(shè)計，路面摩擦系數(shù)不足等問題。第三，駕駛員主觀操作不當，有急剎車和方向盤轉(zhuǎn)向不當?shù)炔僮鳌?/p>

2.2.2 正面相撞事故。正面相撞事故是相向行駛的車輛之間發(fā)生車輛頭部相互碰撞事故。在相撞過程中，至少有一輛車偏離了正常的行駛軌跡，從而發(fā)生了相對運行速度差較大的行駛軌跡交叉。在山區(qū)公路急彎路段發(fā)生正面相撞事故主要有以下幾點原因：第一，車輛高速行駛，為獲得更好的行車視距跨線行駛，在彎道處借用對向車道。第二，急彎公路段超車，直接駛?cè)雽ο蜍嚨?，發(fā)生正面軌跡交叉。第三，車輛行駛速度太高，為適應離心力，迫不得已超越中心線，采取切彎行駛[3]。

2.2.3 墜車事故。墜車事故是車輛偏離正常軌跡，跌落到與路面有一定高差的路外。墜車事故的主要原因有：第一，車輛行駛速度太快造成側(cè)滑、側(cè)翻，或者突遇障礙物，駕駛員倉促改變行駛方向，發(fā)生軌跡轉(zhuǎn)折延伸到公路邊緣。第二，駕駛員對彎公路線走向做出了正確判斷，但在減速入彎時操作失誤，發(fā)生軌跡連續(xù)順滑的延伸到公路邊緣。

2.2.4 側(cè)面相撞事故。側(cè)面相撞事故存在兩種情況：第一，與相向行駛車輛的非正面碰撞，與正面相撞事故的原因相同。第二，與同向行駛車輛的非正面碰撞。主要原因是肇事車輛在相向車道返回本向車道的過程中，與同向行駛車輛軌跡發(fā)生交叉[4]。

針對以上四種交通事故形態(tài)的原因得知，正面相撞事故、墜車事故和側(cè)面相撞事故與公路路面因素關(guān)系不大，翻車事故與公路路面因素密切相關(guān)。因此，對發(fā)生翻車事故的側(cè)滑車輛進行側(cè)滑穩(wěn)定性分析。

3 山區(qū)公路急彎路段車輛側(cè)滑穩(wěn)定性分析

山區(qū)公路急彎路段轉(zhuǎn)彎過程中，極易發(fā)生車輛側(cè)滑失穩(wěn)情況，因此，需要構(gòu)建急彎路段車輛側(cè)滑臨界狀態(tài)模型，明確急彎路段的安全機理，確保山區(qū)公路急彎路段的行車安全。

3.1 急彎路段車輛轉(zhuǎn)向與制動過程分析

在急彎路段行車過程中，為了適應路段的幾何線形條件，駕駛員要不停地轉(zhuǎn)動方向盤，并且采取先制動減速進彎，然后再加速出彎的操作技巧，確保車輛保持安全的行駛速度和軌跡。

3.1.1 車輛轉(zhuǎn)向。在車輛進入急彎路段時，可將車輛視為圍繞軌跡的曲率中心點O 做圓周運動，O 點到車輛后軸中心點B 的距離R 為車輛的轉(zhuǎn)彎半徑。由于車輛在彎道行駛過程中，駕駛員要不斷調(diào)整方向盤，以保證前輪的偏轉(zhuǎn)角度θ，θ 即車輛前軸中心點A與車輛行駛矢量Va的夾角。因此，軌跡的曲率中心O點的位置是隨行駛方向不斷發(fā)生變化的，具體位置如圖1所示。

圖1 急彎路段車輛行駛轉(zhuǎn)向示意圖

3.1.2 車輛制動。在一個完整的車輛制動過程中，車輪主要受到制動器的制動力矩作用，同時還受到路面摩擦力矩的制動作用。整個制動過程分為轉(zhuǎn)動、滑轉(zhuǎn)和滑移三種縱向運動形式。第一，當剛進入制動狀態(tài)時，車輪處于轉(zhuǎn)動運動形式，車輪路面摩擦制動力與制動器提供的制動力一致，大小相同，并且隨著制動器制動力的變化而不斷變化。第二，當路面摩擦制動力加大到車輛自重產(chǎn)生的最大附著力時，車輪處于滑轉(zhuǎn)運動形式，雖然車輪不停轉(zhuǎn)動，但是車輪與地面之間存在一個相對位移。第三，當制動器提供的制動力超過路面摩擦提供的最大附著力后，車輪處于滑移運動形式[5]。

3.2 急彎路段車輛側(cè)滑穩(wěn)定性分析

車輛在急彎路段行駛過程中，引起側(cè)滑的原因分為制動滑移和非制動滑移。制動滑移是由于駕駛員踩下制動踏板后，制動扭矩作用于車輪上，同時，在路面與輪胎間的接觸區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生制動力，車輛受到的離心力與摩擦力方向相反，路面與輪胎間的摩擦力小于離心力，側(cè)向力方向為彎道外側(cè)，從而導致車輛發(fā)生向外側(cè)移。非制動滑移是由于特殊天氣，如路面結(jié)冰、積水、大霧等，迫使路面與輪胎間的摩擦系數(shù)不足而發(fā)生側(cè)滑。

4 山區(qū)公路急彎路段路面的防滑處治設(shè)計

目前，我國公路瀝青路面防滑性能與宏觀構(gòu)造、微觀構(gòu)造都有關(guān)系。宏觀構(gòu)造指標為構(gòu)造深度，由集料間隙構(gòu)成，用于迅速排除路表水，避免路面形成水膜，在車輛高速行駛過程中，決定路面抗滑的能力。微觀構(gòu)造指標為表面摩擦系數(shù)，當車輛行駛速度保持在30～50km/h 之間時，表面摩擦系數(shù)對路面抗滑性能起到?jīng)Q定作用。急彎路段速度過快，車輛易發(fā)生失控，因此，要提高路面的摩擦系數(shù)，降低車輛失控的概率。山區(qū)冬季寒冷、溫度較低，過分增大級配設(shè)計中的粗集料比例，會由于空隙率過大而降低路面低溫抗裂性能，縮短路面的使用壽命。在山區(qū)公路急彎路段路面瀝青混合料級配設(shè)計時，要保證瀝青路面同時具有較好的防滑性能和低溫抗裂性能。

4.1 防滑級配設(shè)計原則

AK 型抗滑級配可以提高路面抗滑性能，但空隙率過大，路面低溫抗裂性能差，路面的使用壽命降低。因此，提出AC 型級配，通過降低級配粗集料的含量，從而提高路面的使用性能。因此，抗滑級配設(shè)計需要綜合考慮粗集料的用量問題，既能滿足路面的抗滑性能，又能防止路面發(fā)生低溫開裂。由于山區(qū)路段冬季低溫，路面開裂病害嚴重，單純提高路面防滑性能是不可取的，選擇合理的級配設(shè)計更為重要。

4.2 防滑級配設(shè)計

從級配穩(wěn)定級分析，級配骨架結(jié)構(gòu)由粗集料相互嵌擠、細集料充分填充構(gòu)成，形成嵌擠密實型結(jié)構(gòu)。山區(qū)公路急彎路段路面對路用性能的要求高，因此，選取AC-13 和AK-13 混合料級配類型進行分析。AC-13 和AK-13 級配上下限數(shù)據(jù)見表3。

表3 AC-13 和AK-13 級配上下限

通過兩種類型級配數(shù)據(jù)可知，AC-13 與AK-13 級配數(shù)據(jù)重疊區(qū)域為AC-13 下限和AK-13 上限之間，重疊數(shù)據(jù)之間為平衡防滑性能和路用性能區(qū)間段。AC-13 級配類型所用細集料最多，2.36mm 篩孔以下的細集料占比24%～50%。為提高公路防滑性能，可在AK-13 級配上限以下進行調(diào)整。AC-13 在4.75mm 篩孔以上的粗集料占比32%～52%，AK-13 在4.75mm 篩孔以上的粗集料占比47%～70%。說明AK-13 可增大4.75mm 以上的粗集料來提高防滑性能。對 比AC-13 下限和AK-13 下限：AC-13 在4.75mm 篩孔的通過率為38%，AK-13 在4.75mm 篩孔的通過率為30%，AC-13 在9.5mm 篩孔的通過率為68%，AK-13 在9.5mm 篩孔的通過率為60%。

AC-13 粗集料和AK-13 粗集料在4.75mm 篩孔和9.5mm 篩孔的通過率分別降低8%，說明AC-13 粗集料的篩孔通過率至少應改變8%，否則級配都超出AK-13下限，難以得到保證路用性能。AC-13 下限與AK-13下限相比，主要在于4.75 篩孔和9.5 篩孔的通過率的降低，二者分別降低了8%，表明對于AC-13 粗集料的改變至少應在8%以內(nèi)，否則級配都超出AK-13 下限，路面水穩(wěn)性能難以保證。因此，AC-13 比AK-13 提高了2.36～4.75mm 粒徑集料，降低了4.75～9.5mm、9.5～13.2mm 粒徑集料。要通過調(diào)節(jié)AC-13 的篩孔2.36～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～13.2mm 的集料比重，優(yōu)化抗滑性能與路用性能的協(xié)調(diào)關(guān)系，使骨架嵌擠密實，增大瀝青混合料的防滑性能，滿足山區(qū)公路急彎路段路面的抗滑性能和路用性能。

5 結(jié)語

山區(qū)公路急彎路段路面要求的防滑性能比普通路段要高，而瀝青路面的防滑性能與構(gòu)造深度、表面摩擦系數(shù)有關(guān)。通過級配設(shè)計分析，急彎路段瀝青路面不能直接采用混合料AC-13 類型，需增加AC-13篩孔2.36～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～13.2mm 的集料比重，對其進行防滑性能優(yōu)化。通過對山區(qū)公路急彎路段路面抗滑性能的研究，提出最佳級配設(shè)計方案，并應用于后期施工改進，降低山區(qū)公路急彎路段的運營風險。