王國忠

(山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心(有限公司) 太原市 030006)

※基金項(xiàng)目：山西省交通廳科技項(xiàng)目(2017-1-18)

1 概況

隨著我國公路通車?yán)锍滩粩嘣黾?，路網(wǎng)運(yùn)營能力不斷提升，我國公路建設(shè)從設(shè)計(jì)、施工、管理、運(yùn)營等多方面均得到長足發(fā)展，公路作為人、物等運(yùn)輸承載體因路面抗滑不足而引發(fā)的交通事故也倍增，整個社會對安全的關(guān)注達(dá)到了空前。

表征瀝青路面抗滑性能的指標(biāo)主要有構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)兩種[1-2]，構(gòu)造深度的檢測主要采用鋪砂法、激光法兩種方法，摩擦系數(shù)的檢測有擺式儀、單輪式橫向力系數(shù)測試儀、雙輪式橫向力系數(shù)測試儀以及動態(tài)旋轉(zhuǎn)式摩擦系數(shù)測試儀4種[1,3]，國內(nèi)使用最多的橫向力系數(shù)測試系統(tǒng)為雙輪式橫向力系數(shù)測試系統(tǒng)，橫向力系數(shù)測試系統(tǒng)能夠充分模擬下雨天最不利條件下路面行車的安全性[4-5]，可以有效反應(yīng)路面的抗滑能力，在路面施工過程控制、交竣工驗(yàn)收、運(yùn)營公路檢測評價中發(fā)揮著不可替代的作用。

雖然橫向力系數(shù)測試系統(tǒng)在國內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用，但是其測試方法及檢測條件并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》雙輪式橫向力系數(shù)測試系統(tǒng)測定路面摩擦系數(shù)試驗(yàn)方法中，規(guī)定其檢測適用于新建、改建路面工程的質(zhì)量驗(yàn)收和無嚴(yán)重坑槽、車轍等病害的正常行車條件下測定瀝青路面或水泥路面的摩擦系數(shù)[1]。但對于運(yùn)營階段的公路，等級不同、方向不同、車道不同橫向力系數(shù)差異較大[6]，輪跡帶橫向力系數(shù)與橫斷面其余部位有著明顯的區(qū)別，高速公路隨著車轍深度的增加，車輛橫向分布更加集中[7]，采用Mu-Meter系統(tǒng)對路面橫向力系數(shù)檢測過程中，保持測試輪處于輪跡帶有一定的難度，導(dǎo)致檢測結(jié)果與實(shí)際路面摩擦系數(shù)區(qū)別較大，為能夠客觀反映路面實(shí)際橫向力系數(shù)，研究采用MK6雙輪式測試系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)營公路抗滑性能檢測方法有著重要的意義。

2 檢測設(shè)備介紹

橫向力系數(shù)采用雙輪式橫向力系數(shù)測試儀逐車道連續(xù)檢測，輸出結(jié)果為Mu-meter測值，每5m采集一點(diǎn)，SFC按換算關(guān)系得到。測試現(xiàn)場見圖1。

圖1 MK6雙輪式橫向力系數(shù)測試現(xiàn)場

3 車輛橫向力分布測試

選取通車年限分別為2年、3年、5年、7年的4車道高速公路各一條，每條選取典型路段長度300m，實(shí)測各車道車轍深度，將行車方向靠近中央分隔帶的車道定義為超車道，外側(cè)車道定義為行車道，統(tǒng)計(jì)有效寬度、有效寬度位置。有效寬度定義為橫向特定區(qū)間車輛通過的頻率達(dá)到某一數(shù)值，通過國內(nèi)外文獻(xiàn)檢索分析，選擇車輛經(jīng)過頻率為70%的特定區(qū)間，將標(biāo)線內(nèi)側(cè)定義為刻度0點(diǎn)；有效寬度位置定義為有效寬度左側(cè)距離刻度0點(diǎn)的距離。

選取典型斷面在車道全斷面上噴涂刻度標(biāo)識車輛通過的位置，車輛輪胎外側(cè)通過刻度的位置定義為通過位置(橫向位置)，超車道、行車道分別從0刻度噴涂，刻度間隔為5cm，噴涂時刻度板對準(zhǔn)標(biāo)線內(nèi)側(cè)，分別用2臺攝像機(jī)記錄車輛通過位置及車輛全貌，噴涂后的路面見圖2。

圖2 噴涂刻度后的路面

采用三米直尺每隔10m現(xiàn)場實(shí)測噴涂刻度斷面前后100m的車轍深度，取其平均值作為車轍深度的代表值。在室內(nèi)人工回放車輛攝像記錄，統(tǒng)計(jì)分析車輛通過位置，超車道、行車道車輛橫向分布見圖3、圖4。計(jì)算有效寬度及有效寬度位置，結(jié)果見表1。

圖3 超車道車輛橫向分布頻率圖

圖4 行車道車輛橫向分布頻率圖

表1 車轍深度與有效寬度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

通過分析可以得知，隨著通車年限的增加，高速公路車轍呈增加趨勢，超車道車轍深度變化不大，行車道車轍明顯增大，見圖5；隨著車轍深度的增加有效區(qū)間減小，見圖6，說明隨著渠化交通，車輛行車更加集中，超車道有效寬度變化不大，通車2年與通車7年的最大差別為9.6%，行車道有效寬度明顯減小，減小幅度達(dá)到44.3%；隨著車轍深度的增加超車道有效寬度位置沒有明顯的變化，但是行車道有效區(qū)間位置明顯右移，見圖7，說明行車道渠化交通使得車輛靠右行駛，硬路肩的存在為車輛行車安全提供更可靠的保障。

圖5 車轍深度與通車年限關(guān)系

圖6 有效寬度與車轍深度的關(guān)系

圖7 有效寬度位置與車轍深度的關(guān)系

4 橫向力系數(shù)檢測結(jié)果

由上述分析可以得知，隨著車轍深度增加，渠化交通更加明顯，有效寬度位置及有效寬度均在變化，MK6雙輪式橫向力系數(shù)測試儀由于雙后輪間距較窄，無法同時采集2條輪跡帶數(shù)據(jù)，只能通過選取代表性的橫向區(qū)間確定橫向力系數(shù)，所以對于不同通車年限的公路如何合理選擇測試位置至關(guān)重要，根據(jù)上述確定的有效寬度及位置，采用MK6系統(tǒng)橫向每間隔10cm實(shí)測橫向力系數(shù)，橫向檢測區(qū)間為有效寬度區(qū)間及左右各20cm，左測試輪與橫向位置對齊，檢測起點(diǎn)為所選段落前100m，測試輪與起點(diǎn)對齊，檢測車輛靜止，待聽到開始口令后牽引車啟動，在100m范圍內(nèi)提速至50km/h，車輛勻速前進(jìn)，為了保證檢測數(shù)據(jù)的有效性，到達(dá)終點(diǎn)后多檢測50m左右，在數(shù)據(jù)處理時選取100～400m范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)作為有效數(shù)據(jù)，計(jì)算該路段代表值，各測5次，將第3、第4、第5次代表值的平均值作為該段路的橫向力系數(shù)，測試結(jié)果見表2、表3。

表2 超車道橫向力系數(shù)檢測結(jié)果

表3 行車道橫向力系數(shù)檢測結(jié)果

通過分析可以得知，MK6雙輪式橫向力系數(shù)測試儀在進(jìn)行抗滑性能檢測時，測試輪位置與檢測結(jié)果有著很大的關(guān)系，當(dāng)測試輪位置處于有效寬度區(qū)間內(nèi)10cm時，檢測結(jié)果變異性較小，通車7年以上的高速公路行車道抗滑性能檢測時需慎重選擇測試設(shè)備。表4為高速公路測試過程中超車道、行車道典型測試位置及有效測試寬度。

表4 典型測試位置及有效測試寬度

5 結(jié)論

選擇不同通車年限的高速公路，現(xiàn)場實(shí)測超車道、行車道車轍深度，并統(tǒng)計(jì)不同通車年限、不同車道的有效寬度及有效寬度位置，分析有效寬度、有效寬度位置隨車轍的變化，實(shí)測橫向不同位置的橫向力系數(shù)，分析橫向力系數(shù)與有效寬度的關(guān)系，得出如下結(jié)論：

(1)隨著通車年限的增加，高速公路車轍呈增加趨勢，超車道車轍深度變化不大，行車道車轍明顯增大。

(2)隨著車轍深度的增加有效區(qū)間減小，說明隨著渠化交通，車輛行車更加集中，超車道有效寬度變化不大，通車2年與通車7年的最大差別為9.6%，行車道有效寬度明顯減小，減小幅度達(dá)到44.3%。

(3)隨著車轍深度的增加超車道有效寬度位置沒有明顯的變化，但是行車道有效區(qū)間位置明顯右移。

(4)MK6雙輪式橫向力系數(shù)測試儀在進(jìn)行抗滑性能檢測時，測試輪位置與檢測結(jié)果有著很大的關(guān)系，當(dāng)測試輪位置處于有效寬度區(qū)間內(nèi)10cm時，檢測結(jié)果變異性較小。

(5)通車7年以上的高速公路行車道抗滑性能檢測時需慎重選擇測試設(shè)備。