MS-2型微表處在路面抗滑性能處治中的適用性研究*

王國忠

(山西省交通科學研究院黃土地區公路建設與養護技術交通行業重點實驗室　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*

王國忠

(山西省交通科學研究院黃土地區公路建設與養護技術交通行業重點實驗室太原030006)

摘要為深入研究微表處路面構造與級配及瀝青含量的關系，選取抗滑性能指數不足的代表性路段6處，在路面采取微表處處治前后，現場分別實測路面構造深度和抗滑性能指數，研究微表處在路面抗滑性能不足處治中的適用性。得出構造深度與集料級配和瀝青含量有很好的相關性；構造深度與抗滑性能指數沒有明顯的關系；微表處只能暫時提高路面的抗滑性能，不能起到長效作用。

關鍵詞MS-2型微表處抗滑性能構造深度(TD)衰變規律

1　工程背景

路面抗滑性能指數是影響車輛行車安全性的一個重要指標，尤其是在重載交通、雨量較大的地區，抗滑性能指數不足極易引發交通事故[1-2]。構造深度作為影響路面抗滑性能的一個重要指標，瀝青路面宏觀構造深度(MPD)[3]會受到瀝青混合料級配的影響，不同級配的瀝青混合料表面紋理差異較大，當級配曲線遠離最大密度線時，礦料間隙率(VMA)增加，從而形成更高的紋理粗糙度[4]。目前從設計和施工階段來分析路面構造深度與瀝青混合料級配和瀝青含量關系的研究已有不少，比如針對Superpave瀝青混合料[5]、AC-13瀝青混合料，但是針對微表處路面構造深度與級配及瀝青含量關系的研究較少，所以通過深入研究對解決上述問題有著重要的意義[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，是晉煤外運的主要通道，途經山西特殊的黃土地區，地質條件復雜，沿途存在局部小氣候條件，陰雨天氣能見度極低，加之出省方向為特種交通方向，交通組成復雜，交通量大，隨著軸載作用次數的增加，路面局部路段出現嚴重的磨耗，給行車帶來極大的安全隱患。為了防止由于路面抗滑性能不足而引起的交通事故，有必要針對路面抗滑性能不足的問題，提出切實可行的處治方案。

2　檢測方案

根據對該條高速公路近些年來的跟蹤觀測，發現局部路面由于車輛軸載作用次數的增加，路面出現較為嚴重的磨損，給雨天行車安全帶來一定的影響。為了防止由于路面抗滑性能不足引發的交通事故，管養部門對全線抗滑性指數進行了深入的調查。

本次調查指標為路面抗滑性能指數(SFC)和路面構造深度(TD)，調查方式采用快速檢測設備，避免了使用擺式儀對路面抗滑性能檢測過程中速度慢、安全性差的弱點。選取路面抗滑性能指數較差的6個路段A，B，C，D，E，F，G進行分析評價，每段長度為1km，檢測評價結果見表1。

表1　路面抗滑性能指數與構造深度檢測結果

我國現有規范對路面構造深度沒有給出評定標準，只在設計階段給出控制標準，本條路構造深度設計值為0.50mm，根據路面構造深度設計值與檢測結果，可知C，E，F段構造深度仍滿足要求，但路面抗滑性能指數只有29，30，23，評定結果為“差”，嚴重影響路面行車的安全性，所以有必要對上述路段抗滑性能不足進行處治。

3　MS-2型微表處在路面抗滑處治中的應用

通過經濟效益分析，針對上述路面抗滑性能不足的情況，選用MS-2型微表處進行抗滑性能處治，不同路段根據其抗滑性能狀況選擇不同級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型微表處級配與構造深度的關系；在實施微表處處治后跟蹤檢測構造深度和抗滑性能指數，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MathWorks公司出品的商業數學軟件，用于算法開發、數據可視化、數據分析以及數值計算的高級技術計算語言和交互式環境，主要包括MATLAB和Simulink2大部分[7]。能夠對給定的數據矩陣按照實際函數進行數據擬合，通過分析路面構造深度與MS-2型微表處級配及瀝青含量的關系，運用多元非線性回歸模型擬合出MS-2型微表處路面構造深度的預測方程。

3.2MS-2型微表處級配與瀝青含量的選擇

根據實際需求調配出6種不同級配類型的瀝青混合料，分別用于不同的路段，見表2，路面平均構造深度實測值見表3。

表2　MS-2型微表處混合料級配

表3　孔隙率和平均構造深度實測值

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

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

通過多元非線性回歸模型建立路面平均構造深度與距離最大密度線的加權平均值、瀝青含量的關系如下：

式中：TD為路面構造深度；Pb為瀝青含量。

利用上述回歸模型對各標段的構造深度進行預測，結果見表4和圖1。

表4　各標構造深度預測值

圖1　構造深度實測值與預測值關系

由圖1可見，MS-2型微表處瀝青混合料構造深度實測值與預測值回歸系數接近1，通過集料級配和瀝青含量可以有效預測MS-2型微表處瀝青路面的構造深度，從而為瀝青混合料構造深度的調整提供技術支持。

在采取微表處路段實測路面抗滑性能指數和構造深度結果見表5，根據檢測結果可以得出，實施微表處前后路面構造深度基本沒有變化，但路面抗滑性能指數有了有效的提高，實施微表處后的路面抗滑性能指數達到實施微表處前的2.1倍。

表5　微表處前后路面抗滑性能指數與構造深度檢測結果

為了進一步分析研究微表處在使用過程中對路面抗滑性能的貢獻，對上述路段通車0.5年、1年后分別檢測路面抗滑性能指數和構造深度，結果見表6、圖2、圖3。

表6　微表處后路面抗滑性能指數與構造深度跟蹤檢測結果

圖2　MS-2型微表處構造深度衰變圖形

圖3　MS-2型微表處抗滑性能指數衰變圖形

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，路面構造深度沒有太大的變化，隨著時間的推移，C，D，F段路面構造深度有所提高，分析得知，隨著交通軸載作用次數的增加，在輪跡帶附近集料出現輕微脫落，檢測過程中由于松散顆粒的存在，使得路面構造深度有所提高。

路面抗滑性能指數在使用半年后急劇下降，半年之內下降8.5%，半年到1年內下降20.4%，所以使用微表處只能暫時緩解路面抗滑不足，從長遠角度需考慮其他處治措施或針對路面抗滑不足開發新型材料。

4　結論

(1) 路面構造深度滿足要求的情況下，路面抗滑性能指數可能嚴重不足，建議管理、決策部門采用橫向力系數作為路面抗滑性能評價的依據。

(2) 使用多元非線性模型可以有效預測MS-2型微表處的路面抗滑構造深度，從而指導工程實踐。

(3) 實施微表處后路面抗滑性能指數達到實施微表處前的2.1倍，構造深度變化不大，車輛荷載作用會導致輪跡帶集料剝落，使用快速檢測設備對構造深度檢測過程中會出現構造深度增加的現象。

(4) 微表處只能暫時提高路面的抗滑性能，但不能起到長效作用，在通車半年時間內抗滑性能指數下降8.5% ，半年至1年內下降20.4%，建議針對路面抗滑處治開發新的材料。

參考文獻

[1]肖鑫，張起森.交通荷載對瀝青路面抗滑性能衰變規律的影響[J].交通科學與工程，2011(3):9-13.

[2]黃紹龍，沈凡，付軍.路面抗滑性能與交通安全的相關性研究[J].交通科技，2011(2):103-106.

[3]趙戰利，張爭奇.集料級配對路面抗滑性能的影響[J].長安大學學報:自然科學版，2005(1):9-12.

[4]黃琪，趙昕.瀝青混合料級配類型與離析程度的關系[J].交通運輸工程學報，2009(2):5-10.

[5]EPPSAL,HANDAJ.Coarsesuperpavemixturesensitivity[C].Presentedatthe79thAnnualMeetingoftheTransportationResearchBoard,2000,17-45.

[6]吳東潮.提高我省高速公路瀝青路面抗滑性能的措施[J].山西交通科技，2002(3):18-19.

[7]唐家德.基于Matlab的非線性曲線擬合[J].計算機與現代化，2008(6):19-23.

收稿日期：2015-04-28

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.015

*山西省交通建設科技項目(2015-01-22)資助