基于車輛軌跡橫向干預(yù)的輪跡遷移效果研究

蔣 子 彬

(華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院，廣東 廣州　510000)

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基于車輛軌跡橫向干預(yù)的輪跡遷移效果研究

蔣 子 彬

(華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院，廣東 廣州510000)

摘要：選取韶贛高速大塘至丹霞段為研究實(shí)體，分析了橫向干預(yù)措施實(shí)施前后標(biāo)準(zhǔn)速度摩阻數(shù)F60的變異系數(shù)，結(jié)果表明：采用車輛軌跡橫向干預(yù)措施能使輪跡產(chǎn)生橫向遷移，輪跡沿車道斷面分布更加均勻，增加路面使用效率，讓更多比例的路面參與路面抗滑。

關(guān)鍵詞：道路工程，橫向干預(yù)，輪跡分布，遷移距離

現(xiàn)階段廣東地區(qū)高速公路路面由高溫、多雨、重載交通等多方因素共同作用，路面早期抗滑性能下降迅速。2011年開始，我國交通事故死亡總?cè)藬?shù)保持著8.5%以上的增長率，道路安全形勢極為嚴(yán)峻。研究表明，路面抗滑性能對駕駛安全起決定性的保障作用。可以通過路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)使路面抗滑性能保持在較高水平，但需要巨大的養(yǎng)護(hù)資金支持。

根據(jù)對廣東地區(qū)高速公路瀝青路面重車道抗滑指標(biāo)——標(biāo)準(zhǔn)速度摩阻數(shù)F60(以下簡稱F60)的調(diào)查顯示，沿車道(寬度為3.75 m)橫斷面的F60值分布特征為：距路面前進(jìn)方向左側(cè)邊緣約1 m和3 m位置F60值最小，而車道其他位置的F60值在較好的水平，F(xiàn)60值沿重車道橫斷面呈雙峰曲線分布。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，輪跡帶位置的F60值要比其他位置低10%。上述特征在渠化交通車道上表現(xiàn)尤為突出，輪跡帶處抗滑性能最先衰減至規(guī)范低限值，瀝青路面沒有得到充分的使用。現(xiàn)提出采用輪跡橫向干預(yù)措施使輪跡帶產(chǎn)生偏移，提升路面使用效率，達(dá)到延長路面養(yǎng)護(hù)周期的效果。

本文以韶贛高速為研究實(shí)體，研究車輛橫向干預(yù)措施對輪跡帶偏移的效果。在大塘至丹霞段(往江西方向)選取600 m試驗(yàn)路面增設(shè)橫向干預(yù)標(biāo)線，并對該試驗(yàn)段進(jìn)行為期半年的路面抗滑數(shù)據(jù)跟蹤采集。

1試驗(yàn)路段概況

本文研究內(nèi)容依托廣東省交通運(yùn)輸廳科技計(jì)劃項(xiàng)目——改善韶贛高速公路路面抗滑性能的綜合措施研究。2015年7月14日在韶贛高速試驗(yàn)段鋪筑的Novachip封層，將試驗(yàn)路段抗滑性能指標(biāo)F60值提升至較高水平，讓試驗(yàn)效果更加明顯(新路面前期抗滑性能衰減更快)。2015年7月30日實(shí)施輪跡橫向干預(yù)措施。試驗(yàn)段分為AK36+600～AK36+850(方案一)，AK36+950～AK37+200(方案二)兩段，對應(yīng)橫向遷移距離分別為0.3 m，0.5 m(如圖1所示)。圖2為試驗(yàn)路段的實(shí)景圖。

在兩試驗(yàn)段首尾各取一個檢測斷面共4個斷面進(jìn)行試驗(yàn)路段抗滑數(shù)據(jù)采集。抗滑數(shù)據(jù)為路面摩擦系數(shù)(BPN)及路面構(gòu)造參數(shù)(MTD)[2,7]；其中，BPN采用擺值儀來測定，MTD采用鋪砂法來測定。檢測時間為2015.7.30，2015.8.30，2015.9.30，2015.11.30，2016.1.30。

一個測試斷面上選取12個測試點(diǎn)，每個點(diǎn)間距30 cm，第一個點(diǎn)距離重車道行進(jìn)方向左側(cè)邊緣30 cm。在每個測點(diǎn)處BPN及MTD均測試5組數(shù)據(jù)。

2試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過程

2.1F60值的計(jì)算

本次研究采用F60作為路面抗滑性能的表征值。F60由PIARC模型計(jì)算得到。PIARC模型是世界道路協(xié)會(PI-ARC)于1992年根據(jù)大規(guī)模的路面抗滑性能檢測設(shè)備對比與協(xié)調(diào)試驗(yàn)結(jié)果提出的。此模型中初次使用了國際摩阻指數(shù)IFI(SP,F60)作為路面抗滑性能的評價指標(biāo)。該模型是目前公認(rèn)最好抗滑衰減模型，模型如式(1)所示[1,6]：

(1)

本文采用的抗滑參數(shù)分別是擺值儀測出的擺值(BPN)以及鋪砂法測出的路面構(gòu)造深度(MTD)，以這兩個參數(shù)作為路面摩擦系數(shù)FRS及路面構(gòu)造參數(shù)Tx的取值。可查得對應(yīng)的參數(shù)取值：S=10 km/h時，A=0.054，B=0.009，C=0，a=-11.598 1，b=113.632 5。

將取回的基本檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理：利用式(2)將路面摩擦系數(shù)(BPN)換算成標(biāo)準(zhǔn)溫度(20 ℃)下的標(biāo)準(zhǔn)值(BPN20)(其中，BPNt為BPN關(guān)于溫度的函數(shù)，其值可以查表得到)。

BPN20=BPNt+BPN

(2)

路面構(gòu)造參數(shù)(MTD)通過鋪砂法測得的行車方向及其垂直方向的最大直徑求值。直徑D取5次路面構(gòu)造深度的測定結(jié)果的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果，精確至0.1 mm。

(3)

MTD=1 000V/(πD2/4)=31 831/D2

(4)

將計(jì)算得到的BPN，MTD代入到PIARC模型中，計(jì)算得到F60。

2.2檢測斷面F60變異系數(shù)

本文研究的是檢測斷面上12個檢測點(diǎn)位置的F60值的變異系數(shù)。通過分析變異系數(shù)的變化來研究這12個F60數(shù)據(jù)的離散程度的變化，變異系數(shù)越大，數(shù)據(jù)的離散程度越大。

1)檢測斷面F60均值計(jì)算。考慮到F60值是沿檢測橫斷面均勻變化的，使用Origin將12個散點(diǎn)數(shù)據(jù)擬合成一條曲線，如圖3所示。

用該曲線x軸及起、止位置豎軸圍成的面積S與斷面長度(3.3 m)的比值作為F60的均值，如式(5)所示：

(5)

2)檢測斷面F60方差計(jì)算。

方差計(jì)算公式(離散型方差計(jì)算式)：

(6)

其中，μ=E(X)。

即：

(7)

本次計(jì)算中，xi即為檢測斷面F60數(shù)據(jù)，i=(1,2,3，…，12)，由于F60沿檢測斷面滿足均勻分布，故取pi=1；μ=E(X)即為該點(diǎn)F60的計(jì)算均值。

3分析思路

檢測斷面為通車半個月的新鋪斷面，2015年7月30日的斷面抗滑參數(shù)檢測值為初測值，由于路面7月14日才鋪的Novachip封層，斷面各點(diǎn)F60差異不是很大，故理論上初測值的變異系數(shù)是最小值。隨著車輛荷載作用次數(shù)增多，受標(biāo)線渠化作用影響，輪跡帶處F60下降較快，其他位置與輪跡帶處F60值的差值逐漸變大，導(dǎo)致斷面F60數(shù)據(jù)的差異程度變大，故變異系數(shù)在路面投入使用后整體趨勢逐漸增大。

計(jì)算得到單個時間節(jié)點(diǎn)、單個斷面的F60的變異系數(shù)后，通過該變異系數(shù)隨時間的變化來分析輪跡橫向偏移效果。理論上，變異系數(shù)越小，數(shù)據(jù)離散性越小，試驗(yàn)橫斷面F60值峰值越低，平均程度越好。試驗(yàn)斷面F60值的變異系數(shù)越小說明斷面上輪跡分布得更加均勻，由此可以證明魚骨線能使輪跡橫向偏移。

4試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

由上述數(shù)據(jù)處理方法計(jì)算得到各斷面、各時間點(diǎn)的F60變異系數(shù)數(shù)據(jù)如表1所示。

變異系數(shù)代表的是一組數(shù)據(jù)的相對離散程度，由表1可以看出，四個試驗(yàn)斷面的變異系數(shù)都呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢。原因是輪跡帶處F60值減小幅度相比其他位置較大；隨著時間的增長，車載作用次數(shù)越大，橫斷面上其他位置與輪跡帶處F60的差值將呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(本次研究只考慮路面抗滑性能的早期衰減過程，不考慮衰減后期路面抗滑性能趨于一致的過程)。

由圖4分析方案一的起止斷面的變異系數(shù)數(shù)據(jù)。

圖5為方案二起、止斷面的標(biāo)準(zhǔn)速度摩阻數(shù)的變異系數(shù)值形成的圖形，由此圖可以看到起、止斷面的變異系數(shù)增長均呈現(xiàn)出前期增長較快后期增長較慢的趨勢：前期試驗(yàn)斷面的抗滑性能衰減較快，試驗(yàn)斷面的摩阻數(shù)差異性增長迅速；3個～4個月后，試驗(yàn)斷面的抗滑性能衰減變緩，試驗(yàn)斷面的摩阻數(shù)變化較小，變異系數(shù)自然變化較小，增長變緩。觀察圖4，圖5可知方案二的起、止斷面F60變異系數(shù)增幅趨勢與方案一相似，下文將用具體數(shù)值對兩方案的軌跡橫向遷移效果進(jìn)行描述。

計(jì)算兩方案變異系數(shù)的增幅，如表2所示。

由表2可知，四個斷面變異系數(shù)增幅均在逐漸減小，2016年1月30日，變異系數(shù)增幅都在7%以內(nèi)，表明變異系數(shù)增長速度逐漸減小，最后趨于穩(wěn)定。由增幅數(shù)值可以看出，橫向干預(yù)措施實(shí)施后變異系數(shù)增長速率基本大于未實(shí)施的斷面(從總過程變異系數(shù)的增幅也可得出該結(jié)論)，說明橫向干預(yù)措施可以延緩路面變異系數(shù)的增長；而變異系數(shù)表征的是路面輪跡分布的集中程度，輪跡分布越集中，輪跡橫向分布系數(shù)越大，其斷面的變異系數(shù)越大，這就說明了橫向干預(yù)措施使輪跡分布相對均勻了，即橫向干預(yù)措施能夠使輪跡產(chǎn)生遷移。

將方案一與方案二的變異系數(shù)增幅進(jìn)行對比。方案一未實(shí)施橫向干預(yù)斷面變異系數(shù)增幅為245.97%，實(shí)施斷面增幅為153.41%，實(shí)施斷面相對于未實(shí)施斷面減小的百分比為60.33%；方案二未實(shí)施橫向干預(yù)斷面的變異系數(shù)增幅為67.06%，實(shí)施斷面增幅為62.30%，實(shí)施斷面相對于未實(shí)施斷面減小的百分比為7.64%。也就是說方案一相對于方案二有更加明顯的減小變異系數(shù)增長的作用。故方案二在試驗(yàn)期(2015.7～2016.1)路面輪跡橫向分布得更加均勻，車輛輪跡遷移效果更明顯。

5結(jié)語

近年來中國高速公路建設(shè)形式如火如荼，年通車?yán)锍虒覄?chuàng)新高。但高速公路早期損害比較嚴(yán)重也是不爭的事實(shí)，特別是高速

文章編號：1009-6825(2016)14-0136-03

收稿日期：2016-03-02

作者簡介：蔣子彬(1990- )，男，在讀碩士

中圖分類號：U416

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A