基于重載交通影響的瀝青路面抗滑性能衰減規(guī)律分析

張承亮

(中交一公局廈門工程有限公司，福建 廈門 361021)

瀝青路面表面功能性受重載交通的影響較大，尤其是對其抗滑性能的影響，黃曉明等[1]指出基于時間效應的抗滑評價指標是瀝青路面抗滑性能衰減規(guī)律評價的必然趨勢。李東晟[2]研究了車輛輪胎對瀝青路面抗滑性能的影響。馮興樂等[3]研究了瀝青路面構(gòu)造深度對路面抗滑性能的影響。龔文劍等[4]研究了長縱坡瀝青路面抗滑性能的提升技術(shù)。叢林等[5]研究了集料對瀝青混合料長期抗滑性能的影響規(guī)律。余苗等[6]研究提出車輛輪胎與瀝青路面之間的摩擦模型。廖勇等[7]研究指出車輛荷載和輪胎作用對瀝青路面的抗滑性能影響較大。

車輛交通對瀝青路面抗滑性能的影響，在不同的使用環(huán)境條件下表現(xiàn)出較大的差異性，尤其是在重載交通影響下。山區(qū)公路由于受到地形的限制，涉及到平直線路段、急轉(zhuǎn)彎路段和長縱坡路段，公路瀝青路面的不同路段所承受的車輛荷載作用不同，導致瀝青路面表面抗滑性能的衰減規(guī)律也有所不同。因此，研究基于重載交通的公路瀝青路面抗滑性能的衰減規(guī)律，對路面養(yǎng)護作業(yè)具有較高的技術(shù)指導價值，并且可以為新建、改擴建路面提供試驗參考。

1 交通量分析

試驗選取某二級公路，雙向兩車道，無中央分隔帶，是連接城市及周邊村鎮(zhèn)的重要交通運輸通道，客貨車混用，其中大型貨車較多，對路面形成較大的附載作用。根據(jù)實際觀測，統(tǒng)計得出該路段2軸6輪及以上車輛年平均日交通量為2076輛/d，該路段交通量，按照《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTG D50—2017)[8]進行當量軸載換算，計算得出2軸6輪及以上車輛的日平均當量軸次為5108次，可以看出該二級公路屬于重載交通路段。

交通量是影響瀝青路面抗滑性能的重要因素，對瀝青路面表面功能性的逐漸衰減作用較大。試驗統(tǒng)計得到該路段特大型貨車比例達到了0.56，可見特大型貨車比例較大，也是影響該二級公路瀝青路面表面功能性衰減的重要因素。特大型貨車所占比例對瀝青路面抗滑性能的減弱起到了至關(guān)重要的作用，且該二級公路同時承受較大的日平均當量軸次和特大型貨車比例大雙重影響，勢必會造成瀝青路面表面功能性加速衰減，尤其是表現(xiàn)為抗滑性能和構(gòu)造深度的直接變化。同時，該二級公路位于山區(qū)，由于地形的限制，該二級公路急轉(zhuǎn)彎路段較多，其中長縱坡路段也多有涉及，縱坡接近4%的路段達到5 km左右，重載交通作用在急轉(zhuǎn)彎、長縱坡路段，其瀝青路面表面抗滑性能的變化規(guī)律更加復雜。

2 抗滑性能衰減規(guī)律分析

該二級公路瀝青路面同時承受較大的交通量和特大型貨車比例大的影響，對于瀝青路面抗滑性能的衰減造成較大的影響，試驗選取平直線路段、急轉(zhuǎn)彎路段和長縱坡路段進行研究，分析重載交通影響下的瀝青路面抗滑性能衰減規(guī)律。

2.1 平直線路段

在二級公路平直線路段，瀝青路面在重載交通作用下，主要承受車輛垂直荷載和輪胎的水平磨損，其表面功能隨著使用年限的逐漸增加表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。試驗過程中采用擺值和構(gòu)造深度兩個指標評價瀝青路面的抗滑性能，其中擺值表征瀝青路面的摩擦抗滑性能，構(gòu)造深度表征路面耐磨抗滑性能。

圖1所示為平直線路段擺值的變化規(guī)律，可以看出，隨著使用年限的增加，瀝青路面四個觀測點的擺值均表現(xiàn)出逐漸下降的趨勢，且使用年限越長，擺值下降的幅度越大。瀝青路面服役一年后，擺值較新建時平均下降幅度為4.70%，而瀝青路面服役兩年后，擺值較新建時平均下降幅度達到了12.25%。在重載交通的影響下，服役兩年的瀝青路面擺值平均可以保持在46，基本滿足《公路瀝青路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》(JTG 5142—2019)[9]中規(guī)定的瀝青路面擺值一般要≥45的要求，說明重載交通對平直線路段摩擦抗滑性能的影響相對較緩，使用兩年后未對其造成嚴重的衰減作用。

圖1 平直線路段擺值的變化規(guī)律

圖2為平直線路段構(gòu)造深度的變化情況，從圖中數(shù)據(jù)可以分析得出，隨著使用年限的不斷增加，瀝青路面構(gòu)造深度表現(xiàn)出逐漸減小的現(xiàn)象，并且與路面擺值相同，使用年限越長，路面構(gòu)造深度減小的幅度越大。二級公路投入使用一年后，瀝青路面構(gòu)造深度較新建時平均減小幅度為10.00%，而當該二級公路投入使用兩年后，瀝青路面構(gòu)造深度較新建時平均減小幅度為25.18%。值得注意的是，雖然在重載交通影響下，瀝青路面構(gòu)造深度不斷減小，但是經(jīng)過兩年的服役期，其構(gòu)造深度平均保持在0.79 mm，基本符合規(guī)范中規(guī)定的瀝青路面構(gòu)造深度一般要≥0.60 mm的要求，同時也滿足了規(guī)范中瀝青路面一般≥0.55 mm的要求，說明重載交通對平直線路段瀝青路面構(gòu)造深度的影響相對較小，其耐磨抗滑性能基本滿足使用要求。

圖2 平直線路段構(gòu)造深度的變化規(guī)律

分析認為，該二級公路在重載交通影響下，平直線路段瀝青路面擺值和構(gòu)造深度均隨著使用年限的增加，呈現(xiàn)不斷減小的變化規(guī)律，但是由于平直線路段線性較為平緩，受車輛荷載和磨損作用相對較弱，經(jīng)過兩年的使用，瀝青路面抗滑性能衰減程度相對較小，其擺值和構(gòu)造深度基本滿足相關(guān)規(guī)范規(guī)定的數(shù)值。

2.2 急轉(zhuǎn)彎路段

二級公路位于山區(qū)，受到了地形的限制，急轉(zhuǎn)彎路段相對較多，在急轉(zhuǎn)彎路段瀝青路面不僅受到垂直荷載，而且還受到轉(zhuǎn)彎的剪切力作用，同樣車輛輪胎對瀝青路面也產(chǎn)生多方向的磨損作用，路面抗滑性能的變化規(guī)律與平直線路段有較大的差異。

圖3顯示了試驗過程中急轉(zhuǎn)彎路段擺值的變化情況，可以得出，隨著使用年限的不斷增加，瀝青路面擺值出現(xiàn)較大的衰減現(xiàn)象，并且使用年限越長，其衰減的幅度也越大。與平直線路段相比，急轉(zhuǎn)彎路段擺值的衰減幅度明顯變大，其中瀝青路面服役一年后，其擺值較新建時平均下降了8.31%，服役兩年后其擺值較新建時平均下降了21.79%，急轉(zhuǎn)彎路段擺值的衰減速度基本是平直線路段下降速度的2倍，服役兩年后瀝青路面平均擺值只有42，已經(jīng)不能滿足相關(guān)規(guī)范的基本要求。在重載交通作用下，在轉(zhuǎn)彎處產(chǎn)生較大的剪切力作用，同時伴隨著車輛頻繁地剎車制動作用，對瀝青路面表面抗滑性能造成較大的影響，因此其擺值和構(gòu)造深度衰減更為迅速。

圖3 急轉(zhuǎn)彎路段擺值的變化規(guī)律

圖4為急轉(zhuǎn)彎路段構(gòu)造深度的變化情況，該試驗數(shù)據(jù)進一步說明了急轉(zhuǎn)彎路段瀝青路面抗滑性能的衰減規(guī)律。從圖中可以得出同樣的變化規(guī)律，隨著使用年限的增加，瀝青路面構(gòu)造深度隨之不斷減小，且減小幅度逐漸增大。與平直線路段相比，急轉(zhuǎn)彎路段構(gòu)造深度減小的幅度增大，其中服役一年瀝青路面平均構(gòu)造深度減小了19.91%，服役兩年瀝青路面平均構(gòu)造深度減小了36.82%，這幾乎是平直線路段構(gòu)造深度減小幅度的1.5倍，服役兩年后瀝青路面平均構(gòu)造深度為0.68 mm，剛剛能滿足相關(guān)規(guī)范的基本要求。進一步說明了重載交通在急轉(zhuǎn)彎路段對路面抗滑性能的影響更為嚴重，導致路面構(gòu)造深度大幅度的減小。

圖4 急轉(zhuǎn)彎路段構(gòu)造深度的變化規(guī)律

急轉(zhuǎn)彎路段瀝青路面受到的車輛荷載作用較為復雜，包括垂直于路面的荷載，沿行車道方向的荷載，以及垂直于行車道的法向剪切力作用，加之在急轉(zhuǎn)彎路段車輛頻繁的制動效應，尤其是特大型貨車的影響，對路面表面功能性造成較大的破壞，直接導致了路面擺值和構(gòu)造深度的大幅度降低，這一路段瀝青路面的抗滑性能衰減規(guī)律較平直線路段更為復雜，隨使用年限衰減的規(guī)律性更為明顯。

2.3 長縱坡路段

長縱坡路段是山區(qū)公路常出現(xiàn)的路段，受地形的限制，其坡度均超過了一般規(guī)定的2.5%縱坡要求，甚至達到了將近4.0%的縱坡，長度超過了2 km，較大的縱坡在實際使用過程中，車輛頻繁地制動，會導致瀝青路面承受較大的剪切力作用和磨損效應，對路面抗滑性能的影響較大。在試驗過程中，由于擺值的測試設(shè)備和方法的限制，在長縱坡路段無法準確地測出擺值數(shù)據(jù)，因此在該路段僅測試完成了構(gòu)造深度數(shù)據(jù)，如圖5所示。

圖5 長縱坡路段構(gòu)造深度的變化規(guī)律

從圖5中可以看出，在長縱坡路段，隨著使用年限的增加，構(gòu)造深度大幅度減小，并且使用年限越長，構(gòu)造深度下降的幅度越大。相比較平直線和急轉(zhuǎn)彎路段，長縱坡路段構(gòu)造深度的下降幅度更大，第一年使用過后，瀝青路面平均構(gòu)造深度較新建時就下降了23.00%。在長縱坡路段服役兩年后，瀝青路面平均構(gòu)造深度較新建時下降了56.14%，是平直線路段相同使用年限條件下衰減幅度的2倍還多，此時瀝青路面平均構(gòu)造深度僅為0.40 mm，遠小于相關(guān)規(guī)范規(guī)定的一般數(shù)值要求。說明重載交通影響下，對長縱坡路段瀝青路面抗滑性能的影響最為嚴重，直接導致其構(gòu)造深度的大幅度減小，在車輛作用尤其是特大型貨車的影響下，路面構(gòu)造深度僅經(jīng)過兩年的使用就幾乎損失殆盡，如圖6所示。

圖6 瀝青路面構(gòu)造深度損失示意圖

通過上述試驗數(shù)據(jù)分析，重載交通作用條件下，二級公路瀝青路面抗滑性能均表現(xiàn)出隨使用年限增長而不斷衰減的變化規(guī)律，其中在平直線路段抗滑性能衰減相對較緩，而在急轉(zhuǎn)彎和長縱坡路段抗滑性能衰減速度較快，尤其是在長縱坡路段，其抗滑性能的衰減速度達到了平直線路段的2倍以上，在服役兩年后瀝青路面的構(gòu)造深度就已經(jīng)不滿足相關(guān)規(guī)范的基本要求。這是由于在長縱坡特殊路段，重載交通對瀝青路面作用效果更加明顯，瀝青路面承受的荷載和磨損更加復雜和嚴重，導致路面抗滑性能的衰減速度增加。因此，在實際工程當中，應在路面抗滑性能衰減養(yǎng)護作業(yè)過程中，更加注重急轉(zhuǎn)彎和長縱坡路段，采取更有效的養(yǎng)護措施。

3 結(jié) 論

(1)經(jīng)統(tǒng)計得出二級2軸6輪及以上車輛年平均日交通量為2076輛/d，日平均當量軸次為5108次，特大型貨車比例達到了0.56，該二級公路屬于重載交通路段，交通量是瀝青路面表面功能性衰減的重要因素。

(2)在平直線路段，隨著使用年限的增加，瀝青路面擺值和構(gòu)造深度均表現(xiàn)出逐漸下降的趨勢，且使用年限越長，下降的幅度越大。服役兩年后，平均擺值為46，較新建時平均下降幅度為12.25%，構(gòu)造深度為0.79 mm，平均下降幅度為25.18%，滿足相關(guān)規(guī)范要求。

(3)在急轉(zhuǎn)彎路段，隨著使用年限的增加，瀝青路面擺值和構(gòu)造深度均出現(xiàn)較大的衰減現(xiàn)象，且使用年限越長，其衰減幅度越大。服役兩年后瀝青路面急轉(zhuǎn)彎路段平均擺值為42，其平均衰減速度基本是平直線路段的2倍，平均構(gòu)造深度為0.68 mm，其平均衰減速度是平直線路段的1.5倍，基本滿足相關(guān)規(guī)范的要求。

(4)在長縱坡路段，隨著使用年限的增加，構(gòu)造深度大幅度減小，且使用年限越長，構(gòu)造深度下降的幅度越大。服役一年后，瀝青路面平均構(gòu)造深度較新建時下降了23.00%，服役兩年后，平均構(gòu)造深度下降了56.14%，是平直線路段衰減幅度的2倍多，平均構(gòu)造深度僅為0.40 mm，遠小于相關(guān)規(guī)范基本要求。