瀝青路面抗滑性能影響因素分析及具體維修方案研究

孫和山

(遼寧省高速公路運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司 沈陽(yáng)市 110003)

有多種指標(biāo)能表征瀝青路面的使用性能，但其中與駕駛安全最相關(guān)的指標(biāo)就是表征路面抗滑性能的指標(biāo)SFC(橫向力系數(shù))。當(dāng)此指標(biāo)不滿(mǎn)足要求時(shí)，就會(huì)增加交通肇事頻率，尤其是使得雨天駕駛安全性能降低。

對(duì)遼寧省內(nèi)某大流量、重載交通高速公路的抗滑性能進(jìn)行分析，根據(jù)其現(xiàn)狀情況，提出品質(zhì)提升方案，提升廣大用路人的駕駛安全性。

1 工程概況

1.1 橫向力系數(shù)與肇事率相關(guān)關(guān)系

路面橫向力系數(shù)不足時(shí)，易增加肇事頻率，根據(jù)已有的研究成果二者的相關(guān)關(guān)系如圖1所示。

圖1 路面橫向力系數(shù)與肇事率相關(guān)關(guān)系圖

從圖1可看出，當(dāng)路面橫向力系數(shù)在35～39時(shí)，肇事數(shù)量增加70%左右；橫向力系數(shù)在40～44時(shí)，肇事數(shù)量增加20%左右；當(dāng)橫向力系數(shù)大于44(目前待分析高速公路的79.4%路段屬于此情況)時(shí)，肇事數(shù)量基本與路面抗滑性能無(wú)關(guān)。

1.2 某高速公路目前路面狀況

2021年5月對(duì)某高速公路全部車(chē)道的車(chē)轍(RD)及橫向力系數(shù)(SFC)進(jìn)行了檢測(cè)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，SFC平均值為47.8，RD平均值為4.8mm。逐點(diǎn)數(shù)據(jù)分布狀況見(jiàn)表1及表2。

表1 SFC分布狀況

表2 RD分布狀況

依據(jù)《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JTG 5142—2019)規(guī)定[1]：

(1)當(dāng)SFC<36.5時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)，從表1中可看出，共130m路面需要處理。

(2)當(dāng)RD≥15mm時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)，從表2中可看出，共14車(chē)道公里路面需要處理。

1.3 某高速公路目前交通肇事?tīng)顩r

此高速公路目前交通量即雙向日均約4萬(wàn)量計(jì)算，依據(jù)圖1計(jì)算的每公里年度單向肇事次數(shù)約為5起。

按此模型計(jì)算，此高速公路沿線(xiàn)兩個(gè)分公司管段肇事數(shù)量分別應(yīng)該在1400起/年、600起/年左右。根據(jù)2020年肇事數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，分公司一為953起，屬于正常水平；分公司二為1452起，是正常水平的2.4倍，故需要加強(qiáng)對(duì)路面的維修處理。

2 瀝青路面的抗滑性能影響因素分析

瀝青路面抗滑性能的好壞主要取決于表面性能提供的車(chē)輛制動(dòng)時(shí)的抗滑力，一般用路面與車(chē)輛輪胎之間的摩擦力大小來(lái)表征。其影響因素包括車(chē)輛及路面兩個(gè)系統(tǒng)。

2.1 屬于車(chē)輛的原因

(1)車(chē)輛的行駛速度。行駛速度與抗滑力有直接的關(guān)系，尤其是雨天行駛時(shí)，一般發(fā)生車(chē)輛滑移都與車(chē)輛超過(guò)規(guī)定的行駛速度有關(guān)。

目前我國(guó)的法律系統(tǒng)，只對(duì)超過(guò)道路規(guī)定的行駛速度時(shí)才有處罰權(quán)利。而道路規(guī)定的行駛速度是正常天氣下的行駛速度。在雨天時(shí)，車(chē)輛應(yīng)低速行駛，但此時(shí)的超速規(guī)定值仍然是正常狀態(tài)下的速度值，致使對(duì)雨天車(chē)輛限速執(zhí)行狀態(tài)較差。

(2)制動(dòng)性能。

(3)駕駛?cè)藛T的駕駛狀態(tài)。駕駛狀態(tài)包括是否疲勞駕駛、駕駛員的駕駛行為等各項(xiàng)因素。

(4)駕駛員的反應(yīng)能力。

(5)車(chē)輛輪胎性能。輪胎的花紋類(lèi)型及輪胎是否超期服役是影響車(chē)輛抗滑能力非常重要的影響因素。

2.2 屬于路面的原因

(1)水膜厚度。水膜厚度直接影響路面抗滑性能，其大小由道路縱、橫向坡度、車(chē)轍深度、路面寬度及降雨強(qiáng)度等共同決定。

(2)摩擦系數(shù)。影響瀝青路面的摩擦系數(shù)包括石料和瀝青兩方面因素，其中在通車(chē)一段時(shí)間后，路表的瀝青膜基本被磨掉，故石料的性能包括其本身材料特性和級(jí)配分布特性，是影響瀝青路面摩擦系數(shù)的最主要因素。石料性能可分為微觀及宏觀兩方面構(gòu)造特性。

微觀性是指石料表面水平0～0.5mm、豎直0～0.2mm范圍內(nèi)的細(xì)微的構(gòu)造。它首先保證當(dāng)車(chē)輛行駛碾壓到路面時(shí)，微觀尖端能有效地刺穿水膜，保證輪胎與石料無(wú)縫隙的接觸。其次，微觀尖端的數(shù)量決定了路面與輪胎的接觸有效面積的大小，當(dāng)有效面積越大二者的接觸摩擦力也就越大，越有利于行車(chē)安全。

宏觀性及路面檢測(cè)指標(biāo)中的構(gòu)造深度狀況，一般來(lái)說(shuō)指的是水平0.5～50mm、豎直0.2～10mm范圍內(nèi)的路面空隙狀況。宏觀性主要影響車(chē)輛高速行駛狀態(tài)下的輪胎排水能力。足夠的構(gòu)造深度可迅速排除輪胎與路面接觸范圍內(nèi)的雨水，可有效避免形成水膜隔斷輪胎與路面的接觸而產(chǎn)生滑移。

根據(jù)已有的研究成果，車(chē)輛在低速行駛時(shí)，影響抗滑能力的主要因素是微觀性；高速行駛時(shí)，影響抗滑能力的主要因素是宏觀性。

因此，當(dāng)發(fā)現(xiàn)車(chē)輛打滑時(shí)，應(yīng)首先分析其打滑時(shí)的車(chē)輛行駛速度，才能有效地區(qū)分影響因素是石料之間配比決定的構(gòu)造深度還是石料本身材料性能決定的微觀特性，從而才能科學(xué)地決策出處置方案。

3 維修原則及維修方案

3.1 橫向力系數(shù)衰減趨勢(shì)

遼寧省內(nèi)某高速公路于2000年建成通車(chē)，經(jīng)過(guò)多次維修處置，其中規(guī)模較大的為2015年進(jìn)行的微表處罩面及2018年至2020年大規(guī)模的銑刨重鋪處理，目前表面層結(jié)構(gòu)分布如表3所示。

表3 某高速公路表面層分布狀況

從表3中可看出目前表面層包括AC、AK、微表處及SMA四種結(jié)構(gòu)，其中AK結(jié)構(gòu)只存在于超車(chē)道。此高速大規(guī)模采用AC結(jié)構(gòu)是在2018年及以后，當(dāng)時(shí)維修路段橫向力系數(shù)變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2所示。

從圖2可得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

圖2 路面橫向力系數(shù)發(fā)展趨勢(shì)圖

(1)2015年之前，中、邊車(chē)道均為2009年銑刨重鋪的SMA結(jié)構(gòu)，其SFC初期衰減較快，5年降低12左右。

(2)圖中邊車(chē)道2018年之前為SMA結(jié)構(gòu)，其SFC經(jīng)過(guò)初期的快速衰減后，近年趨于穩(wěn)定，每年衰減在0.1～0.4之間。

(3)中、邊車(chē)道路面結(jié)構(gòu)在2018年以后均為AC結(jié)構(gòu)，其SFC經(jīng)過(guò)通車(chē)1年后的快速衰減，目前趨于穩(wěn)定，每年衰減在0.1～0.4之間(以邊車(chē)道為例)。

(4)微表處SFC數(shù)值較大，即使經(jīng)過(guò)衰減，在4年內(nèi)數(shù)值也大于44。

3.2 依據(jù)橫向力系數(shù)確定的維修原則

依據(jù)路面橫向力系數(shù)與肇事率相關(guān)關(guān)系、此高速公路路面橫向力系數(shù)發(fā)展趨勢(shì)、將來(lái)預(yù)期改擴(kuò)建交通組織，本次對(duì)SFC<44(相當(dāng)于SRI為85.7分)的路段進(jìn)行維修處理。選用此值的原因是，在改擴(kuò)建實(shí)施前，路面SFC衰減后仍能滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3.3 依據(jù)車(chē)轍深度確定的維修原則

車(chē)轍會(huì)增加雨天的水膜厚度，進(jìn)而影響車(chē)輛行駛安全。當(dāng)構(gòu)造深度取0.1，降雨強(qiáng)度取中國(guó)氣象局規(guī)定的大暴雨降雨量的上限，即12h降雨量140mm。最不利點(diǎn)邊車(chē)道外側(cè)輪跡帶處的車(chē)輛打滑車(chē)速見(jiàn)表4。

表4 車(chē)轍深度與打滑車(chē)速關(guān)系

從表4可看出，即使沒(méi)有車(chē)轍，如果雨天車(chē)速不降低，如在構(gòu)造深度0.10的路面上行駛，車(chē)輛仍然可能發(fā)生打滑。目前此高速公路構(gòu)造深度最小值為0.18，遠(yuǎn)大于此數(shù)值，故打滑車(chē)速高于上述數(shù)值?？紤]到改擴(kuò)建時(shí)，車(chē)道設(shè)計(jì)行駛速度為60 km/h，為使此速度下車(chē)輛不發(fā)生打滑，本次對(duì)車(chē)轍深度>8mm的路段進(jìn)行維修處理。

3.4 具體維修方案

本次應(yīng)急搶修，初步擬定以下方案進(jìn)行處理。

3.4.1微表處罩面

銑刨1cm后進(jìn)行微表處罩面。

適用于：SFC<44或RD>8mm，但路表無(wú)其它嚴(yán)重病害的路段。

3.4.2路面銑刨重鋪

由于改擴(kuò)建時(shí)，對(duì)舊路的處理方案為直接進(jìn)行瀝青層罩面，故本次銑刨重鋪處理的結(jié)構(gòu)層，在改擴(kuò)建時(shí)可直接進(jìn)行利用，屬于改擴(kuò)建病害處理的提前實(shí)施。

(1)處理一層：銑刨重鋪4cm重鋪AC-16C抗滑層

適用于：①RD>20mm。

②SFC<44，但路表存在坑槽等病害的路段。

③8mm

(2)處理兩層：銑刨重鋪9cm瀝青層

適用于：SFC<44或RD>8mm，且存在中度裂縫的路段。

將原路瀝青層銑刨10cm，并徹底清掃干凈后，噴灑粘層，然后重鋪結(jié)構(gòu)層如下：

表面層：4.5cmSBS改性瀝青抗滑型AC-16C。

中面層：5.5cm高模量瀝青混合料AC-20C。

(3)處理三層：銑刨重鋪16cm瀝青層

適用于：SFC<44或RD>8mm，且存在龜裂、沉陷等病害的路段。將原路瀝青層(16cm)全部銑刨并徹底清掃干凈后，在基層頂面及側(cè)壁均勻噴灑SBS改性熱瀝青，用量為1.0L/m2。然后重鋪結(jié)構(gòu)層如下：

表面層：4.5cmSBS改性瀝青抗滑型AC-16C。

中面層：5.5cm高模量瀝青混合料AC-20C。

下面層：6.0cm高模量瀝青混合料AC-20C。

3.4.3橋面銑刨重鋪

對(duì)病害嚴(yán)重的橋面進(jìn)行銑刨重鋪處理。如水泥鋪裝損壞，則采用快硬混凝土進(jìn)行處理。

4 結(jié)論

通過(guò)前述分析，可得到以下結(jié)論：

(1)遼寧省內(nèi)某大流量、重載交通高速公路的個(gè)別路段抗滑性能較大，需要進(jìn)行維修處置。

(2)影響瀝青路面抗滑性能的主要因素是石料特性，包括微、宏觀兩個(gè)方面，且影響大小與車(chē)輛行駛速度有關(guān)。故當(dāng)發(fā)現(xiàn)車(chē)輛打滑時(shí)，首先應(yīng)分析打滑時(shí)的車(chē)輛行駛速度，才能有針對(duì)性地提出處置方案。

(3)提升路面抗滑性能的方案主要是處置路表特性，具體處置措施包括微表處罩面等直接罩面類(lèi)及銑刨重鋪類(lèi)。