關(guān)于路面抗滑性能檢測體系的思考

曾小鵬

摘 要：路面抗滑性能的好壞決定了車輛行駛在道路上的安全。因此，不管是在建造還是運營階段都應(yīng)保持良好的路面抗滑性能。當前路面安全管理方法主要基于直接指標（摩擦系數(shù)）或者間接指標（紋理）來保證道路的行車安全。由于路面抗滑性能來源于粗糙的表面紋理。因此，路面紋理和摩擦系數(shù)是相互關(guān)系，密不可分的。單一的指標評價割裂了兩者之間的聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：路面安全;摩擦系數(shù);路面紋理

1 背景

隨著世界各國交通行業(yè)的發(fā)展，安全問題也隨之而來，成為了世界各國共同面對的難題。由于潮濕路面的抗滑性能遠低于干燥路面，多雨的氣候條件對車輛的安全行駛產(chǎn)生了不利的影響。在我國，根據(jù)寧貴財，康彩燕等人的統(tǒng)計研究發(fā)現(xiàn)，2005-2014年全國雨、雪、霧、大風、沙塵和冰雹6種不利天氣條件下發(fā)生的交通事故共計287783起，其中雨天不利條件下的交通事故起數(shù)占總交通事故的86.5%。對于引發(fā)事故的關(guān)鍵原因（即路面抗滑性能不足）沒有切實有效的反應(yīng)到路面安全管理系統(tǒng)。當前路面安全管理方法主要基于直接指標（摩擦系數(shù)）或者間接指標（紋理）兩種理念。

2基于路面摩擦系數(shù)的管理理念

2.1 摩擦系數(shù)定義

路面摩擦力是阻止車輛和路面之間發(fā)生相對運動的力。這種阻力是輪胎在路面上滾動或滑動時所產(chǎn)生的。路面摩擦力在車輛安全行駛方面起著至關(guān)重要的作用，因為它使得駕駛員能夠在縱向和橫向上以安全的方式操縱車輛。摩擦系數(shù)是由路面摩擦力與輪軸重之間的比值定義，它是公路幾何設(shè)計的一個關(guān)鍵輸入，用于確定最小停車視距、最小水平半徑、豎曲線最小半徑和水平曲線最大超高。一般來說，路面-輪胎接觸界面的摩擦系數(shù)越大，產(chǎn)生的摩擦力越大，駕駛員對車輛的控制能力就越強。大量的研究證據(jù)表明，車輛發(fā)生碰撞主要是由于路面摩擦水平較低（主要是潮濕狀況）造成的。并且隨著路面摩擦水平的降低，碰撞的可能性也相應(yīng)增加，因此確保路面在服役期間內(nèi)保持足夠高的摩擦系數(shù)有助于道路的安全運營。

2.2 摩擦系數(shù)閾值管理

為了實現(xiàn)這一目標，美國和世界各地的公路機構(gòu)建立了包括設(shè)計和使用兩個階段的路面摩擦管理體系。在設(shè)計階段針對不同的道路部分（如：交叉口、直道、彎道、縱坡）進行單獨設(shè)計，以確保每個路段的摩擦需求與道路狀況相適應(yīng)。在使用階段定義了兩種不同的路面摩擦系數(shù)閾值水平，即調(diào)查水平和干預(yù)水平。當路面摩擦系數(shù)低于調(diào)查水平時，應(yīng)對該地點的道路進行詳細調(diào)查，以確定是否需要采取張貼警告標志或者采取可變車速措施;當路面摩擦系數(shù)低于干預(yù)水平時，對該路段應(yīng)采取糾正措施，例如重鋪表面或其他養(yǎng)護處理（加鋪抗滑層）。路面摩擦系數(shù)管理的原則就是為了保障路面摩擦系數(shù)的供給必須始終滿足或超過車輛安全行駛時對摩擦系數(shù)的需求。

路面的防滑性是會隨著時間的推移在交通流的作用下而惡化，因此在設(shè)計階段采用考慮路面抗滑功能的混合料設(shè)計方法和在使用期間進行定期測量路面抗滑性能和監(jiān)測路面狀況是非常重要的。目前所有路面混合料設(shè)計程序都側(cè)重于滿足路面結(jié)構(gòu)的要求，包括單個路面層所需材料的特性，對設(shè)計路面的預(yù)期防滑性能沒有給予足夠的重視，因此在設(shè)計階段有必要引入在保證路面結(jié)構(gòu)強度的前提下考慮路面擁有足夠抗滑能力的混合料設(shè)計方法。在使用階段提供完整、充分的路面抗滑狀況的表征和報告，對于確保公路安全運營具有重要的實際意義，以及對于路面抗滑研究也有重要的工程意義。

3基于路面紋理指標的管理理念

3.1 路面紋理功能

路面表面紋理定義為路面表面與真實平面的偏差。這些偏差出現(xiàn)在四個不同的尺度水平上，每個尺度由波長（γ）及其分量的峰值振幅（A）來定義。根據(jù)世界道路協(xié)會，路面結(jié)構(gòu)有四種波長類別：微觀紋理;宏觀紋理;巨紋理以及路面不平整度。路面摩擦主要受微觀紋理和宏觀紋理的影響，它們分別對應(yīng)于黏附和滯后摩擦分量。圖1展示了微觀紋理、宏觀紋理對行駛速度與路面摩擦關(guān)系的影響。可見，微觀紋理影響路面-輪胎之間摩擦系數(shù)的水平，微觀紋理越豐富對應(yīng)的路面抗滑性能水平越高。

微觀紋理是是指波長小于0.5mm，振幅小于0.2mm的微凸體，其作用是當路面表面存在水膜時，這些集料表面微凸體（微觀紋理）會刺透水膜，使輪胎與路面直接接觸。因此微觀紋理控制著潮濕摩擦系數(shù)和干燥摩擦系數(shù)的初始水平。宏觀紋理是指波長處于0.5-50mm和振幅處于0.1-20mm范圍內(nèi)的表面粗糙構(gòu)造。在濕滑的天氣中，宏觀構(gòu)造決定著路面排水效率。當路面水膜較薄時，粗糙的宏觀紋理有助于排水保持輪胎與路面之間的緊密接觸。當水膜較厚并淹沒路面時，粗糙的宏觀紋理對緩解移動過程中輪胎與路面界面處動水壓力的積聚起著重要作用，從而降低車輛水漂的風險。一般來說，通過提高宏觀紋理提高車輛進行水滑行時的速度，對降低滑水風險就越有效。

3.2 路面紋理管理

大量的實驗研究表明，新建瀝青路面在通車一段時間后，由于包裹在集料表面的瀝青膜被車輪給磨損，集料表面的微觀紋理出露會造成路面抗滑能力有短暫的提升。隨著時間繼續(xù)增加集料進入拋光階段，路面摩擦系數(shù)會持續(xù)下降，直至下降至閾值，需要做出某種補救措施。因此保證較高的紋理狀態(tài)對增強路面運行安全和延長路面的使用壽命是有利的。然而紋理構(gòu)造在不同的階段（設(shè)計階段，施工階段，運營階段）會受到不同因素的影響。對于路面工程人員來說，最重要的是在設(shè)計階段對路面抗滑進行充分的考慮，使混合料路面可以提供足夠高的紋理狀態(tài)。

混合料設(shè)計階段主要是進行原材料（集料，瀝青）的選擇，混合料級配和油石比的確定。從表1可見集料對不同的紋理均具有影響，因此對其進行嚴格的選擇和控制是保證路面具有良好紋理的前提條件。許多公路機構(gòu)將粗集料的抗磨光性作為道路安全控制措施，并規(guī)定了不同道路類型的集料磨光最小值。不足之處在于粗集料磨光值不能真實的反應(yīng)當集料處于混合料狀態(tài)時路面的微觀紋理水平，因此我們除此之外還需要獲取混合料的微觀紋理水平。由于實驗室材料試驗不能保證現(xiàn)場的摩擦性能，因此必須將試驗與現(xiàn)場測試結(jié)果結(jié)合起來，以此確定可選用的集料類型。

4 總結(jié)

當前路面安全管理基于單一的指標評價體系，這不能充分的保障路面行車安全。筆者建議應(yīng)將摩擦系數(shù)和宏微觀紋理參數(shù)指標同時納入考慮范圍。這將會使得不管是在設(shè)計還是運營階段，研究人員可以更加明確的對路面抗滑性能的生命周期進行預(yù)測和維護管理。在室內(nèi)設(shè)計階段可通過磨耗集料和混合料獲得路面抗滑性能的預(yù)測以篩選良好的集料和級配類型。而在后期運維階段，定期對路面抗滑性能和紋理進行檢查，如若發(fā)現(xiàn)抗滑性能不足，則可從紋理角度探討不足原因，采用特定的宏觀紋理和微觀紋理恢復(fù)技術(shù)，而避免大修大建。

參考文獻

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