瀝青路面抗滑機(jī)理與影響因素分析

黃 元，陶曉麗

(1.廣西交投宏冠工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530022；2.廣西交通投資集團(tuán)崇左高速公路運(yùn)營(yíng)有限公司，廣西 崇左 532200)

0 引言

隨著民用汽車保有量與車流量持續(xù)增長(zhǎng)、行車速度不斷增加，公路交通事故數(shù)量居高不下。依據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的《中華人民共和國(guó)2020年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2021》等材料，2020年底全國(guó)民用汽車保有量達(dá)到28 087萬(wàn)輛，較2019年增長(zhǎng)了6.9%；2021年7～12月公路貨運(yùn)量同比增長(zhǎng)率平均值依舊維持在3.7%；高速公路作為貨運(yùn)主要通道，車流量也在持續(xù)攀升。為進(jìn)一步提高公路通行能力，廣西多條高速公路完成了限速調(diào)整，部分高速公路一般路段小客車最高限速由原來(lái)的100 km/h調(diào)整為120 km/h，高速公路行車速度越來(lái)越快；廣西2020年交通事故數(shù)量保持高位，平均每天高達(dá)50余起，雖然疲勞駕駛、惡劣天氣、不良線形等原因均會(huì)誘發(fā)交通事故，但路面抗滑性能欠佳也是高速駕駛狀態(tài)下交通事故發(fā)生的重要原因。以國(guó)內(nèi)某高速公路為例，2016—2018年期間發(fā)生2次以上交通事故的單公里路段中，33%的路段抗滑性能指標(biāo)SRI值均低于現(xiàn)行《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定值80(高速公路抗滑性能指數(shù)SRI低于80的路段，應(yīng)采取相關(guān)措施提高路表面的抗滑能力)。詳見(jiàn)表1。

表1 國(guó)內(nèi)某高速公路交通事故次數(shù)與抗滑性能指數(shù)SRI值的關(guān)系表

由此，如何保持公路行車安全性，成為公路運(yùn)營(yíng)管理工作者十分關(guān)注的問(wèn)題，而行車安全與路面抗滑性能息息相關(guān)，探究瀝青路面抗滑機(jī)理與影響因素，可為廣西高溫多雨?duì)顟B(tài)下的瀝青路面抗滑性能維持良好狀態(tài)的技術(shù)研究提供參考。

1 瀝青路面抗滑機(jī)理

輪胎與路面相互作用產(chǎn)生的抗滑力(或摩擦力)是安全行車的主要保障。車輛在行駛過(guò)程中，輪胎與路面之間的摩擦過(guò)程可分為輪胎與路面之間的分子引力作用、粘著作用、路面上小尺寸微凸體的切削作用與輪胎橡膠的彈性變形四個(gè)力學(xué)過(guò)程。其中，分子引力作用主要與車輛荷載有關(guān)，在一般車輛荷載的作用下可忽略不計(jì)；粘著作用與路面上小尺寸微凸體的切削作用構(gòu)成的摩擦力貢獻(xiàn)度最大，達(dá)到90%左右，其主要與輪胎及路面材料性能、路面較小尺寸微凸體的大小、分布情況及鋒利特性、路面干濕狀態(tài)及潔凈程度、輪胎胎面花紋、輪胎與路面接觸面積及接觸壓力等因素相關(guān)；輪胎橡膠的彈性變形主要指在路面較大微凸體及胎面花紋等作用下，胎面橡膠反復(fù)產(chǎn)生較大的彈性變形，但所產(chǎn)生的變形力與彈性變形恢復(fù)力對(duì)摩擦力的貢獻(xiàn)度較小，略<10%。

2 廣西典型高速公路瀝青路面抗滑性能狀況與相關(guān)性分析

為進(jìn)一步探究瀝青路面抗滑性能的衰變狀況，分析各因素對(duì)抗滑性能的影響規(guī)律，本次以廣西7個(gè)瀝青路面典型路段為樣本，以構(gòu)造深度TD表征路表粗糙程度，以擺值BPN表征路面抗滑性能，分析粗糙程度、路表積水與路面材料對(duì)抗滑性能的影響。詳見(jiàn)表2。

表2 典型路段基本情況表

2.1 粗糙程度與抗滑性能的關(guān)系

為掌握行車作用對(duì)表面層抗滑特性衰減的影響，在同一斷面分別選取了行車道輪跡帶位置(代表通車后狀態(tài))與路肩應(yīng)急車道位置(代表通車前初始狀態(tài))對(duì)比構(gòu)造深度TD與擺值BPN。詳見(jiàn)表3和圖1。

表3 典型路段構(gòu)造深度與擺值的對(duì)比結(jié)果表

圖1 不同位置處擺值與構(gòu)造深度的相關(guān)性擬合示意圖

由表3及圖1可以看出：

(1)路面抗滑性能(由擺值表征)與路面粗糙程度(由構(gòu)造深度表征)呈線性正相關(guān)。

(2)除D高速公路K1378+150段及F高速公路K865+850段外，其余點(diǎn)位行車道輪跡帶構(gòu)造深度均小于路肩車道構(gòu)造深度，路肩車道構(gòu)造深度值介于0.8～1.0 mm，行車道輪跡帶位置構(gòu)造深度值介于0.6～0.8 mm。其原因主要為在行車作用下，輪跡帶處的顆粒間距被擠密，顆粒被磨損、磨光，構(gòu)造深度減小。

(3)路面出現(xiàn)車轍后對(duì)抗滑性能影響大。如D高速公路K1334+400車轍路段，行車道輪跡帶位置構(gòu)造深度較路肩車道構(gòu)造深度值衰減了約50%，正常路段衰減幅度約為10%～25%。

(4)級(jí)配粗細(xì)及粗糙程度對(duì)路面構(gòu)造深度影響明顯。級(jí)配較細(xì)、表面細(xì)料較多、表面構(gòu)造較光滑的路面構(gòu)造深度最小，如G高速公路K819+500段；級(jí)配粗、表面開(kāi)孔多的路段經(jīng)行車作用后，存在“細(xì)料磨損散失”的“掉?，F(xiàn)象”，使得輪跡帶位置構(gòu)造深度大于未經(jīng)行車作用的路肩車道的構(gòu)造深度，如F高速公路K865+850段。

2.2 路表積水對(duì)抗滑特性的影響

為探明路表積水對(duì)抗滑性能的影響，檢測(cè)組在同一點(diǎn)位，先測(cè)試路表在較多積水條件下的擺值，然后再用毛刷掃掉富余積水但使路面仍保持濕潤(rùn)狀態(tài)，再測(cè)試路表擺值。通過(guò)對(duì)比兩種狀態(tài)下的擺值可以看出，路表積水條件下擺值略小于潮濕狀態(tài)，即路表積水形成的水膜削弱了路面的抗滑能力。詳見(jiàn)表4。

表4 路表積水與濕潤(rùn)條件下的擺值測(cè)試結(jié)果對(duì)比表

2.3 路面材料與級(jí)配對(duì)抗滑特性的影響

為分析不同路面材料對(duì)瀝青路面抗滑特性的影響，分別在同一點(diǎn)位測(cè)試了路肩車道與行車道的擺值(見(jiàn)下頁(yè)表5)，通過(guò)對(duì)比，表征如下特點(diǎn)：

表5 路肩車道與行車輪跡帶車道的擺值對(duì)比表

(1)粗集料采用石灰?guī)r、路面發(fā)生車轍、通車時(shí)間長(zhǎng)且重載交通量大的路段抗滑性能衰減幅度大，如B高速公路石灰?guī)r路段、D高速公路、G高速公路與F高速公路擺值衰減幅度基本均達(dá)到了40%以上。

(2)表面層級(jí)配的粗細(xì)對(duì)抗滑影響明顯，同是輝綠巖粗集料路段，較粗級(jí)配的B高速公路抗滑衰減幅度約為13%～20%，較細(xì)級(jí)配(3～5 mm及細(xì)集料偏多)的C高速公路抗滑衰減幅度約為23%～31%。

3 持續(xù)保持瀝青路面良好抗滑性能的建議

持續(xù)保持良好的瀝青路面抗滑性能，與瀝青路面結(jié)構(gòu)及配合比設(shè)計(jì)、原材料性能、施工控制、養(yǎng)護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)息息相關(guān)。

(1)在瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)提高公路通車后的交通組成預(yù)判準(zhǔn)確性，對(duì)貨運(yùn)主干道等重載交通量大的路段，要綜合考慮路面結(jié)構(gòu)整體的抗車轍能力，避免公路運(yùn)營(yíng)階段出現(xiàn)車轍而導(dǎo)致路面抗滑性能快速衰減。

(2)針對(duì)廣西地區(qū)降雨量大的特點(diǎn)，應(yīng)從完善路基路面綜合排水體系入手，同時(shí)考慮選用OGFC開(kāi)級(jí)配混合料類型作為瀝青路面表面層，以加快路面水疏導(dǎo)，降低雨水對(duì)路面抗滑性能與行車安全性的影響。

(3)在瀝青路面施工階段，應(yīng)加強(qiáng)料場(chǎng)管理，嚴(yán)防粗細(xì)集料料倉(cāng)串料，導(dǎo)致粗集料中石灰?guī)r比例過(guò)高、混合料級(jí)配變細(xì)等情況出現(xiàn)。

(4)養(yǎng)護(hù)階段要持續(xù)跟蹤觀測(cè)路面抗滑性能衰變狀況，對(duì)抗滑性能衰減快的路段應(yīng)分析原因，結(jié)合交通事故狀況，采取有效措施以恢復(fù)路表抗滑性能，如完善路面排水系統(tǒng)、實(shí)施罩面型預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工藝等。

4 結(jié)語(yǔ)

高速公路行車安全與路表抗滑性能息息相關(guān)，路表粗糙程度、路表積水狀態(tài)、表面層混合料原材料性能與級(jí)配類型、車轍等因素均會(huì)影響瀝青路面抗滑性能。持續(xù)保持良好的瀝青路面抗滑性能，需要完善的路基路面排水系統(tǒng)、整體抗車轍能力良好的路面結(jié)構(gòu)、抗磨耗性強(qiáng)的表面層路用集料與常態(tài)化的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)機(jī)制。