基于路面橫向力系數下瀝青混凝土路面抗滑性能檢測方法研究

韓昕星

(甘肅省交通科學研究院集團有限公司)

路面粗糙度以及抗滑性能，是保證車輛安全運行的基礎條件[1]。目前在我國公路路面建設問題中，瀝青混凝土路面被廣泛使用。而其表層早期損壞會直接影響路面駕駛質量與抗滑性能[2]，因此研究路面的抗滑性能檢測方法具有重要意義。本文從路面安全性角度出發，提出了一種基于路面橫向力系數的檢測方法，該方法通過濕潤路面、使用測試車輛裝置和拉力傳感器等設備，獲取并分析橫向力數據，最終評估路面的抗滑性能水平。該方法為及時評估路面抗滑性能、指導防滑處理提供了科學有效的手段，對進一步完善公路路面建設標準和技術規范具有積極促進作用。

1 檢測方法

目前檢測路面抗滑性能的技術很多，本文使用路面橫向力系數測試車，以橫向力檢測的方式，分析公路瀝青混凝土路面抗滑性能，其原因如下：

⑴從瀝青混凝土路面抗滑性能檢測速度這一角度分析，路面橫向力系數測試車對路面抗滑性能的檢測速度更快，在路面的性能檢測評定中檢測效率顯著[3]。

⑵路面橫向力系數測試車可通過灑水的方式，濕潤路面模擬降雨天氣的交通工況，完成瀝青路面抗滑性能檢測工作，其采集的路面抗滑數據，更接近于實際情況。

⑶路面抗滑除了需要分析縱向摩擦系數外，還需要考慮橫向路面抗滑分量。路面橫向力系數測試車不僅能夠評估縱向路面抗滑性能，還可以同時分析橫向路面抗滑性能。通過測試車上的設備和傳感器收集并分析包括橫向力在內的多項數據，以全面評估路面的抗滑性能。這樣就能夠準確判斷路面整體的抗滑水平，為車輛行駛安全提供科學依據。

根據《城市道路工程技術規范》（GB51286-2018），表1中給出了路面橫向力系數測試車的技術性能指標。

表1 路面橫向力系數測試車的技術性能指標

橫向力系數的計算方法是：因路面橫向力系數測試車測量車輪，和車輛前進方向存在20°角偏，此狀態中可以模擬彎道與制動時的滑動摩擦，滑動摩擦出現的橫向力系數SFC 可由拉力傳感器采集[4]。橫向力系數SFC的計算公式（1）如下：

其中，a、v分別代表瀝青混凝土路面橫向力、測量車輪的垂直力。

根據《公路工程技術標準》（JPG B01-2014），表2 給出了路面橫向力系數的評定標準。

表2 橫向力系數評定標準

2 路面橫向力系數測試車結構分析

我國在公路瀝青混凝土路面抗滑性能檢測方面的研究，起步相對來講并不早，以往主要使用傳統式擺式儀技術檢測，但此技術使用擺式儀時，需要保證其指針處于歸零標定狀態，稍有不慎就會出現人工讀數誤差，導致抗滑性能檢測結果不準確[5]。“路面橫向力系數測試車”研發應用優化了公路瀝青混凝土路面抗滑性能檢測效果，滿足我國公路建設發展的要求。

路面橫向力系數測試設備結構主要分為裝載車、檢測模塊、供水系統、數據采集處理模塊。每個模塊協同采集路面抗滑性數據，全部模塊的設備結構都安裝在裝載車上，在特定速度下采集路面抗滑性數據。

檢測模塊能夠將2 個具備恒定質量的測量輪胎，安裝在裝載車前后軸之間，具備自由升降能力。測量輪胎位置設定在路面抗滑性能檢測點，測量輪胎和路面接觸后，自主轉動，拉力傳感器采集橫向力數據，由數據采集處理模塊分析。

供水系統主要用于濕潤測試輪前的路面，從而用于模擬惡劣工況，分析路面的橫向力系數。供水系統結構分為水箱、水泵、水路。

數據采集處理模塊可把拉力傳感器獲得的信號進行數據分析。

3 基于路面橫向力系數下路面抗滑性能檢測的操作要點

3.1 測試車的技術要求和標定方法

⑴針對路面橫向力系數測試車而言，裝載車需要固定并配置載重底盤，若水箱水量已滿，裝載車便以50km/h 的速度行駛至瀝青混凝土路面采集公路瀝青混凝土路面抗滑性能數據。測量輪胎使用橡膠充氣式輪胎，采集公路瀝青混凝土路面抗滑性能數據時，需要保證測量車輪靜態垂直標準荷載是200kgf。拉力傳感器量程的標準條件是[0N，2000N]，非線性誤差需要小于0.05%。

⑵在每一個路面抗滑性能檢測點的檢測任務開始之前，或檢測距離已大于1000km，便需要標定路面橫向力系數測試車拉力傳感器，并及時記錄存檔檢測的橫向力系數SFC 數據。在公路瀝青混凝土路面抗滑性能檢測時，測量輪胎氣壓需滿足標準氣壓數值，還需實時關注測量輪胎是否磨損，若出現明顯的裂口缺陷，或輪胎直徑磨損已超過6mm，便需要更換輪胎，輪胎的氣壓需要設定為0.40MPa，使用的螺栓必須處于擰緊狀態。

⑶路面橫向力系數測試車灑水位置，需要在測量輪胎與公路瀝青混凝土路面接觸后，前方(400±50)mm 位置。且在公路瀝青混凝土路面抗滑性能檢測之前，要保證路面橫向力系數測試車的各個設備都處于正常狀態，在規定的時間內，進行通電預熱。

⑷距離標定：進入公路瀝青混凝土路面檢測點的前500m，標記好起始位置，并繪制顯眼可見的標志，司機駕駛路面橫向力系數測試車進行預跑，駕駛速度需要勻速前進，駕駛至終點方可停止，此時保證前輪中心和終點處于相同直線上。

⑸摩擦系數（橫向力系數SFC）標定

路面橫向力系數測試車可以在任意速度條件下，對檢測路面進行大范圍、連續式的抗滑性能檢測，且噴灑水量需滿足單次測試里程50km，檢測結果需滿足車輛現實制動狀態。摩擦系數（橫向力系數SFC）標定值使用式（2）計算：

式中，SFC標、SFC測依次代表標準測試速度V標中等效SFC、現場實際測試速度V測中SFC。

3.2 抗滑性能檢測步驟

⑴路面橫向力系數測試車通電預熱。

⑵路面橫向力系數測試車的測量車輪預跑。

⑶路面橫向力系數測試車需保持勻速行駛狀態，行駛于需檢測的瀝青混凝土路面，并采用固定出水控制模式，構建抗滑性能檢測的瀝青混凝土路面環境。

⑷瀝青混凝土路面檢測完畢，路面橫向力系數測試車停止運行，結束檢測程序，提升測量車輪，將全部設備均恢復至初始化狀態，關閉路面橫向力系數測試車電源。

⑸結合路面橫向力系數測試車檢測的橫向力系數SFC，參照表2 評定標準，分析公路瀝青混凝土路面抗滑性能。

3.3 抗滑性能檢測過程的數據處理

⑴數據采集：根據路面橫向力系數測試車在瀝青混凝土路面上行駛時，通過拉力傳感器等設備采集到的相關數據，包括車速、橫向力、載荷等。

⑵數據記錄：將采集到的數據記錄下來，本文使用電子記錄儀進行自動記錄，以確保準確性和實時性。

⑶數據清洗：對采集到的原始數據進行清洗和處理，去除異常值或錯誤數據，確保后續分析的準確性。

⑷數據分析：根據采集到的數據，計算出摩擦系數的數值，再根據設定的評定標準進行分析，判斷公路瀝青混凝土路面的抗滑性能是否符合要求。

本研究設置了5 個測量點對其車速、橫向力和載荷進行測算，測試結果如表3所示。

表3 測量點抗滑性測試結果

根據表3 中所得出的結果可知，5 個測量點的摩擦系數均不小于0.55，與表2 設定的評定標準進行分析，最終判斷公路瀝青混凝土路面的抗滑性能符合要求。

4 結論

本文以公路瀝青混凝土路面的抗滑性能檢測問題進行探究，提出基于路面橫向力系數測試車的瀝青混凝土路面抗滑性能檢測方法，通過實驗表明，該方法是一種高效、準確的技術。它具備自動化數據采集和處理的優勢，能夠實現大范圍、連續性的檢測工作，利用拉力傳感器實時采集路面與車輛之間的摩擦力數據，可以全程自動化地完成數據采集和處理，提高了檢測效率。相對于傳統的人工檢測方法，該方法不僅減少了人工操作的誤差，還能夠實現對大范圍路段的連續性檢測，保證了檢測結果的準確性和可靠性。為公路管理部門提供了重要的決策依據。另外，該方法對于公路維護和安全管理具有重要意義。通過及時評估瀝青混凝土路面的抗滑性能，可以有效預防交通事故的發生，提高道路通行的安全性和穩定性。這對于保障交通運輸的暢通和提升行駛舒適度具有重要的實際意義，并有望在未來得到更廣泛的應用和推廣。