市政石材人行道安全性能研究

于斌斌

（上海林李城市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)有限公司，上海市 200437）

0 引言

隨著現(xiàn)代化城市的快速建設(shè)與發(fā)展，人們對(duì)人行道的鋪裝要求越來(lái)越高，常規(guī)的同質(zhì)磚已不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的物質(zhì)與文化需要，于是石材鋪面在人行道中的應(yīng)用越來(lái)越多，尤其是一些高端商業(yè)/住宅地塊。對(duì)于人行道而言，除了通行的交通功能外，安全指標(biāo)也不容忽視，尤其是一些雨雪等惡劣天氣，行人滑倒、摔傷的事故時(shí)有發(fā)生。而市政行業(yè)的相關(guān)規(guī)范中，從未提及石材人行道的安全性能指標(biāo)（主要為防滑性能），該內(nèi)容一直處于空白狀態(tài)[1]。

1 研究路線

本課題將理論與試驗(yàn)相結(jié)合，并應(yīng)用于工程實(shí)例中進(jìn)行驗(yàn)證。

理論方面，通過(guò)建立物理模型，對(duì)其進(jìn)行分析和計(jì)算，得出相關(guān)數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)方面，通過(guò)進(jìn)行物理試驗(yàn)，將采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整理。

工程實(shí)例方面，將研究結(jié)論應(yīng)用于實(shí)際的工程項(xiàng)目中，并對(duì)其使用情況進(jìn)行回訪調(diào)查。

2 指標(biāo)選取

目前，石材在其他行業(yè)，如建筑行業(yè)、建材行業(yè)等的安全性能指標(biāo)眾多，有防滑等級(jí)、防滑安全程度、摩擦系數(shù)、抗滑值、橫向力系數(shù)、靜摩擦系數(shù)等。本次結(jié)合市政工程的特點(diǎn)，考慮到本課題研究對(duì)象的適用范圍、使用功能和應(yīng)用特點(diǎn)均比較明確，主要應(yīng)用于戶外道路、橋隧等市政人行道防滑安全。本課題選取較為常用且易于測(cè)量的指標(biāo)摩擦系數(shù)μ 進(jìn)行研究。

3 理論研究

人走路利用的是人與地面處于靜摩擦的狀態(tài)，當(dāng)超過(guò)靜摩擦力的最大值時(shí)，人就會(huì)滑倒。這時(shí)，人與地面處于滑動(dòng)摩擦狀態(tài)。本次課題研究中的摩擦力相關(guān)描述均為靜摩擦力。

人行走過(guò)程中，摩擦力f=μN(yùn)（N 表示物體對(duì)該接觸面的正壓力，即體重）。

4 實(shí)驗(yàn)實(shí)踐

本次實(shí)驗(yàn)按照《地面石材防滑性能等級(jí)劃分及試驗(yàn)方法》（JCT 1050—2007）[2]中測(cè)量摩擦系數(shù)的方法，分別對(duì)干態(tài)和濕態(tài)的石材進(jìn)行摩擦系數(shù)數(shù)據(jù)的收集與整理（見圖1～圖3、表1、表2）。石材選用市政人行道較常用的花崗巖。

表1 干態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)分析（摩擦系數(shù)） 單位：%

表2 濕態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)分析（摩擦系數(shù)） 單位：%

圖1 摩擦系數(shù)測(cè)試方法示意圖

圖2 干態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)分布圖

圖3 濕態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)分布圖

摩擦系數(shù)測(cè)定[3]：將測(cè)試樣品置于水平工作臺(tái)上，將滑塊組件（橡膠塊粘于木板上）置于測(cè)試面上，滑塊上方的中心位置放置一個(gè)50 N 的重塊。固定測(cè)試樣品，拉動(dòng)拉力計(jì)，3 s 內(nèi)緩慢拉動(dòng)拉力計(jì)至滑塊剛好發(fā)生移動(dòng)，記錄此時(shí)拉力值。每個(gè)測(cè)試面拉動(dòng)4 次，記錄所有讀數(shù)。

式中：Cd 為表面測(cè)試的摩擦系數(shù)值；Rd 為測(cè)試4 次拉力讀數(shù)之和，N；n 為拉動(dòng)次數(shù)（4）；G 為滑塊組件加上50 N 重塊的總重力，N。

以一組試驗(yàn)的平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，保留兩位有效數(shù)字。

將收集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和計(jì)算，并引入統(tǒng)計(jì)學(xué)當(dāng)中的常用統(tǒng)計(jì)指標(biāo)——變異系數(shù)的計(jì)算，可以得出其測(cè)度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分布程度，獲得組內(nèi)個(gè)體數(shù)據(jù)間的離散程度，從而確認(rèn)數(shù)據(jù)的可信程度。

變異系數(shù)：

在數(shù)據(jù)分析過(guò)程中，若變異系數(shù)大于15%，則考慮該數(shù)據(jù)可能存在問題。本次將實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)分析后，其變異系數(shù)均在可控范圍內(nèi)，說(shuō)明數(shù)據(jù)的離散程度不大，較可靠、可信。

從表1、表2 的數(shù)據(jù)計(jì)算和分析可以發(fā)現(xiàn)，拋光面無(wú)論是干測(cè)還是濕測(cè)，其數(shù)據(jù)較低，難以滿足行人安全通行的需要；剁斧面（縱向）的數(shù)據(jù)略低于剁斧面（橫向），基本可以滿足安全需要；火燒面和荔枝面的干濕測(cè)數(shù)據(jù)較優(yōu)秀。

剁斧面（橫向）、火燒面和荔枝面的干測(cè)數(shù)據(jù)基本在0.68 以上，濕測(cè)數(shù)據(jù)基本在0.61 以上。其中，剁斧面（橫向）干濕測(cè)數(shù)據(jù)有約20%未達(dá)到均值，在做好出廠檢測(cè)的情況下，可以達(dá)到試驗(yàn)均值。

通過(guò)試驗(yàn)實(shí)測(cè)，可以確保理論計(jì)算結(jié)果在工程應(yīng)用中的可達(dá)性和可行性。

5 研究成果

在通過(guò)理論計(jì)算與試驗(yàn)分析后，并參考其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，建議市政行業(yè)石材人行道安全標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 成果匯總

從市政石材人行道的適用范圍、使用功能和應(yīng)用特點(diǎn)來(lái)看，比較適宜采用剁斧面（橫向）、火燒面和荔枝面等防滑性能較好的石材表面處理工藝。

6 工程應(yīng)用

揚(yáng)州461 省道于2018 年年底建成通車。由于道路兩側(cè)為村莊，正值雨雪天氣較多，村民反映人行天橋所用石材鋪面極易打滑，給村民出行帶來(lái)不便。然而，市政行業(yè)并無(wú)相關(guān)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。為解決該問題，本課題在理論與實(shí)踐相互驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，將該研究成果提供給施工單位進(jìn)行檢測(cè)，并更換符合安全要求的石材面磚。

人行道在更換石材面磚并運(yùn)營(yíng)一年多以來(lái)，再未接到村民投訴或上訪，較好地實(shí)現(xiàn)了其使用功能。

7 結(jié)語(yǔ)

從整個(gè)市政行業(yè)發(fā)展來(lái)看，本課題完善了石材人行道安全性能研究的相關(guān)內(nèi)容，填補(bǔ)了市政行業(yè)相關(guān)性能標(biāo)準(zhǔn)的空白，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，并應(yīng)用于工程實(shí)例，對(duì)人行道石材的應(yīng)用具有積極的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。建議在相關(guān)規(guī)范更新時(shí)，增補(bǔ)相關(guān)條目，以完善市政行業(yè)石材人行道安全性能指標(biāo)。