巨單高速路面橫向力系數(shù)影響因素分析

何毅 周勇軍 劉旭 李光輝

摘要 巨單高速瀝青路面上面層為SMA-13改性瀝青瑪蹄脂碎石，在交工驗收前的路面工程質(zhì)量檢測時，不同檢測單位對路面橫向力系數(shù)檢測結(jié)果出入較大，不能有效判定路面橫向力系數(shù)質(zhì)量，影響檢測結(jié)果及交工驗收。從配合比設(shè)計及施工、路面污染、檢測設(shè)備、沖洗及檢測用水、溫度等方面著手，分析檢測過程中出現(xiàn)的問題，并提出相應(yīng)的解決措施，對路面橫向力系數(shù)主要影響因素進(jìn)行總結(jié)，供類似項目參考借鑒。

關(guān)鍵詞 瀝青路面;交工驗收;橫向力系數(shù)

中圖分類號 U416.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）05-0067-03

0 引言

國家高速德上線巨野至單縣段（魯晥界）段（以下簡稱“巨單高速”）于2019年11月下旬開始對已完成的路面進(jìn)行第三方檢測，項目建設(shè)單位和省交通廳執(zhí)法局分別委托一家檢測機構(gòu)進(jìn)行獨立檢測，兩家檢測單位均檢測合格后，省交通廳執(zhí)法局根據(jù)合格的檢測報告及建設(shè)過程監(jiān)督情況，出具項目質(zhì)量核驗意見，才能進(jìn)行交工驗收，交工驗收合格后通車運營。根據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)范，路面橫向力系數(shù)采用橫向力系數(shù)檢測車進(jìn)行檢測，測值介于45～52之間，而施工過程采用擺式摩擦儀得到的檢測值基本在57以上，檢測結(jié)果出入較大，不能有效判定路面橫向力系數(shù)質(zhì)量，影響檢測結(jié)果及交工驗收，將導(dǎo)致較大的社會及經(jīng)濟效益損失。對此，建設(shè)單位多次組織專家及參建各方分析論證，查找原因，主要從配合比設(shè)計及施工、路面污染、檢測設(shè)備、沖洗及檢測用水、溫度等方面著手[1]，分別制定應(yīng)對措施。最終，路面橫向力系數(shù)檢測結(jié)果均評定為合格，巨單高速順利通過了交工驗收，并按期通車運營，現(xiàn)階段運營情況良好，實現(xiàn)了社會和經(jīng)濟效益目標(biāo)。

1 工程及路面設(shè)計概況

1.1 工程概況

巨單高速位于山東省菏澤市境內(nèi)，途經(jīng)鄆城縣、巨野縣、成武縣、單縣，接德上高速安徽碭山段，全長116.2 km，采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度120 km/h。項目共設(shè)橋梁11 369.7 m/67座，互通式立交8處，設(shè)置匝道收費站7處，服務(wù)區(qū)2處，停車區(qū)1處，監(jiān)控分中心1處，養(yǎng)護(hù)工區(qū)2處。

1.2 路面設(shè)計概況

項目收費站廣場、服務(wù)區(qū)停車廣場和部分地方道路采用水泥混凝土路面，主線、匝道和部分地方道路采用瀝青混凝土路面。瀝青混凝土路面設(shè)計采用雙圓均布垂直荷載作用下的彈性層狀連續(xù)體系理論，以路表回彈彎沉值、瀝青混凝土層的層底拉應(yīng)力及半剛性材料層的層底拉應(yīng)力為設(shè)計指標(biāo)。瀝青混凝土路面上面層為SMA-13改性瀝青瑪蹄脂碎石，設(shè)計厚度4 cm，抗滑技術(shù)指標(biāo)橫向力系數(shù)SFC60≥50，構(gòu)造深度TC（mm）≥0.50。設(shè)計采用雙輪組單軸軸載100 kN為標(biāo)準(zhǔn)軸載，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計年限為15年。

2 路面橫向力系數(shù)測試系統(tǒng)

橫向力系數(shù)測試系統(tǒng)在很多國家被采用，但在測試輪偏角、測試輪荷載、輪胎類型等方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)卻不一致。英國SCRIM系統(tǒng)是這類設(shè)備中性能較為優(yōu)良、使用范圍也較廣的一種類型。我國標(biāo)準(zhǔn)體系中引入的橫向力系數(shù)測試系統(tǒng)即是英國的SCRIM系統(tǒng)，因此該方法規(guī)定的橫向力摩擦系數(shù)測定車與英國SCRIM原型設(shè)備的基本參數(shù)指標(biāo)保持一致[2]。

橫向力系數(shù)測試系統(tǒng)自備大容量的蓄水裝置，測試輪較耐磨，檢測時車速較快，因此可以實現(xiàn)長距離連續(xù)快速檢測，效率高，符合全線連續(xù)檢測要求。同時，使用橫向力系數(shù)檢測車檢測時，更符合機動車在路面上行駛的真實工作狀態(tài)，還能反映路面防止車輛在緊急制動或在高速行駛中發(fā)生側(cè)滑的能力。因此，橫向力系數(shù)測試系統(tǒng)的檢測結(jié)果更能反映路面的整體抗滑性能，檢測結(jié)果相對客觀，與鋪砂法測構(gòu)造深度和擺式儀法測摩擦系數(shù)相比，由于橫向力檢測是在道路的縱向上的連續(xù)檢測，比前兩者的點檢測更能反映路面的整體抗滑性能，也避免了人工選點的主觀因素，檢測結(jié)果相對客觀[3]。

3 測試結(jié)果與分析

3.1 配合比設(shè)計及施工

SMA-13改性瀝青混合料應(yīng)采用馬歇爾試驗方法進(jìn)行設(shè)計，瀝青混合料的配合比設(shè)計依據(jù)施工圖及相關(guān)規(guī)程規(guī)范執(zhí)行，按目標(biāo)配合比、生產(chǎn)配合比、生產(chǎn)配合比驗證三個階段進(jìn)行瀝青混合料的配合比設(shè)計。SMA-13改性瀝青混合料的最大理論密度采用計算法，毛體積密度由表干法測定。SMA-13混合料馬歇爾試驗配合比設(shè)計技術(shù)要求見表1。

在進(jìn)行高速公路路面施工前，施工單位委托有資質(zhì)、業(yè)績的技術(shù)咨詢單位對瀝青混合料目標(biāo)配合比、生產(chǎn)配合比進(jìn)行設(shè)計，并對生產(chǎn)配合比進(jìn)行驗證，經(jīng)監(jiān)理單位批準(zhǔn)后開始施工，生產(chǎn)配合比主要材料用量比例見表2。

瀝青路面上面層于2019年9月上旬開始施工，11月下旬全部施工完成。施工過程中，由于無法達(dá)到橫向力系數(shù)檢測車檢測條件，故采用擺式摩擦儀，每200 m測一處進(jìn)行驗證性檢測，測值均大于57，構(gòu)造深度0.9～

1.2 mm，滿足規(guī)范要求[4]。

3.2 路面污染

巨單高速在進(jìn)行瀝青路面上面層施工時，同步進(jìn)行了部分中央分隔帶和路側(cè)填土、綠化、排水溝及護(hù)欄施工，路面附著較多的粉塵及泥土，部分已填充至空隙，存在不同程度的污染。在橫向力系數(shù)檢測車檢測時，路面污染物降低了檢測設(shè)備與路面的摩擦力，導(dǎo)致橫向力系數(shù)偏低，影響檢測結(jié)果。建設(shè)單位組織各單位對污染的路面及清洗后的路面分別進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果詳見表3。

經(jīng)過試驗對比分析，污染路面比清潔路面的橫向力系數(shù)偏低近12%。因此在路面橫向力系數(shù)檢測前應(yīng)對路面進(jìn)行深度清掃，采用鋼絲刷、高壓水等措施，同時要禁止施工車輛通行，避免再次污染。

3.3 檢測設(shè)備

按照相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求，路面橫向力系數(shù)采用橫向力系數(shù)檢測車測試，建設(shè)單位委托的第三方檢測單位、省廳執(zhí)法局委托的驗證性檢測單位、省交通科學(xué)研究院進(jìn)行的檢測單位分別采用了三臺不同的橫向力系數(shù)檢測車，但三臺設(shè)備檢測結(jié)果出入較大，不能作為有效的判定結(jié)論。為此，建設(shè)單位組織參建各方邀請權(quán)威專家分析論證，對橫向力系數(shù)檢測車實行統(tǒng)一標(biāo)定，在實際測試過程中，設(shè)備測試輪胎的材質(zhì)、老化程度、胎壓，接觸路面壓力，傳感器等均有影響。通過三家單位的對比檢測，檢測結(jié)果詳見表4。

通過對比分析檢測數(shù)據(jù)，建設(shè)單位委托的第三方檢測單位及省廳執(zhí)法局委托的驗證檢測單位測得的路面橫向力系數(shù)不滿足設(shè)計要求。通過對設(shè)備查驗后發(fā)現(xiàn)，建設(shè)單位委托的第三方檢測單位及省廳執(zhí)法局委托的驗證檢測單位用于該項目檢測的橫向力系數(shù)檢測車輪胎是2019年年初生產(chǎn)并銷售（生產(chǎn)廠商于2019年11月召回了年初生產(chǎn)的輪胎），省交通科學(xué)研究院用于該項目的檢測輪胎于2018年生產(chǎn)，可能導(dǎo)致檢測結(jié)果偏差較大。對此，建設(shè)單位再次組織各檢測單位采用與省交通科學(xué)研究院采購的相同批次輪胎重新檢測，省交通科學(xué)研究院使用第三方檢測單位的批次輪胎進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果詳見表5。

通過對比分析發(fā)現(xiàn)，橫向力系數(shù)檢測車輪胎對結(jié)果影響較大，輪胎生產(chǎn)廠家召回了部分輪胎，該批次的輪胎測試結(jié)果不能作為評定依據(jù)，應(yīng)該采用省交通科學(xué)研究院所使用的合格輪胎進(jìn)行檢測。

3.4 沖洗檢測用水

由于路面交叉施工導(dǎo)致的污染，施工單位在施工過程中采取清掃沖洗等措施，沖洗用水均采用道路沿線側(cè)抽取的地表水。項目所在區(qū)域氣候干燥，沖洗水蒸發(fā)速度較快，經(jīng)過多次的清掃沖洗，路面表面泛白（鹽堿），局部路段就像覆蓋有薄薄的積雪，手摸有明顯的一層薄膜。當(dāng)橫向力系數(shù)檢測車在路面行進(jìn)時，薄膜降低了測試輪胎與路面間的摩擦力。對此，建設(shè)單位分別采用地表水沖洗路面和自來水沖洗路面，兩者得到的橫向力系數(shù)見表6。

此外，為論證沖洗及測試用水間的差距，建設(shè)單位對地表水及自來水進(jìn)行送樣檢測，見表7。

通過對比試驗，地表水中含有較多的礦物質(zhì)，采用地表水沖洗路面后形成結(jié)晶體，檢測用地表水也影響檢測結(jié)果，這就是沖洗及檢測用水導(dǎo)致橫向力系數(shù)偏低的原因，在礦物含量高的地區(qū)進(jìn)行檢測時盡量采用自來水。經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，檢測用水量最大影響測試結(jié)果3%，根據(jù)以往經(jīng)驗，在測試用水量最大時，影響結(jié)果最小，該項目檢測時開關(guān)全部打開，故未對檢測用水量進(jìn)行對比分析。

3.5 檢測溫度

該項目的檢測時間是2019年11月下旬至12月上旬，已進(jìn)入冬季，氣溫較低，根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTGE60—2008）規(guī)定，橫向力系數(shù)SFC值的溫度修正測試系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場測試地面溫度范圍為（20±5）℃，系統(tǒng)測試要求地面溫度控制在8～60 ℃范圍內(nèi)，其他地面溫度條件下測試的橫向力系數(shù)SFC值必須通過表8轉(zhuǎn)換至標(biāo)準(zhǔn)溫度下的等效橫向力系數(shù)SFC值。通過調(diào)整檢測時間至下午13：00～16：00，由于瀝青路面吸熱，實測瀝青路面的溫度達(dá)到10 ℃以上，具備路面檢測條件。在測試過程中，橫向力系數(shù)檢測車根據(jù)現(xiàn)場溫度實時對檢測結(jié)果自動修正。只要在規(guī)范允許的檢測溫度范圍內(nèi)，可實施檢測。

4 結(jié)語

路面橫向力系數(shù)作為行車安全的重要指標(biāo)，在其檢測過程中，應(yīng)盡量減少或避免影響其準(zhǔn)確性的因素，確保得到準(zhǔn)確可靠的檢測數(shù)據(jù)，為高速公路交工驗收、行車安全提供可靠依據(jù)。該文結(jié)合巨單高速路面橫向摩擦力系數(shù)檢測實例，通過對不同影響因素的對比試驗，分析論證，影響該項目橫向力系數(shù)的主要因素為測試設(shè)備，然后是路面污染及沖洗、檢測用水。

參考文獻(xiàn)

[1]饒志勇， 陳少幸. 路面橫向力系數(shù)影響因素試驗分析[J]. 山西建筑， 2008（8）： 301-302.

[2]公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程： JTG E60—2008[S]. 北京：人民交通出版社股份有限公司， 2008.

[3]許成珩. 路面橫向力系數(shù)檢測常見問題探討[J]. 黑龍江交通科技， 2012（6）： 38+40.

[4] 公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)（第一冊 土建工程）： JTG F80/1—2017[S]. 北京：人民交通出版社股份有限公司， 2018.