基于分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)處理的路面抗滑性能影響因素分析

曾 誠(chéng)

（四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610041）

1 數(shù)據(jù)來(lái)源

文章數(shù)據(jù)來(lái)源于LTPP SPS-3 數(shù)據(jù)庫(kù)。長(zhǎng)期路面性能（LTPP）計(jì)劃是一項(xiàng)美國(guó)和加拿大用路面進(jìn)行了20年的研究。它的目標(biāo)是通過使用不同材料和在不同因素下（如降水、交通、溫度、路基土或養(yǎng)護(hù)措施）的各種路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)延長(zhǎng)路面的使用年限。LTPP計(jì)劃中的特定路面研究實(shí)驗(yàn)（SPS-3）是在1990年設(shè)計(jì)的，用來(lái)評(píng)估養(yǎng)護(hù)方案的有效性，并確定適用于柔性路面的經(jīng)濟(jì)有效的養(yǎng)護(hù)處理方法。它提供了大量的數(shù)據(jù)，可以用來(lái)分析養(yǎng)護(hù)對(duì)路面性能的有效性。在LTPP項(xiàng)目中，共有81個(gè)SPS-3站點(diǎn)分布在美國(guó)和加拿大。在這些站點(diǎn)中，有53個(gè)站點(diǎn)提供了摩擦監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)，除控制段外，在平均長(zhǎng)度為500英尺的路面段上，連續(xù)進(jìn)行四種養(yǎng)護(hù)處理（薄層罩面、稀漿封層、裂縫密封、碎石封層），因此，經(jīng)過養(yǎng)護(hù)處理的路面段與控制段具有相同的氣候和交通條件。為了考慮影響路面性能的主要設(shè)計(jì)因素，將LTPP試驗(yàn)場(chǎng)地具體分為11類，劃分類別的設(shè)計(jì)因素包括氣候（降水和溫度）、路面結(jié)構(gòu)（路基類型和現(xiàn)有路面狀況）和LTPP項(xiàng)目定義的交通荷載。

2 瀝青路面抗滑性能影響因素

在路面干燥的情況下，輪胎與路面之間接觸狀態(tài)最好，摩擦系數(shù)最高，抗滑性能也就最好。此時(shí)，光滑路面和粗糙路面的抗滑性能接近，摩擦系數(shù)差值很小。在路面潮濕的情況下，輪胎與路面之間不能直接接觸，會(huì)相隔一層水膜，破壞了應(yīng)有的黏附力，車輛會(huì)發(fā)生滑溜現(xiàn)象，瀝青路面的抗滑性能會(huì)顯著降低。路面溫度對(duì)瀝青路面的抗滑性能也有著很顯著的影響，當(dāng)溫度過高時(shí)，瀝青會(huì)發(fā)生軟化，路表顆粒會(huì)因車輛的作用而下陷，從而導(dǎo)致路面摩擦系數(shù)降低。在結(jié)冰路面，溫度在0 ℃附近時(shí)，路面會(huì)產(chǎn)生冰水混合物而導(dǎo)致路面摩擦系數(shù)有明顯的降低。

當(dāng)車輛在路面行駛時(shí)，輪胎胎面與胎面和路面的接觸位置產(chǎn)生相對(duì)位移。這將會(huì)造成路面骨料顆粒的磨損、脫離和下沉，粘合劑材料將會(huì)包裹骨料，減少了細(xì)構(gòu)造的暴露面積，從而影響了路面的抗滑性能。隨著交通量和交通荷載的不斷增加，粘合劑材料不斷地被帶到路表與輪胎接觸。這會(huì)導(dǎo)致輪胎的扭矩不斷增加，從而輪胎與路面的剪切力會(huì)不斷增大，而這種剪切力會(huì)導(dǎo)致路表的顆粒脫落或者下沉，從而改變了路面的宏觀構(gòu)造，降低了路面的抗滑性能。同時(shí)局部的摩擦?xí)ス饴访婀橇项w粒，從而改變路面的微觀構(gòu)造，減小了路面的摩擦系數(shù)，降低了路面的抗滑性能。

通過美國(guó)和加拿大用路面進(jìn)行了20年研究的LTPP SPS-3 數(shù)據(jù)庫(kù)，可以得知路面的年齡、路段所在地區(qū)的年平均降雨量、年平均凍結(jié)指數(shù)、年平均濕度、年平均溫度、交通荷載、年平均日交通量、年平均日貨車交通量、疲勞開裂程度都會(huì)對(duì)瀝青路面的抗滑性能產(chǎn)生影響。

3 瀝青路面抗滑性能影響因素分析

通過對(duì)瀝青路面抗滑性能影響因素的初步分析可以得知路面的年齡，路段所在地區(qū)的年平均降雨量、年平均凍結(jié)指數(shù)、年平均濕度、年平均溫度、交通荷載、年平均日交通量、年平均日貨車交通量、疲勞開裂程度都會(huì)對(duì)瀝青路面的抗滑性能產(chǎn)生影響?，F(xiàn)分別對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行單獨(dú)一元線性回歸分析，得到表1，表2如下：

表1 各項(xiàng)因素與摩擦系數(shù)的相關(guān)性

表2 各項(xiàng)因素與摩擦系數(shù)的相關(guān)性

從表中數(shù)據(jù)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1可以得出，這些因素與瀝青路面的抗滑性能都沒有單獨(dú)的相關(guān)性，可能是所使用數(shù)據(jù)的量級(jí)不夠而導(dǎo)致的。為了探究這些因素對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響應(yīng)將它們與瀝青路面的抗滑性能進(jìn)行多元回歸分析。

4 瀝青路面抗滑影響因素模型的建立

根據(jù)上文可知，瀝青路面的抗滑性能受多種因素的影響，但根據(jù)各因素對(duì)瀝青路面抗滑性能的各自的相關(guān)性可知，它們與瀝青路面的抗滑性能均無(wú)單獨(dú)強(qiáng)烈的相關(guān)性，但路面的抗滑性能又確實(shí)受這些因素的影響。因此對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響因素進(jìn)行多元線性回歸分析，并會(huì)建立相關(guān)模型。

4.1 模型的建立

影響路面抗滑性能的影響因素有很多，現(xiàn)根據(jù)LTPP SPS-3 數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)，選取13個(gè)因素，分別為路面初始摩擦系數(shù)（X1）、路表處治方法（X2）、路面年齡（X3）、地區(qū)年平均降雨量（X4）、地區(qū)年平均溫度（X5）、地區(qū)年平均凍結(jié)指數(shù)（X6）、地區(qū)年平均濕度（X7）、年平均日交通量AADT（X8）、年平均日貨車交通量AADTT（X9）、交通荷載（X10）、疲勞開裂面積（X11）、車轍深度（X12）、路面平整度（X13）。初步建立模型方程：

4.2 回歸方法的確定和思路

根據(jù)相關(guān)資料可知，選取的13個(gè)因素之間會(huì)有因素兩兩之間互相影響。比如說(shuō)，地區(qū)年平均降雨量與地區(qū)年平均濕度很明顯就會(huì)有影響，地區(qū)的年平均溫度對(duì)地區(qū)年平均凍結(jié)指數(shù)也會(huì)產(chǎn)生影響，地區(qū)的年平均日交通量、年平均日貨車交通量、交通荷載會(huì)對(duì)疲勞開裂面積、車轍深度、路面平整度均會(huì)產(chǎn)生影響。為了消除這些共線性對(duì)回歸模型的影響，本文將采用逐步回歸的方法來(lái)對(duì)瀝青路面的抗滑性能影響因素進(jìn)行多元回歸分析。

逐步回歸分析方法的基本思路是在建立多元線性回歸方程的時(shí)候，會(huì)逐步進(jìn)行相關(guān)因子的挑選，即每運(yùn)行一步進(jìn)行一個(gè)因子的挑選。第一步要計(jì)算所有因子的方差貢獻(xiàn)，選用還沒有引進(jìn)的因子中方差最大的因子在給定的置信度下進(jìn)行F檢驗(yàn)（即引進(jìn)檢驗(yàn)）。如果這個(gè)因子能通過F檢驗(yàn)，則引進(jìn)這個(gè)因子；如果這個(gè)因子沒有通過F檢驗(yàn)，則不引進(jìn)這個(gè)因子。在引進(jìn)兩個(gè)因子之后，計(jì)算剩下的m-2個(gè)因子的方差貢獻(xiàn)，選用其中方差最小的因子在給定的置信度下進(jìn)行F檢驗(yàn)（即剔除檢驗(yàn)）。如果這個(gè)因子通過了這個(gè)剔除檢驗(yàn)，則該因子會(huì)被剔除。當(dāng)回歸方程不能再引進(jìn)或者剔除新的因子的時(shí)候，逐步回歸也就結(jié)束了。

4.3 SPSS軟件分析結(jié)果

經(jīng)過上述操作之后，SPSS軟件會(huì)自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并輸出結(jié)果。此次分析共得到9個(gè)模型，選取因變量Y與選擇使用的9個(gè)因變量（X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9）之間的相關(guān)關(guān)系最好的模型，起調(diào)整后的值為R2=0.553。

用F函數(shù)對(duì)最佳模型建立的多元線性回歸方程進(jìn)行擬合優(yōu)度檢驗(yàn)如下表3，可以得到顯著性檢驗(yàn)值F=111.824?；貧w和殘差的自由度為9和1408。在給定顯著性水平α=0.01的前提下查F（f1，f2）檢驗(yàn)表得知F（9，1408）=2.41＜111.824=F，且在F=111.824時(shí)，相伴概率p=0.000＜0.01。這些可以說(shuō)明此線性回歸分析顯著，在統(tǒng)計(jì)學(xué)上有意義，表明路面的抗滑性能與這些選定的因素有顯著的線性關(guān)系。

表3 模型擬合優(yōu)度檢驗(yàn)表

模型的回歸系數(shù)如下表4所示。該模型的常數(shù)C=20.555，回歸系數(shù)為β1=0.582、β2=-0.820、β3=-0.164、β4=-0.004、β7=0.140、β8=0.001、β9=-0.003、β12=-0.102、β13=-0.826。經(jīng)過t檢驗(yàn)，X7的回歸系數(shù)的相伴概率為p=0.001＜0.05，的回歸系數(shù)的相伴概率p=0.039＜0.05，X12的回歸系數(shù)的相伴概率p=0.008＜0.05；其他項(xiàng)的回歸系數(shù)的相伴概率都為p=0.000＜0.05，則可以判斷，該模型通過了顯著性t檢驗(yàn)，表明回歸系數(shù)在統(tǒng)計(jì)學(xué)上有意義。

表4 回歸系數(shù)

4.4 模型確定與分析

經(jīng)過上述研究分析后，可以確定最終的模型公式為：

式中：Y—路面摩擦系數(shù)

X1—路面初始摩擦系數(shù)

X2—路面處治方法

X3—路面年齡（年）

X4—地區(qū)年平均降雨量（mm）

X7—地區(qū)年平均濕度（%）

X8—AADT（輛/日）

X9—AADTT（輛/日）

X12—車轍深度（mm）

X13—路面平整度（m/km）

式中所采用的路面抗滑性能的影響因素可以被判定為對(duì)瀝青路面抗滑性能影響最顯著的因素，當(dāng)路面年齡、年平均交通量比較大時(shí)，路面的累計(jì)交通量和受到的損害程度會(huì)隨之增大，但不同路面處治方法對(duì)減小路面受損的程度不同。而且路面的車轍深度和平整度會(huì)受到累計(jì)交通量的增大而變化，當(dāng)路面出現(xiàn)車轍和平整度降低時(shí)，路面上都會(huì)出現(xiàn)凹槽，在降雨量和濕度較大的地區(qū)凹槽會(huì)產(chǎn)生積水現(xiàn)象，通過的車輛會(huì)發(fā)生漂滑現(xiàn)象，路面的抗滑性能會(huì)降低。

5 結(jié)語(yǔ)

瀝青路面的抗滑性能會(huì)受到養(yǎng)護(hù)處治方法、路面的年齡、路段所在地區(qū)的年平均降雨量、年平均凍結(jié)指數(shù)、年平均濕度、年平均溫度、交通荷載、年平均日交通量（AADT）、年平均日貨車交通量（AADTT）、疲勞開裂程度、車轍深度、路面平整度的影響。由于本文的數(shù)據(jù)來(lái)源為L(zhǎng)TPP SPS-3數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)在統(tǒng)計(jì)時(shí)選用的路段較多，且路面的養(yǎng)護(hù)方法、所處環(huán)境、交通因素各不相同，則對(duì)單項(xiàng)影響因素進(jìn)行分析時(shí)無(wú)法排除外在因素的影響，從而導(dǎo)致瀝青路面抗滑性能與各影響因素的相關(guān)性不高。文章對(duì)瀝青路面抗滑性能進(jìn)行多元回歸分析時(shí)采用的是逐步分析法，則可以分析出路面的養(yǎng)護(hù)處理方法、路面的年齡、路段所在地區(qū)的年平均降雨量、年平均濕度、年平均日交通量（AADT）、年平均日貨車交通量（AADTT）、車轍深度和路面平整度對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響更為顯著。而且這個(gè)方法的建模過程簡(jiǎn)單方便、輸出結(jié)果比較直觀、精確度比較高，可以大幅度減少計(jì)算時(shí)間。文章建立了瀝青路面抗滑性能與多種影響因素的多元回歸方程，當(dāng)樣本更加充足而且典型性和代表性更加強(qiáng)烈時(shí)，可以得到更加精確的結(jié)果。