橫向力系數(shù)測試儀在低等級公路中的應用

王國忠

(山西省交通建設工程質量檢測中心(有限公司),山西 太原 030032)

《公路瀝青路面設計規(guī)范》(JTG D50-2017)[1]規(guī)定山嶺重丘區(qū)二級及三級公路在路面交工驗收時需檢測抗滑性能指標,但《公路技術狀況評定標準》(JTG 5210-2018)[2]中對二級及以下公路抗滑性能沒有檢測要求,導致目前低等級公路運營過程中對抗滑性能重視不夠。近些年來因抗滑性不足引起的交通事故頻發(fā),越來越多的管養(yǎng)單位開始重視低等級公路的抗滑指標衰減,橫向力系數(shù)測試儀作為檢測、評價抗滑性能的重要設備,研究其在低等級公路中的應用有著重要的意義。

1 使用的儀器設備

表征瀝青路面抗滑性能的指標主要有構造深度和摩擦系數(shù)兩種,目前使用較為廣泛的為雙輪式橫向力系數(shù)測試系統(tǒng),該設備可充分模擬下雨天最不利條件下路面行車的安全狀況[3-4],可以有效反映路面的抗滑能力,在路面施工質量控制、交竣工驗收檢測、運營公路檢測及評價中發(fā)揮著不可替代的作用。

雖然橫向力系數(shù)測試系統(tǒng)在國內(nèi)得到廣泛的應用,但在低等級公路中的應用實踐較少[5]。實際使用過程中受公路等級、測試方向、橫向測試位置影響較大[6],輪跡帶橫向力系數(shù)與橫斷面其余部位有著明顯的區(qū)別。隨著車轍深度的增加,車輛橫向力分布更加集中[7],測試過程中難以使測試輪始終處于輪跡帶,導致檢測結果與實際產(chǎn)生較大的偏差,為能夠客觀反映路面實際抗滑性能,研究在低等級公路抗滑性能檢測中采用MK6雙輪式測試系統(tǒng)有著重要的意義。

雙輪式橫向力系數(shù)測試儀每5 m采集一點,輸出結果為Mu-meter測值,通過換算關系得到橫向力系數(shù)SFC=82.54×Mu-meter值+5.85。

2 試驗方法

分別選取通車年限分別為2、3、5、7年的4車道低等級公路各一條(分別為三井互通連接線、G339小算溝至馬坊段公路、G209嵐縣至方山段公路、喂馬至平松段連接線),都選取典型路段長度300 m,實測各車道車轍深度,將行車方向靠近中分帶的車道定義為超車道,外側車道定義為行車道,統(tǒng)計有效寬度、有效寬度位置。有效寬度定義為橫向特定區(qū)間車輛通過的頻率達到某一數(shù)值,通過國內(nèi)外文獻檢索分析,選擇車輛經(jīng)過頻率為70%的特定區(qū)間[8],將標線內(nèi)側定義為刻度0點;有效寬度位置定義為有效寬度左側距離刻度0點的距離。

選取典型斷面在車道全斷面上噴涂刻度標識車輛通過的位置,車輛輪胎外側通過刻度的位置定義為通過位置(橫向位置),超車道、行車道分別從0刻度噴涂,刻度間隔為5 cm,噴涂時刻度板對準標線內(nèi)側,分別用兩臺攝像機記錄車輛通過位置及車輛全貌。

采用三米直尺每隔10 m現(xiàn)場實測標記斷面前后100 m的車轍深度,取其平均值作為車轍深度的代表值。在室內(nèi)人工回放車輛攝像記錄,統(tǒng)計分析車輛通過位置并計算有效寬度及有效寬度位置。

根據(jù)確定的有效寬度及位置,每間隔10 cm實測橫向力系數(shù),試驗區(qū)間為有效寬度區(qū)間及左右各20 cm,左側測試輪橫向位置對齊,檢測起點為所選段落前100 m,檢測車輛靜止于起點,左側測試輪對齊起點,待聽到開始口令后牽引車啟動,在100 m范圍內(nèi)提速至50 km/h,保持車速直至檢測段落結束,為了保證檢測數(shù)據(jù)的有效性,到達終點后多行走50 m左右。

3 試驗結果及數(shù)據(jù)分析

通過現(xiàn)場實測車轍深度并統(tǒng)計有效寬度,相關數(shù)據(jù)見表1,超車道、行車道橫向分布頻率見圖1、圖2。

圖1 低等級公路超車道車輛橫向分布頻率

圖2 低等級公路行車道車輛橫向分布頻率

表1 低等級公路車轍深度與有效寬度

由圖3～圖6可知,隨著通車年限的增加,低等級公路車轍呈增加趨勢,超車道車轍深度變化較行車道增加幅度較少;隨著車轍深度的增加,超車道、行車道有效寬度明顯減小,超車道有效寬度減小24.0%,行車道有效寬度減小37.8%,說明隨著渠化交通,行車更加集中;隨著車轍深度的增加超車道有效寬度位置有明顯的變化,為避免行人穿越中分帶,車輛靠右行駛,超車道有效寬度位置右移;在右側復雜交通的影響下行車道有效寬度位置明顯左移。

圖3 低等級公路車轍深度與通車年限關系

圖4 低等級公路車道有效寬度與車轍深度的關系

圖5 低等級公路車道有效寬度位置與車轍深度的關系

雙輪式橫向力系數(shù)測試儀因無法同時采集兩條輪跡帶數(shù)據(jù),所以對于不同通車年限的公路如何合理選擇測試位置至關重要,在數(shù)據(jù)處理時選取100～400 m范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)作為有效數(shù)據(jù),計算該路段代表值,每段各測5次,將第2、3、4次代表值的平均值作為該段路的橫向力系數(shù),試驗結果見表2、表3。

表2 低等級公路超車道MK6系統(tǒng)檢測結果

表3 低等級公路行車道MK6系統(tǒng)檢測結果比較

由此可知,MK6雙輪式橫向力系數(shù)測試儀在對低等級公路進行抗滑性能檢測時,測試輪位置與檢測結果有著很大的關系,當測試輪處于有效寬度區(qū)間內(nèi)10 cm時,檢測結果變異性較小,表4給出低等級公路測試過程中超車道、行車道典型測試位置及有效寬度的數(shù)據(jù)。

表4 低等級公路典型測試位置及車道有效寬度

4 結 論

(1)隨著車轍深度的增加車道有效寬度減小,超車道有效寬度減小24.0%,行車道有效寬度減小37.8%。

(2)隨著車轍深度的增加超車道有效寬度位置有明顯的變化,為避免行人穿越中分帶,車輛靠右行駛,超車道有效寬度位置右移;在右側復雜交通的影響下行車道有效寬度位置明顯左移。

(3)MK6雙輪式橫向力系數(shù)測試儀在進行抗滑性能檢測時,測試輪位置與檢測結果有著很大的關系,當測試輪位置處于車道有效寬度區(qū)間內(nèi)10 cm時,檢測結果變異性較小。