王國忠

(山西省交通科學(xué)研究院黃土地區(qū)公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　太原　030006)

MS-2型微表處在路面抗滑性能處治中的適用性研究*

王國忠

(山西省交通科學(xué)研究院黃土地區(qū)公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室太原030006)

摘要為深入研究微表處路面構(gòu)造與級(jí)配及瀝青含量的關(guān)系，選取抗滑性能指數(shù)不足的代表性路段6處，在路面采取微表處處治前后，現(xiàn)場分別實(shí)測路面構(gòu)造深度和抗滑性能指數(shù)，研究微表處在路面抗滑性能不足處治中的適用性。得出構(gòu)造深度與集料級(jí)配和瀝青含量有很好的相關(guān)性；構(gòu)造深度與抗滑性能指數(shù)沒有明顯的關(guān)系；微表處只能暫時(shí)提高路面的抗滑性能，不能起到長效作用。

關(guān)鍵詞MS-2型微表處抗滑性能構(gòu)造深度(TD)衰變規(guī)律

1　工程背景

路面抗滑性能指數(shù)是影響車輛行車安全性的一個(gè)重要指標(biāo)，尤其是在重載交通、雨量較大的地區(qū)，抗滑性能指數(shù)不足極易引發(fā)交通事故[1-2]。構(gòu)造深度作為影響路面抗滑性能的一個(gè)重要指標(biāo)，瀝青路面宏觀構(gòu)造深度(MPD)[3]會(huì)受到瀝青混合料級(jí)配的影響，不同級(jí)配的瀝青混合料表面紋理差異較大，當(dāng)級(jí)配曲線遠(yuǎn)離最大密度線時(shí)，礦料間隙率(VMA)增加，從而形成更高的紋理粗糙度[4]。目前從設(shè)計(jì)和施工階段來分析路面構(gòu)造深度與瀝青混合料級(jí)配和瀝青含量關(guān)系的研究已有不少，比如針對Superpave瀝青混合料[5]、AC-13瀝青混合料，但是針對微表處路面構(gòu)造深度與級(jí)配及瀝青含量關(guān)系的研究較少，所以通過深入研究對解決上述問題有著重要的意義[6]。

山西省某條高速公路于2011年12月建成通車，為雙向4車道，是晉煤外運(yùn)的主要通道，途經(jīng)山西特殊的黃土地區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，沿途存在局部小氣候條件，陰雨天氣能見度極低，加之出省方向?yàn)樘胤N交通方向，交通組成復(fù)雜，交通量大，隨著軸載作用次數(shù)的增加，路面局部路段出現(xiàn)嚴(yán)重的磨耗，給行車帶來極大的安全隱患。為了防止由于路面抗滑性能不足而引起的交通事故，有必要針對路面抗滑性能不足的問題，提出切實(shí)可行的處治方案。

2　檢測方案

根據(jù)對該條高速公路近些年來的跟蹤觀測，發(fā)現(xiàn)局部路面由于車輛軸載作用次數(shù)的增加，路面出現(xiàn)較為嚴(yán)重的磨損，給雨天行車安全帶來一定的影響。為了防止由于路面抗滑性能不足引發(fā)的交通事故，管養(yǎng)部門對全線抗滑性指數(shù)進(jìn)行了深入的調(diào)查。

本次調(diào)查指標(biāo)為路面抗滑性能指數(shù)(SFC)和路面構(gòu)造深度(TD)，調(diào)查方式采用快速檢測設(shè)備，避免了使用擺式儀對路面抗滑性能檢測過程中速度慢、安全性差的弱點(diǎn)。選取路面抗滑性能指數(shù)較差的6個(gè)路段A，B，C，D，E，F(xiàn)，G進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，每段長度為1km，檢測評(píng)價(jià)結(jié)果見表1。

表1　路面抗滑性能指數(shù)與構(gòu)造深度檢測結(jié)果

我國現(xiàn)有規(guī)范對路面構(gòu)造深度沒有給出評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，只在設(shè)計(jì)階段給出控制標(biāo)準(zhǔn)，本條路構(gòu)造深度設(shè)計(jì)值為0.50mm，根據(jù)路面構(gòu)造深度設(shè)計(jì)值與檢測結(jié)果，可知C，E，F(xiàn)段構(gòu)造深度仍滿足要求，但路面抗滑性能指數(shù)只有29，30，23，評(píng)定結(jié)果為“差”，嚴(yán)重影響路面行車的安全性，所以有必要對上述路段抗滑性能不足進(jìn)行處治。

3　MS-2型微表處在路面抗滑處治中的應(yīng)用

通過經(jīng)濟(jì)效益分析，針對上述路面抗滑性能不足的情況，選用MS-2型微表處進(jìn)行抗滑性能處治，不同路段根據(jù)其抗滑性能狀況選擇不同級(jí)配和瀝青含量的瀝青混合料。使用MATLAB和多元非線性模型研究MS-2型微表處級(jí)配與構(gòu)造深度的關(guān)系；在實(shí)施微表處處治后跟蹤檢測構(gòu)造深度和抗滑性能指數(shù)，分析微表處在路面抗滑處治中的適用性。

3.1Matlab多元非線性回歸模型

MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink2大部分[7]。能夠?qū)o定的數(shù)據(jù)矩陣按照實(shí)際函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，通過分析路面構(gòu)造深度與MS-2型微表處級(jí)配及瀝青含量的關(guān)系，運(yùn)用多元非線性回歸模型擬合出MS-2型微表處路面構(gòu)造深度的預(yù)測方程。

3.2MS-2型微表處級(jí)配與瀝青含量的選擇

根據(jù)實(shí)際需求調(diào)配出6種不同級(jí)配類型的瀝青混合料，分別用于不同的路段，見表2，路面平均構(gòu)造深度實(shí)測值見表3。

表2　MS-2型微表處混合料級(jí)配

表3　孔隙率和平均構(gòu)造深度實(shí)測值

通過多元非線性回歸模型建立各篩孔通過率與離開最大密度線的加權(quán)平均值，公式如下。

式中：E為距離最大密度線的加權(quán)平均值；SivS為篩孔直徑；maxAgg為集料最大粒徑；%pass為各篩孔通過率。

通過多元非線性回歸模型建立路面平均構(gòu)造深度與距離最大密度線的加權(quán)平均值、瀝青含量的關(guān)系如下：

式中：TD為路面構(gòu)造深度；Pb為瀝青含量。

利用上述回歸模型對各標(biāo)段的構(gòu)造深度進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果見表4和圖1。

表4　各標(biāo)構(gòu)造深度預(yù)測值

圖1　構(gòu)造深度實(shí)測值與預(yù)測值關(guān)系

由圖1可見，MS-2型微表處瀝青混合料構(gòu)造深度實(shí)測值與預(yù)測值回歸系數(shù)接近1，通過集料級(jí)配和瀝青含量可以有效預(yù)測MS-2型微表處瀝青路面的構(gòu)造深度，從而為瀝青混合料構(gòu)造深度的調(diào)整提供技術(shù)支持。

在采取微表處路段實(shí)測路面抗滑性能指數(shù)和構(gòu)造深度結(jié)果見表5，根據(jù)檢測結(jié)果可以得出，實(shí)施微表處前后路面構(gòu)造深度基本沒有變化，但路面抗滑性能指數(shù)有了有效的提高，實(shí)施微表處后的路面抗滑性能指數(shù)達(dá)到實(shí)施微表處前的2.1倍。

表5　微表處前后路面抗滑性能指數(shù)與構(gòu)造深度檢測結(jié)果

為了進(jìn)一步分析研究微表處在使用過程中對路面抗滑性能的貢獻(xiàn)，對上述路段通車0.5年、1年后分別檢測路面抗滑性能指數(shù)和構(gòu)造深度，結(jié)果見表6、圖2、圖3。

表6　微表處后路面抗滑性能指數(shù)與構(gòu)造深度跟蹤檢測結(jié)果

圖2　MS-2型微表處構(gòu)造深度衰變圖形

圖3　MS-2型微表處抗滑性能指數(shù)衰變圖形

由表6、圖2、圖3分析可見，在路面抗滑性能不足的路段采用MS-2微表處處治后，路面構(gòu)造深度沒有太大的變化，隨著時(shí)間的推移，C，D，F(xiàn)段路面構(gòu)造深度有所提高，分析得知，隨著交通軸載作用次數(shù)的增加，在輪跡帶附近集料出現(xiàn)輕微脫落，檢測過程中由于松散顆粒的存在，使得路面構(gòu)造深度有所提高。

路面抗滑性能指數(shù)在使用半年后急劇下降，半年之內(nèi)下降8.5%，半年到1年內(nèi)下降20.4%，所以使用微表處只能暫時(shí)緩解路面抗滑不足，從長遠(yuǎn)角度需考慮其他處治措施或針對路面抗滑不足開發(fā)新型材料。

4　結(jié)論

(1) 路面構(gòu)造深度滿足要求的情況下，路面抗滑性能指數(shù)可能嚴(yán)重不足，建議管理、決策部門采用橫向力系數(shù)作為路面抗滑性能評(píng)價(jià)的依據(jù)。

(2) 使用多元非線性模型可以有效預(yù)測MS-2型微表處的路面抗滑構(gòu)造深度，從而指導(dǎo)工程實(shí)踐。

(3) 實(shí)施微表處后路面抗滑性能指數(shù)達(dá)到實(shí)施微表處前的2.1倍，構(gòu)造深度變化不大，車輛荷載作用會(huì)導(dǎo)致輪跡帶集料剝落，使用快速檢測設(shè)備對構(gòu)造深度檢測過程中會(huì)出現(xiàn)構(gòu)造深度增加的現(xiàn)象。

(4) 微表處只能暫時(shí)提高路面的抗滑性能，但不能起到長效作用，在通車半年時(shí)間內(nèi)抗滑性能指數(shù)下降8.5% ，半年至1年內(nèi)下降20.4%，建議針對路面抗滑處治開發(fā)新的材料。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2015-04-28

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.015

*山西省交通建設(shè)科技項(xiàng)目(2015-01-22)資助