橫向力系數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范》(JTG D50-2017)[1]規定山嶺重丘區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,越來越多的管養單位開始重視低等級公路的抗滑指標衰減,橫向力系數測試儀作為檢測、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兩種,目前使用較為廣泛的為雙輪式橫向力系數測試系統,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揮著不可替代的作用。

雖然橫向力系數測試系統在國內得到廣泛的應用,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],輪跡帶橫向力系數與橫斷面其余部位有著明顯的區別。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雙輪式測試系統有著重要的意義。

雙輪式橫向力系數測試儀每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,統計有效寬度、有效寬度位置。有效寬度定義為橫向特定區間車輛通過的頻率達到某一數值,通過國內外文獻檢索分析,選擇車輛經過頻率為70%的特定區間[8],將標線內側定義為刻度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。在室內人工回放車輛攝像記錄,統計分析車輛通過位置并計算有效寬度及有效寬度位置。

根據確定的有效寬度及位置,每間隔10 cm實測橫向力系數,試驗區間為有效寬度區間及左右各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,為了保證檢測數據的有效性,到達終點后多行走50 m左右。

3 試驗結果及數據分析

通過現場實測車轍深度并統計有效寬度,相關數據見表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

雙輪式橫向力系數測試儀因無法同時采集兩條輪跡帶數據,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,在數據處理時選取100～400 m范圍內的數據作為有效數據,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,試驗結果見表2、表3。

表2 低等級公路超車道MK6系統檢測結果

表3 低等級公路行車道MK6系統檢測結果比較

由此可知,MK6雙輪式橫向力系數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間內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據。

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間內10 cm時,檢測結果變異性較小。