MK6雙輪式橫向力系數(shù)測(cè)試儀在高速公路檢測(cè)中的應(yīng)用研究

王國(guó)忠

(山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心(有限公司) 太原市 030006)

※基金項(xiàng)目：山西省交通廳科技項(xiàng)目(2017-1-18)

1 概況

隨著我國(guó)公路通車(chē)?yán)锍滩粩嘣黾?，路網(wǎng)運(yùn)營(yíng)能力不斷提升，我國(guó)公路建設(shè)從設(shè)計(jì)、施工、管理、運(yùn)營(yíng)等多方面均得到長(zhǎng)足發(fā)展，公路作為人、物等運(yùn)輸承載體因路面抗滑不足而引發(fā)的交通事故也倍增，整個(gè)社會(huì)對(duì)安全的關(guān)注達(dá)到了空前。

表征瀝青路面抗滑性能的指標(biāo)主要有構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)兩種[1-2]，構(gòu)造深度的檢測(cè)主要采用鋪砂法、激光法兩種方法，摩擦系數(shù)的檢測(cè)有擺式儀、單輪式橫向力系數(shù)測(cè)試儀、雙輪式橫向力系數(shù)測(cè)試儀以及動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)式摩擦系數(shù)測(cè)試儀4種[1,3]，國(guó)內(nèi)使用最多的橫向力系數(shù)測(cè)試系統(tǒng)為雙輪式橫向力系數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，橫向力系數(shù)測(cè)試系統(tǒng)能夠充分模擬下雨天最不利條件下路面行車(chē)的安全性[4-5]，可以有效反應(yīng)路面的抗滑能力，在路面施工過(guò)程控制、交竣工驗(yàn)收、運(yùn)營(yíng)公路檢測(cè)評(píng)價(jià)中發(fā)揮著不可替代的作用。

雖然橫向力系數(shù)測(cè)試系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用，但是其測(cè)試方法及檢測(cè)條件并沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》雙輪式橫向力系數(shù)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)定路面摩擦系數(shù)試驗(yàn)方法中，規(guī)定其檢測(cè)適用于新建、改建路面工程的質(zhì)量驗(yàn)收和無(wú)嚴(yán)重坑槽、車(chē)轍等病害的正常行車(chē)條件下測(cè)定瀝青路面或水泥路面的摩擦系數(shù)[1]。但對(duì)于運(yùn)營(yíng)階段的公路，等級(jí)不同、方向不同、車(chē)道不同橫向力系數(shù)差異較大[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，高速公路隨著車(chē)轍深度的增加，車(chē)輛橫向分布更加集中[7]，采用Mu-Meter系統(tǒng)對(duì)路面橫向力系數(shù)檢測(cè)過(guò)程中，保持測(cè)試輪處于輪跡帶有一定的難度，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際路面摩擦系數(shù)區(qū)別較大，為能夠客觀反映路面實(shí)際橫向力系數(shù)，研究采用MK6雙輪式測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)營(yíng)公路抗滑性能檢測(cè)方法有著重要的意義。

2 檢測(cè)設(shè)備介紹

橫向力系數(shù)采用雙輪式橫向力系數(shù)測(cè)試儀逐車(chē)道連續(xù)檢測(cè)，輸出結(jié)果為Mu-meter測(cè)值，每5m采集一點(diǎn)，SFC按換算關(guān)系得到。測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖1。

圖1 MK6雙輪式橫向力系數(shù)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

3 車(chē)輛橫向力分布測(cè)試

選取通車(chē)年限分別為2年、3年、5年、7年的4車(chē)道高速公路各一條，每條選取典型路段長(zhǎng)度300m，實(shí)測(cè)各車(chē)道車(chē)轍深度，將行車(chē)方向靠近中央分隔帶的車(chē)道定義為超車(chē)道，外側(cè)車(chē)道定義為行車(chē)道，統(tǒng)計(jì)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(chē)輛通過(guò)的頻率達(dá)到某一數(shù)值，通過(guò)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)檢索分析，選擇車(chē)輛經(jīng)過(guò)頻率為70%的特定區(qū)間，將標(biāo)線內(nèi)側(cè)定義為刻度0點(diǎn)；有效寬度位置定義為有效寬度左側(cè)距離刻度0點(diǎn)的距離。

選取典型斷面在車(chē)道全斷面上噴涂刻度標(biāo)識(shí)車(chē)輛通過(guò)的位置，車(chē)輛輪胎外側(cè)通過(guò)刻度的位置定義為通過(guò)位置(橫向位置)，超車(chē)道、行車(chē)道分別從0刻度噴涂，刻度間隔為5cm，噴涂時(shí)刻度板對(duì)準(zhǔn)標(biāo)線內(nèi)側(cè)，分別用2臺(tái)攝像機(jī)記錄車(chē)輛通過(guò)位置及車(chē)輛全貌，噴涂后的路面見(jiàn)圖2。

圖2 噴涂刻度后的路面

采用三米直尺每隔10m現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)噴涂刻度斷面前后100m的車(chē)轍深度，取其平均值作為車(chē)轍深度的代表值。在室內(nèi)人工回放車(chē)輛攝像記錄，統(tǒng)計(jì)分析車(chē)輛通過(guò)位置，超車(chē)道、行車(chē)道車(chē)輛橫向分布見(jiàn)圖3、圖4。計(jì)算有效寬度及有效寬度位置，結(jié)果見(jiàn)表1。

圖3 超車(chē)道車(chē)輛橫向分布頻率圖

圖4 行車(chē)道車(chē)輛橫向分布頻率圖

表1 車(chē)轍深度與有效寬度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

通過(guò)分析可以得知，隨著通車(chē)年限的增加，高速公路車(chē)轍呈增加趨勢(shì)，超車(chē)道車(chē)轍深度變化不大，行車(chē)道車(chē)轍明顯增大，見(jiàn)圖5；隨著車(chē)轍深度的增加有效區(qū)間減小，見(jiàn)圖6，說(shuō)明隨著渠化交通，車(chē)輛行車(chē)更加集中，超車(chē)道有效寬度變化不大，通車(chē)2年與通車(chē)7年的最大差別為9.6%，行車(chē)道有效寬度明顯減小，減小幅度達(dá)到44.3%；隨著車(chē)轍深度的增加超車(chē)道有效寬度位置沒(méi)有明顯的變化，但是行車(chē)道有效區(qū)間位置明顯右移，見(jiàn)圖7，說(shuō)明行車(chē)道渠化交通使得車(chē)輛靠右行駛，硬路肩的存在為車(chē)輛行車(chē)安全提供更可靠的保障。

圖5 車(chē)轍深度與通車(chē)年限關(guān)系

圖6 有效寬度與車(chē)轍深度的關(guān)系

圖7 有效寬度位置與車(chē)轍深度的關(guān)系

4 橫向力系數(shù)檢測(cè)結(jié)果

由上述分析可以得知，隨著車(chē)轍深度增加，渠化交通更加明顯，有效寬度位置及有效寬度均在變化，MK6雙輪式橫向力系數(shù)測(cè)試儀由于雙后輪間距較窄，無(wú)法同時(shí)采集2條輪跡帶數(shù)據(jù)，只能通過(guò)選取代表性的橫向區(qū)間確定橫向力系數(shù)，所以對(duì)于不同通車(chē)年限的公路如何合理選擇測(cè)試位置至關(guān)重要，根據(jù)上述確定的有效寬度及位置，采用MK6系統(tǒng)橫向每間隔10cm實(shí)測(cè)橫向力系數(shù)，橫向檢測(cè)區(qū)間為有效寬度區(qū)間及左右各20cm，左測(cè)試輪與橫向位置對(duì)齊，檢測(cè)起點(diǎn)為所選段落前100m，測(cè)試輪與起點(diǎn)對(duì)齊，檢測(cè)車(chē)輛靜止，待聽(tīng)到開(kāi)始口令后牽引車(chē)啟動(dòng)，在100m范圍內(nèi)提速至50km/h，車(chē)輛勻速前進(jìn)，為了保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的有效性，到達(dá)終點(diǎn)后多檢測(cè)50m左右，在數(shù)據(jù)處理時(shí)選取100～400m范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)作為有效數(shù)據(jù)，計(jì)算該路段代表值，各測(cè)5次，將第3、第4、第5次代表值的平均值作為該段路的橫向力系數(shù)，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

表2 超車(chē)道橫向力系數(shù)檢測(cè)結(jié)果

表3 行車(chē)道橫向力系數(shù)檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)分析可以得知，MK6雙輪式橫向力系數(shù)測(cè)試儀在進(jìn)行抗滑性能檢測(cè)時(shí)，測(cè)試輪位置與檢測(cè)結(jié)果有著很大的關(guān)系，當(dāng)測(cè)試輪位置處于有效寬度區(qū)間內(nèi)10cm時(shí)，檢測(cè)結(jié)果變異性較小，通車(chē)7年以上的高速公路行車(chē)道抗滑性能檢測(cè)時(shí)需慎重選擇測(cè)試設(shè)備。表4為高速公路測(cè)試過(guò)程中超車(chē)道、行車(chē)道典型測(cè)試位置及有效測(cè)試寬度。

表4 典型測(cè)試位置及有效測(cè)試寬度

5 結(jié)論

選擇不同通車(chē)年限的高速公路，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)超車(chē)道、行車(chē)道車(chē)轍深度，并統(tǒng)計(jì)不同通車(chē)年限、不同車(chē)道的有效寬度及有效寬度位置，分析有效寬度、有效寬度位置隨車(chē)轍的變化，實(shí)測(cè)橫向不同位置的橫向力系數(shù)，分析橫向力系數(shù)與有效寬度的關(guān)系，得出如下結(jié)論：

(1)隨著通車(chē)年限的增加，高速公路車(chē)轍呈增加趨勢(shì)，超車(chē)道車(chē)轍深度變化不大，行車(chē)道車(chē)轍明顯增大。

(2)隨著車(chē)轍深度的增加有效區(qū)間減小，說(shuō)明隨著渠化交通，車(chē)輛行車(chē)更加集中，超車(chē)道有效寬度變化不大，通車(chē)2年與通車(chē)7年的最大差別為9.6%，行車(chē)道有效寬度明顯減小，減小幅度達(dá)到44.3%。

(3)隨著車(chē)轍深度的增加超車(chē)道有效寬度位置沒(méi)有明顯的變化，但是行車(chē)道有效區(qū)間位置明顯右移。

(4)MK6雙輪式橫向力系數(shù)測(cè)試儀在進(jìn)行抗滑性能檢測(cè)時(shí)，測(cè)試輪位置與檢測(cè)結(jié)果有著很大的關(guān)系，當(dāng)測(cè)試輪位置處于有效寬度區(qū)間內(nèi)10cm時(shí)，檢測(cè)結(jié)果變異性較小。

(5)通車(chē)7年以上的高速公路行車(chē)道抗滑性能檢測(cè)時(shí)需慎重選擇測(cè)試設(shè)備。