MS-2型微表处在路面抗滑性能处治中的适用性研究*

王国忠

(山西省交通科学研究院黄土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室　太原　030006)

MS-2型微表处在路面抗滑性能处治中的适用性研究*

王国忠

(山西省交通科学研究院黄土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室太原030006)

摘要为深入研究微表处路面构造与级配及沥青含量的关系，选取抗滑性能指数不足的代表性路段6处，在路面采取微表处处治前后，现场分别实测路面构造深度和抗滑性能指数，研究微表处在路面抗滑性能不足处治中的适用性。得出构造深度与集料级配和沥青含量有很好的相关性；构造深度与抗滑性能指数没有明显的关系；微表处只能暂时提高路面的抗滑性能，不能起到长效作用。

关键词MS-2型微表处抗滑性能构造深度(TD)衰变规律

1　工程背景

路面抗滑性能指数是影响车辆行车安全性的一个重要指标，尤其是在重载交通、雨量较大的地区，抗滑性能指数不足极易引发交通事故[1-2]。构造深度作为影响路面抗滑性能的一个重要指标，沥青路面宏观构造深度(MPD)[3]会受到沥青混合料级配的影响，不同级配的沥青混合料表面纹理差异较大，当级配曲线远离最大密度线时，矿料间隙率(VMA)增加，从而形成更高的纹理粗糙度[4]。目前从设计和施工阶段来分析路面构造深度与沥青混合料级配和沥青含量关系的研究已有不少，比如针对Superpave沥青混合料[5]、AC-13沥青混合料，但是针对微表处路面构造深度与级配及沥青含量关系的研究较少，所以通过深入研究对解决上述问题有着重要的意义[6]。

山西省某条高速公路于2011年12月建成通车，为双向4车道，是晋煤外运的主要通道，途经山西特殊的黄土地区，地质条件复杂，沿途存在局部小气候条件，阴雨天气能见度极低，加之出省方向为特种交通方向，交通组成复杂，交通量大，随着轴载作用次数的增加，路面局部路段出现严重的磨耗，给行车带来极大的安全隐患。为了防止由于路面抗滑性能不足而引起的交通事故，有必要针对路面抗滑性能不足的问题，提出切实可行的处治方案。

2　检测方案

根据对该条高速公路近些年来的跟踪观测，发现局部路面由于车辆轴载作用次数的增加，路面出现较为严重的磨损，给雨天行车安全带来一定的影响。为了防止由于路面抗滑性能不足引发的交通事故，管养部门对全线抗滑性指数进行了深入的调查。

本次调查指标为路面抗滑性能指数(SFC)和路面构造深度(TD)，调查方式采用快速检测设备，避免了使用摆式仪对路面抗滑性能检测过程中速度慢、安全性差的弱点。选取路面抗滑性能指数较差的6个路段A，B，C，D，E，F，G进行分析评价，每段长度为1km，检测评价结果见表1。

表1　路面抗滑性能指数与构造深度检测结果

我国现有规范对路面构造深度没有给出评定标准，只在设计阶段给出控制标准，本条路构造深度设计值为0.50mm，根据路面构造深度设计值与检测结果，可知C，E，F段构造深度仍满足要求，但路面抗滑性能指数只有29，30，23，评定结果为“差”，严重影响路面行车的安全性，所以有必要对上述路段抗滑性能不足进行处治。

3　MS-2型微表处在路面抗滑处治中的应用

通过经济效益分析，针对上述路面抗滑性能不足的情况，选用MS-2型微表处进行抗滑性能处治，不同路段根据其抗滑性能状况选择不同级配和沥青含量的沥青混合料。使用MATLAB和多元非线性模型研究MS-2型微表处级配与构造深度的关系；在实施微表处处治后跟踪检测构造深度和抗滑性能指数，分析微表处在路面抗滑处治中的适用性。

3.1Matlab多元非线性回归模型

MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink2大部分[7]。能够对给定的数据矩阵按照实际函数进行数据拟合，通过分析路面构造深度与MS-2型微表处级配及沥青含量的关系，运用多元非线性回归模型拟合出MS-2型微表处路面构造深度的预测方程。

3.2MS-2型微表处级配与沥青含量的选择

根据实际需求调配出6种不同级配类型的沥青混合料，分别用于不同的路段，见表2，路面平均构造深度实测值见表3。

表2　MS-2型微表处混合料级配

表3　孔隙率和平均构造深度实测值

通过多元非线性回归模型建立各筛孔通过率与离开最大密度线的加权平均值，公式如下。

式中：E为距离最大密度线的加权平均值；SivS为筛孔直径；maxAgg为集料最大粒径；%pass为各筛孔通过率。

通过多元非线性回归模型建立路面平均构造深度与距离最大密度线的加权平均值、沥青含量的关系如下：

式中：TD为路面构造深度；Pb为沥青含量。

利用上述回归模型对各标段的构造深度进行预测，结果见表4和图1。

表4　各标构造深度预测值

图1　构造深度实测值与预测值关系

由图1可见，MS-2型微表处沥青混合料构造深度实测值与预测值回归系数接近1，通过集料级配和沥青含量可以有效预测MS-2型微表处沥青路面的构造深度，从而为沥青混合料构造深度的调整提供技术支持。

在采取微表处路段实测路面抗滑性能指数和构造深度结果见表5，根据检测结果可以得出，实施微表处前后路面构造深度基本没有变化，但路面抗滑性能指数有了有效的提高，实施微表处后的路面抗滑性能指数达到实施微表处前的2.1倍。

表5　微表处前后路面抗滑性能指数与构造深度检测结果

为了进一步分析研究微表处在使用过程中对路面抗滑性能的贡献，对上述路段通车0.5年、1年后分别检测路面抗滑性能指数和构造深度，结果见表6、图2、图3。

表6　微表处后路面抗滑性能指数与构造深度跟踪检测结果

图2　MS-2型微表处构造深度衰变图形

图3　MS-2型微表处抗滑性能指数衰变图形

由表6、图2、图3分析可见，在路面抗滑性能不足的路段采用MS-2微表处处治后，路面构造深度没有太大的变化，随着时间的推移，C，D，F段路面构造深度有所提高，分析得知，随着交通轴载作用次数的增加，在轮迹带附近集料出现轻微脱落，检测过程中由于松散颗粒的存在，使得路面构造深度有所提高。

路面抗滑性能指数在使用半年后急剧下降，半年之内下降8.5%，半年到1年内下降20.4%，所以使用微表处只能暂时缓解路面抗滑不足，从长远角度需考虑其他处治措施或针对路面抗滑不足开发新型材料。

4　结论

(1) 路面构造深度满足要求的情况下，路面抗滑性能指数可能严重不足，建议管理、决策部门采用横向力系数作为路面抗滑性能评价的依据。

(2) 使用多元非线性模型可以有效预测MS-2型微表处的路面抗滑构造深度，从而指导工程实践。

(3) 实施微表处后路面抗滑性能指数达到实施微表处前的2.1倍，构造深度变化不大，车辆荷载作用会导致轮迹带集料剥落，使用快速检测设备对构造深度检测过程中会出现构造深度增加的现象。

(4) 微表处只能暂时提高路面的抗滑性能，但不能起到长效作用，在通车半年时间内抗滑性能指数下降8.5% ，半年至1年内下降20.4%，建议针对路面抗滑处治开发新的材料。

参考文献

[1]肖鑫，张起森.交通荷载对沥青路面抗滑性能衰变规律的影响[J].交通科学与工程，2011(3):9-13.

[2]黄绍龙，沈凡，付军.路面抗滑性能与交通安全的相关性研究[J].交通科技，2011(2):103-106.

[3]赵战利，张争奇.集料级配对路面抗滑性能的影响[J].长安大学学报:自然科学版，2005(1):9-12.

[4]黄琪，赵昕.沥青混合料级配类型与离析程度的关系[J].交通运输工程学报，2009(2):5-10.

[5]EPPSAL,HANDAJ.Coarsesuperpavemixturesensitivity[C].Presentedatthe79thAnnualMeetingoftheTransportationResearchBoard,2000,17-45.

[6]吴东潮.提高我省高速公路沥青路面抗滑性能的措施[J].山西交通科技，2002(3):18-19.

[7]唐家德.基于Matlab的非线性曲线拟合[J].计算机与现代化，2008(6):19-23.

收稿日期：2015-04-28

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.015

*山西省交通建设科技项目(2015-01-22)资助