基于重载交通影响的沥青路面抗滑性能衰减规律分析

张承亮

(中交一公局厦门工程有限公司，福建 厦门 361021)

沥青路面表面功能性受重载交通的影响较大，尤其是对其抗滑性能的影响，黄晓明等[1]指出基于时间效应的抗滑评价指标是沥青路面抗滑性能衰减规律评价的必然趋势。李东晟[2]研究了车辆轮胎对沥青路面抗滑性能的影响。冯兴乐等[3]研究了沥青路面构造深度对路面抗滑性能的影响。龚文剑等[4]研究了长纵坡沥青路面抗滑性能的提升技术。丛林等[5]研究了集料对沥青混合料长期抗滑性能的影响规律。余苗等[6]研究提出车辆轮胎与沥青路面之间的摩擦模型。廖勇等[7]研究指出车辆荷载和轮胎作用对沥青路面的抗滑性能影响较大。

车辆交通对沥青路面抗滑性能的影响，在不同的使用环境条件下表现出较大的差异性，尤其是在重载交通影响下。山区公路由于受到地形的限制，涉及到平直线路段、急转弯路段和长纵坡路段，公路沥青路面的不同路段所承受的车辆荷载作用不同，导致沥青路面表面抗滑性能的衰减规律也有所不同。因此，研究基于重载交通的公路沥青路面抗滑性能的衰减规律，对路面养护作业具有较高的技术指导价值，并且可以为新建、改扩建路面提供试验参考。

1 交通量分析

试验选取某二级公路，双向两车道，无中央分隔带，是连接城市及周边村镇的重要交通运输通道，客货车混用，其中大型货车较多，对路面形成较大的附载作用。根据实际观测，统计得出该路段2轴6轮及以上车辆年平均日交通量为2076辆/d，该路段交通量，按照《公路沥青路面设计规范》(JTG D50—2017)[8]进行当量轴载换算，计算得出2轴6轮及以上车辆的日平均当量轴次为5108次，可以看出该二级公路属于重载交通路段。

交通量是影响沥青路面抗滑性能的重要因素，对沥青路面表面功能性的逐渐衰减作用较大。试验统计得到该路段特大型货车比例达到了0.56，可见特大型货车比例较大，也是影响该二级公路沥青路面表面功能性衰减的重要因素。特大型货车所占比例对沥青路面抗滑性能的减弱起到了至关重要的作用，且该二级公路同时承受较大的日平均当量轴次和特大型货车比例大双重影响，势必会造成沥青路面表面功能性加速衰减，尤其是表现为抗滑性能和构造深度的直接变化。同时，该二级公路位于山区，由于地形的限制，该二级公路急转弯路段较多，其中长纵坡路段也多有涉及，纵坡接近4%的路段达到5 km左右，重载交通作用在急转弯、长纵坡路段，其沥青路面表面抗滑性能的变化规律更加复杂。

2 抗滑性能衰减规律分析

该二级公路沥青路面同时承受较大的交通量和特大型货车比例大的影响，对于沥青路面抗滑性能的衰减造成较大的影响，试验选取平直线路段、急转弯路段和长纵坡路段进行研究，分析重载交通影响下的沥青路面抗滑性能衰减规律。

2.1 平直线路段

在二级公路平直线路段，沥青路面在重载交通作用下，主要承受车辆垂直荷载和轮胎的水平磨损，其表面功能随着使用年限的逐渐增加表现出不同的变化规律。试验过程中采用摆值和构造深度两个指标评价沥青路面的抗滑性能，其中摆值表征沥青路面的摩擦抗滑性能，构造深度表征路面耐磨抗滑性能。

图1所示为平直线路段摆值的变化规律，可以看出，随着使用年限的增加，沥青路面四个观测点的摆值均表现出逐渐下降的趋势，且使用年限越长，摆值下降的幅度越大。沥青路面服役一年后，摆值较新建时平均下降幅度为4.70%，而沥青路面服役两年后，摆值较新建时平均下降幅度达到了12.25%。在重载交通的影响下，服役两年的沥青路面摆值平均可以保持在46，基本满足《公路沥青路面养护技术规范》(JTG 5142—2019)[9]中规定的沥青路面摆值一般要≥45的要求，说明重载交通对平直线路段摩擦抗滑性能的影响相对较缓，使用两年后未对其造成严重的衰减作用。

图1 平直线路段摆值的变化规律

图2为平直线路段构造深度的变化情况，从图中数据可以分析得出，随着使用年限的不断增加，沥青路面构造深度表现出逐渐减小的现象，并且与路面摆值相同，使用年限越长，路面构造深度减小的幅度越大。二级公路投入使用一年后，沥青路面构造深度较新建时平均减小幅度为10.00%，而当该二级公路投入使用两年后，沥青路面构造深度较新建时平均减小幅度为25.18%。值得注意的是，虽然在重载交通影响下，沥青路面构造深度不断减小，但是经过两年的服役期，其构造深度平均保持在0.79 mm，基本符合规范中规定的沥青路面构造深度一般要≥0.60 mm的要求，同时也满足了规范中沥青路面一般≥0.55 mm的要求，说明重载交通对平直线路段沥青路面构造深度的影响相对较小，其耐磨抗滑性能基本满足使用要求。

图2 平直线路段构造深度的变化规律

分析认为，该二级公路在重载交通影响下，平直线路段沥青路面摆值和构造深度均随着使用年限的增加，呈现不断减小的变化规律，但是由于平直线路段线性较为平缓，受车辆荷载和磨损作用相对较弱，经过两年的使用，沥青路面抗滑性能衰减程度相对较小，其摆值和构造深度基本满足相关规范规定的数值。

2.2 急转弯路段

二级公路位于山区，受到了地形的限制，急转弯路段相对较多，在急转弯路段沥青路面不仅受到垂直荷载，而且还受到转弯的剪切力作用，同样车辆轮胎对沥青路面也产生多方向的磨损作用，路面抗滑性能的变化规律与平直线路段有较大的差异。

图3显示了试验过程中急转弯路段摆值的变化情况，可以得出，随着使用年限的不断增加，沥青路面摆值出现较大的衰减现象，并且使用年限越长，其衰减的幅度也越大。与平直线路段相比，急转弯路段摆值的衰减幅度明显变大，其中沥青路面服役一年后，其摆值较新建时平均下降了8.31%，服役两年后其摆值较新建时平均下降了21.79%，急转弯路段摆值的衰减速度基本是平直线路段下降速度的2倍，服役两年后沥青路面平均摆值只有42，已经不能满足相关规范的基本要求。在重载交通作用下，在转弯处产生较大的剪切力作用，同时伴随着车辆频繁地刹车制动作用，对沥青路面表面抗滑性能造成较大的影响，因此其摆值和构造深度衰减更为迅速。

图3 急转弯路段摆值的变化规律

图4为急转弯路段构造深度的变化情况，该试验数据进一步说明了急转弯路段沥青路面抗滑性能的衰减规律。从图中可以得出同样的变化规律，随着使用年限的增加，沥青路面构造深度随之不断减小，且减小幅度逐渐增大。与平直线路段相比，急转弯路段构造深度减小的幅度增大，其中服役一年沥青路面平均构造深度减小了19.91%，服役两年沥青路面平均构造深度减小了36.82%，这几乎是平直线路段构造深度减小幅度的1.5倍，服役两年后沥青路面平均构造深度为0.68 mm，刚刚能满足相关规范的基本要求。进一步说明了重载交通在急转弯路段对路面抗滑性能的影响更为严重，导致路面构造深度大幅度的减小。

图4 急转弯路段构造深度的变化规律

急转弯路段沥青路面受到的车辆荷载作用较为复杂，包括垂直于路面的荷载，沿行车道方向的荷载，以及垂直于行车道的法向剪切力作用，加之在急转弯路段车辆频繁的制动效应，尤其是特大型货车的影响，对路面表面功能性造成较大的破坏，直接导致了路面摆值和构造深度的大幅度降低，这一路段沥青路面的抗滑性能衰减规律较平直线路段更为复杂，随使用年限衰减的规律性更为明显。

2.3 长纵坡路段

长纵坡路段是山区公路常出现的路段，受地形的限制，其坡度均超过了一般规定的2.5%纵坡要求，甚至达到了将近4.0%的纵坡，长度超过了2 km，较大的纵坡在实际使用过程中，车辆频繁地制动，会导致沥青路面承受较大的剪切力作用和磨损效应，对路面抗滑性能的影响较大。在试验过程中，由于摆值的测试设备和方法的限制，在长纵坡路段无法准确地测出摆值数据，因此在该路段仅测试完成了构造深度数据，如图5所示。

图5 长纵坡路段构造深度的变化规律

从图5中可以看出，在长纵坡路段，随着使用年限的增加，构造深度大幅度减小，并且使用年限越长，构造深度下降的幅度越大。相比较平直线和急转弯路段，长纵坡路段构造深度的下降幅度更大，第一年使用过后，沥青路面平均构造深度较新建时就下降了23.00%。在长纵坡路段服役两年后，沥青路面平均构造深度较新建时下降了56.14%，是平直线路段相同使用年限条件下衰减幅度的2倍还多，此时沥青路面平均构造深度仅为0.40 mm，远小于相关规范规定的一般数值要求。说明重载交通影响下，对长纵坡路段沥青路面抗滑性能的影响最为严重，直接导致其构造深度的大幅度减小，在车辆作用尤其是特大型货车的影响下，路面构造深度仅经过两年的使用就几乎损失殆尽，如图6所示。

图6 沥青路面构造深度损失示意图

通过上述试验数据分析，重载交通作用条件下，二级公路沥青路面抗滑性能均表现出随使用年限增长而不断衰减的变化规律，其中在平直线路段抗滑性能衰减相对较缓，而在急转弯和长纵坡路段抗滑性能衰减速度较快，尤其是在长纵坡路段，其抗滑性能的衰减速度达到了平直线路段的2倍以上，在服役两年后沥青路面的构造深度就已经不满足相关规范的基本要求。这是由于在长纵坡特殊路段，重载交通对沥青路面作用效果更加明显，沥青路面承受的荷载和磨损更加复杂和严重，导致路面抗滑性能的衰减速度增加。因此，在实际工程当中，应在路面抗滑性能衰减养护作业过程中，更加注重急转弯和长纵坡路段，采取更有效的养护措施。

3 结 论

(1)经统计得出二级2轴6轮及以上车辆年平均日交通量为2076辆/d，日平均当量轴次为5108次，特大型货车比例达到了0.56，该二级公路属于重载交通路段，交通量是沥青路面表面功能性衰减的重要因素。

(2)在平直线路段，随着使用年限的增加，沥青路面摆值和构造深度均表现出逐渐下降的趋势，且使用年限越长，下降的幅度越大。服役两年后，平均摆值为46，较新建时平均下降幅度为12.25%，构造深度为0.79 mm，平均下降幅度为25.18%，满足相关规范要求。

(3)在急转弯路段，随着使用年限的增加，沥青路面摆值和构造深度均出现较大的衰减现象，且使用年限越长，其衰减幅度越大。服役两年后沥青路面急转弯路段平均摆值为42，其平均衰减速度基本是平直线路段的2倍，平均构造深度为0.68 mm，其平均衰减速度是平直线路段的1.5倍，基本满足相关规范的要求。

(4)在长纵坡路段，随着使用年限的增加，构造深度大幅度减小，且使用年限越长，构造深度下降的幅度越大。服役一年后，沥青路面平均构造深度较新建时下降了23.00%，服役两年后，平均构造深度下降了56.14%，是平直线路段衰减幅度的2倍多，平均构造深度仅为0.40 mm，远小于相关规范基本要求。