沥青路面抗滑性能影响因素分析及具体维修方案研究

孙和山

(辽宁省高速公路运营管理有限责任公司 沈阳市 110003)

有多种指标能表征沥青路面的使用性能，但其中与驾驶安全最相关的指标就是表征路面抗滑性能的指标SFC(横向力系数)。当此指标不满足要求时，就会增加交通肇事频率，尤其是使得雨天驾驶安全性能降低。

对辽宁省内某大流量、重载交通高速公路的抗滑性能进行分析，根据其现状情况，提出品质提升方案，提升广大用路人的驾驶安全性。

1 工程概况

1.1 横向力系数与肇事率相关关系

路面横向力系数不足时，易增加肇事频率，根据已有的研究成果二者的相关关系如图1所示。

图1 路面横向力系数与肇事率相关关系图

从图1可看出，当路面横向力系数在35～39时，肇事数量增加70%左右；横向力系数在40～44时，肇事数量增加20%左右；当横向力系数大于44(目前待分析高速公路的79.4%路段属于此情况)时，肇事数量基本与路面抗滑性能无关。

1.2 某高速公路目前路面状况

2021年5月对某高速公路全部车道的车辙(RD)及横向力系数(SFC)进行了检测。经统计，SFC平均值为47.8，RD平均值为4.8mm。逐点数据分布状况见表1及表2。

表1 SFC分布状况

表2 RD分布状况

依据《公路沥青路面养护技术规范》(JTG 5142—2019)规定[1]：

(1)当SFC<36.5时需要对其进行维修养护，从表1中可看出，共130m路面需要处理。

(2)当RD≥15mm时需要对其进行维修养护，从表2中可看出，共14车道公里路面需要处理。

1.3 某高速公路目前交通肇事状况

此高速公路目前交通量即双向日均约4万量计算，依据图1计算的每公里年度单向肇事次数约为5起。

按此模型计算，此高速公路沿线两个分公司管段肇事数量分别应该在1400起/年、600起/年左右。根据2020年肇事数据统计结果，分公司一为953起，属于正常水平；分公司二为1452起，是正常水平的2.4倍，故需要加强对路面的维修处理。

2 沥青路面的抗滑性能影响因素分析

沥青路面抗滑性能的好坏主要取决于表面性能提供的车辆制动时的抗滑力，一般用路面与车辆轮胎之间的摩擦力大小来表征。其影响因素包括车辆及路面两个系统。

2.1 属于车辆的原因

(1)车辆的行驶速度。行驶速度与抗滑力有直接的关系，尤其是雨天行驶时，一般发生车辆滑移都与车辆超过规定的行驶速度有关。

目前我国的法律系统，只对超过道路规定的行驶速度时才有处罚权利。而道路规定的行驶速度是正常天气下的行驶速度。在雨天时，车辆应低速行驶，但此时的超速规定值仍然是正常状态下的速度值，致使对雨天车辆限速执行状态较差。

(2)制动性能。

(3)驾驶人员的驾驶状态。驾驶状态包括是否疲劳驾驶、驾驶员的驾驶行为等各项因素。

(4)驾驶员的反应能力。

(5)车辆轮胎性能。轮胎的花纹类型及轮胎是否超期服役是影响车辆抗滑能力非常重要的影响因素。

2.2 属于路面的原因

(1)水膜厚度。水膜厚度直接影响路面抗滑性能，其大小由道路纵、横向坡度、车辙深度、路面宽度及降雨强度等共同决定。

(2)摩擦系数。影响沥青路面的摩擦系数包括石料和沥青两方面因素，其中在通车一段时间后，路表的沥青膜基本被磨掉，故石料的性能包括其本身材料特性和级配分布特性，是影响沥青路面摩擦系数的最主要因素。石料性能可分为微观及宏观两方面构造特性。

微观性是指石料表面水平0～0.5mm、竖直0～0.2mm范围内的细微的构造。它首先保证当车辆行驶碾压到路面时，微观尖端能有效地刺穿水膜，保证轮胎与石料无缝隙的接触。其次，微观尖端的数量决定了路面与轮胎的接触有效面积的大小，当有效面积越大二者的接触摩擦力也就越大，越有利于行车安全。

宏观性及路面检测指标中的构造深度状况，一般来说指的是水平0.5～50mm、竖直0.2～10mm范围内的路面空隙状况。宏观性主要影响车辆高速行驶状态下的轮胎排水能力。足够的构造深度可迅速排除轮胎与路面接触范围内的雨水，可有效避免形成水膜隔断轮胎与路面的接触而产生滑移。

根据已有的研究成果，车辆在低速行驶时，影响抗滑能力的主要因素是微观性；高速行驶时，影响抗滑能力的主要因素是宏观性。

因此，当发现车辆打滑时，应首先分析其打滑时的车辆行驶速度，才能有效地区分影响因素是石料之间配比决定的构造深度还是石料本身材料性能决定的微观特性，从而才能科学地决策出处置方案。

3 维修原则及维修方案

3.1 横向力系数衰减趋势

辽宁省内某高速公路于2000年建成通车，经过多次维修处置，其中规模较大的为2015年进行的微表处罩面及2018年至2020年大规模的铣刨重铺处理，目前表面层结构分布如表3所示。

表3 某高速公路表面层分布状况

从表3中可看出目前表面层包括AC、AK、微表处及SMA四种结构，其中AK结构只存在于超车道。此高速大规模采用AC结构是在2018年及以后，当时维修路段横向力系数变化趋势见图2所示。

从图2可得到以下几点结论：

图2 路面横向力系数发展趋势图

(1)2015年之前，中、边车道均为2009年铣刨重铺的SMA结构，其SFC初期衰减较快，5年降低12左右。

(2)图中边车道2018年之前为SMA结构，其SFC经过初期的快速衰减后，近年趋于稳定，每年衰减在0.1～0.4之间。

(3)中、边车道路面结构在2018年以后均为AC结构，其SFC经过通车1年后的快速衰减，目前趋于稳定，每年衰减在0.1～0.4之间(以边车道为例)。

(4)微表处SFC数值较大，即使经过衰减，在4年内数值也大于44。

3.2 依据横向力系数确定的维修原则

依据路面横向力系数与肇事率相关关系、此高速公路路面横向力系数发展趋势、将来预期改扩建交通组织，本次对SFC<44(相当于SRI为85.7分)的路段进行维修处理。选用此值的原因是，在改扩建实施前，路面SFC衰减后仍能满足规范要求。

3.3 依据车辙深度确定的维修原则

车辙会增加雨天的水膜厚度，进而影响车辆行驶安全。当构造深度取0.1，降雨强度取中国气象局规定的大暴雨降雨量的上限，即12h降雨量140mm。最不利点边车道外侧轮迹带处的车辆打滑车速见表4。

表4 车辙深度与打滑车速关系

从表4可看出，即使没有车辙，如果雨天车速不降低，如在构造深度0.10的路面上行驶，车辆仍然可能发生打滑。目前此高速公路构造深度最小值为0.18，远大于此数值，故打滑车速高于上述数值。考虑到改扩建时，车道设计行驶速度为60 km/h，为使此速度下车辆不发生打滑，本次对车辙深度>8mm的路段进行维修处理。

3.4 具体维修方案

本次应急抢修，初步拟定以下方案进行处理。

3.4.1微表处罩面

铣刨1cm后进行微表处罩面。

适用于：SFC<44或RD>8mm，但路表无其它严重病害的路段。

3.4.2路面铣刨重铺

由于改扩建时，对旧路的处理方案为直接进行沥青层罩面，故本次铣刨重铺处理的结构层，在改扩建时可直接进行利用，属于改扩建病害处理的提前实施。

(1)处理一层：铣刨重铺4cm重铺AC-16C抗滑层

适用于：①RD>20mm。

②SFC<44，但路表存在坑槽等病害的路段。

③8mm

(2)处理两层：铣刨重铺9cm沥青层

适用于：SFC<44或RD>8mm，且存在中度裂缝的路段。

将原路沥青层铣刨10cm，并彻底清扫干净后，喷洒粘层，然后重铺结构层如下：

表面层：4.5cmSBS改性沥青抗滑型AC-16C。

中面层：5.5cm高模量沥青混合料AC-20C。

(3)处理三层：铣刨重铺16cm沥青层

适用于：SFC<44或RD>8mm，且存在龟裂、沉陷等病害的路段。将原路沥青层(16cm)全部铣刨并彻底清扫干净后，在基层顶面及侧壁均匀喷洒SBS改性热沥青，用量为1.0L/m2。然后重铺结构层如下：

表面层：4.5cmSBS改性沥青抗滑型AC-16C。

中面层：5.5cm高模量沥青混合料AC-20C。

下面层：6.0cm高模量沥青混合料AC-20C。

3.4.3桥面铣刨重铺

对病害严重的桥面进行铣刨重铺处理。如水泥铺装损坏，则采用快硬混凝土进行处理。

4 结论

通过前述分析，可得到以下结论：

(1)辽宁省内某大流量、重载交通高速公路的个别路段抗滑性能较大，需要进行维修处置。

(2)影响沥青路面抗滑性能的主要因素是石料特性，包括微、宏观两个方面，且影响大小与车辆行驶速度有关。故当发现车辆打滑时，首先应分析打滑时的车辆行驶速度，才能有针对性地提出处置方案。

(3)提升路面抗滑性能的方案主要是处置路表特性，具体处置措施包括微表处罩面等直接罩面类及铣刨重铺类。