关于路面抗滑性能检测体系的思考

曾小鹏

摘 要：路面抗滑性能的好坏决定了车辆行驶在道路上的安全。因此，不管是在建造还是运营阶段都应保持良好的路面抗滑性能。当前路面安全管理方法主要基于直接指标（摩擦系数）或者间接指标（纹理）来保证道路的行车安全。由于路面抗滑性能来源于粗糙的表面纹理。因此，路面纹理和摩擦系数是相互关系，密不可分的。单一的指标评价割裂了两者之间的联系。

关键词：路面安全;摩擦系数;路面纹理

1 背景

随着世界各国交通行业的发展，安全问题也随之而来，成为了世界各国共同面对的难题。由于潮湿路面的抗滑性能远低于干燥路面，多雨的气候条件对车辆的安全行驶产生了不利的影响。在我国，根据宁贵财，康彩燕等人的统计研究发现，2005-2014年全国雨、雪、雾、大风、沙尘和冰雹6种不利天气条件下发生的交通事故共计287783起，其中雨天不利条件下的交通事故起数占总交通事故的86.5%。对于引发事故的关键原因（即路面抗滑性能不足）没有切实有效的反应到路面安全管理系统。当前路面安全管理方法主要基于直接指标（摩擦系数）或者间接指标（纹理）两种理念。

2基于路面摩擦系数的管理理念

2.1 摩擦系数定义

路面摩擦力是阻止车辆和路面之间发生相对运动的力。这种阻力是轮胎在路面上滚动或滑动时所产生的。路面摩擦力在车辆安全行驶方面起着至关重要的作用，因为它使得驾驶员能够在纵向和横向上以安全的方式操纵车辆。摩擦系数是由路面摩擦力与轮轴重之间的比值定义，它是公路几何设计的一个关键输入，用于确定最小停车视距、最小水平半径、竖曲线最小半径和水平曲线最大超高。一般来说，路面-轮胎接触界面的摩擦系数越大，产生的摩擦力越大，驾驶员对车辆的控制能力就越强。大量的研究证据表明，车辆发生碰撞主要是由于路面摩擦水平较低（主要是潮湿状况）造成的。并且随着路面摩擦水平的降低，碰撞的可能性也相应增加，因此确保路面在服役期间内保持足够高的摩擦系数有助于道路的安全运营。

2.2 摩擦系数阈值管理

为了实现这一目标，美国和世界各地的公路机构建立了包括设计和使用两个阶段的路面摩擦管理体系。在设计阶段针对不同的道路部分（如：交叉口、直道、弯道、纵坡）进行单独设计，以确保每个路段的摩擦需求与道路状况相适应。在使用阶段定义了两种不同的路面摩擦系数阈值水平，即调查水平和干预水平。当路面摩擦系数低于调查水平时，应对该地点的道路进行详细调查，以确定是否需要采取张贴警告标志或者采取可变车速措施;当路面摩擦系数低于干预水平时，对该路段应采取纠正措施，例如重铺表面或其他养护处理（加铺抗滑层）。路面摩擦系数管理的原则就是为了保障路面摩擦系数的供给必须始终满足或超过车辆安全行驶时对摩擦系数的需求。

路面的防滑性是会随着时间的推移在交通流的作用下而恶化，因此在设计阶段采用考虑路面抗滑功能的混合料设计方法和在使用期间进行定期测量路面抗滑性能和监测路面状况是非常重要的。目前所有路面混合料设计程序都侧重于满足路面结构的要求，包括单个路面层所需材料的特性，对设计路面的预期防滑性能没有给予足够的重视，因此在设计阶段有必要引入在保证路面结构强度的前提下考虑路面拥有足够抗滑能力的混合料设计方法。在使用阶段提供完整、充分的路面抗滑状况的表征和报告，对于确保公路安全运营具有重要的实际意义，以及对于路面抗滑研究也有重要的工程意义。

3基于路面纹理指标的管理理念

3.1 路面纹理功能

路面表面纹理定义为路面表面与真实平面的偏差。这些偏差出现在四个不同的尺度水平上，每个尺度由波长（γ）及其分量的峰值振幅（A）来定义。根据世界道路协会，路面结构有四种波长类别：微观纹理;宏观纹理;巨纹理以及路面不平整度。路面摩擦主要受微观纹理和宏观纹理的影响，它们分别对应于黏附和滞后摩擦分量。图1展示了微观纹理、宏观纹理对行驶速度与路面摩擦关系的影响。可见，微观纹理影响路面-轮胎之间摩擦系数的水平，微观纹理越丰富对应的路面抗滑性能水平越高。

微观纹理是是指波长小于0.5mm，振幅小于0.2mm的微凸体，其作用是当路面表面存在水膜时，这些集料表面微凸体（微观纹理）会刺透水膜，使轮胎与路面直接接触。因此微观纹理控制着潮湿摩擦系数和干燥摩擦系数的初始水平。宏观纹理是指波长处于0.5-50mm和振幅处于0.1-20mm范围内的表面粗糙构造。在湿滑的天气中，宏观构造决定着路面排水效率。当路面水膜较薄时，粗糙的宏观纹理有助于排水保持轮胎与路面之间的紧密接触。当水膜较厚并淹没路面时，粗糙的宏观纹理对缓解移动过程中轮胎与路面界面处动水压力的积聚起着重要作用，从而降低车辆水漂的风险。一般来说，通过提高宏观纹理提高车辆进行水滑行时的速度，对降低滑水风险就越有效。

3.2 路面纹理管理

大量的实验研究表明，新建沥青路面在通车一段时间后，由于包裹在集料表面的沥青膜被车轮给磨损，集料表面的微观纹理出露会造成路面抗滑能力有短暂的提升。随着时间继续增加集料进入抛光阶段，路面摩擦系数会持续下降，直至下降至阈值，需要做出某种补救措施。因此保证较高的纹理状态对增强路面运行安全和延长路面的使用寿命是有利的。然而纹理构造在不同的阶段（设计阶段，施工阶段，运营阶段）会受到不同因素的影响。对于路面工程人员来说，最重要的是在设计阶段对路面抗滑进行充分的考虑，使混合料路面可以提供足够高的纹理状态。

混合料设计阶段主要是进行原材料（集料，沥青）的选择，混合料级配和油石比的确定。从表1可见集料对不同的纹理均具有影响，因此对其进行严格的选择和控制是保证路面具有良好纹理的前提条件。许多公路机构将粗集料的抗磨光性作为道路安全控制措施，并规定了不同道路类型的集料磨光最小值。不足之处在于粗集料磨光值不能真实的反应当集料处于混合料状态时路面的微观纹理水平，因此我们除此之外还需要获取混合料的微观纹理水平。由于实验室材料试验不能保证现场的摩擦性能，因此必须将试验与现场测试结果结合起来，以此确定可选用的集料类型。

4 总结

当前路面安全管理基于单一的指标评价体系，这不能充分的保障路面行车安全。笔者建议应将摩擦系数和宏微观纹理参数指标同时纳入考虑范围。这将会使得不管是在设计还是运营阶段，研究人员可以更加明确的对路面抗滑性能的生命周期进行预测和维护管理。在室内设计阶段可通过磨耗集料和混合料获得路面抗滑性能的预测以筛选良好的集料和级配类型。而在后期运维阶段，定期对路面抗滑性能和纹理进行检查，如若发现抗滑性能不足，则可从纹理角度探讨不足原因，采用特定的宏观纹理和微观纹理恢复技术，而避免大修大建。

参考文献

[1]黄晓明， & 郑彬双. （2019）. 沥青路面抗滑性能研究现状与展望. 中国公路学报， 32（4）， 32-49.

[2]陈先华， 陈胜霞， 黄晓明， 杨军， & Steinauer， B. . （2013）. 沥青路面的磨光研究：从宏观到微观尺度. 中外公路（02）， 53-58.

[3]JTG D50-2017. （2017）. 公路瀝青路面设计规范[S] .