沥青路面宏观构造深度试验比对分析

王兴忠

（上海同济检测技术有限公司，上海 200000）

0 引言

目前，道路运输建设、路政发展、市政建设及养护管理等相关部门，对车辆在高速行驶中路面路表抗滑能力不够而产生的安全隐患愈发重视，并将路面抗滑性能作为城市道路和高等级公路竣工验收及日常养护质量评定中的一项非常重要的指标，且必须保证其抗滑性能指标达到验收标准。对检测单位提出了更高的要求，必须精准、实事求是、有效地检测和评价路面的抗滑性能，以保证车辆行车时的安全。在路面抗滑能力检测方面，国内外对其研究和探索至少有着数十年的历史。目前，在检测和评价路面的抗滑性能方面面临着比较多的问题，有待进一步的研究、发展和探讨，此处提出两个主要问题：一是国内目前没有明确统一的检测方法和评价指标的标准，检测方法和评价指标多样且繁多；二是就检测方法而言，国内目前还没有统一的标准流程，检测设备存在着多样性的问题，在检测原理上还存在一定的分歧。本文探究否能够通过不断的试验检测分析，得到最优化的解决办法[1]。

1 抗滑性能检测方法概述

沥青路面的抗滑性能主要取决于路表面的宏观构造与微观构造。

现我国常用的试验检测方法为：一是摆式仪测试路面摩擦系数法（摆式仪法），此检测方法已被广泛采用，作为抗滑性能检测的方法之一。二是单轮式横向力系统测试路面摩擦系数法、双轮式横向力系统测试路面摩擦系数法，其原理和主要技术参数的规定，基本与英国SCRIM 系统标准保持一致，目前我国已普遍使用横向力系数测试路面摩擦系数法，作为高等级公路抗滑能力的检测方法之一。三是动态旋转式摩擦系数测试路面摩擦系数法，是单点摩擦系数测试的较好选择，但目前由于仪器设备成本较高、维修难度高，在国内的使用单位并不多，该方法有待进一步推广。四是宏观构造深度法，是此次着重探索、研究的检测方法[2-3]。

2 宏观构造深度法

道路宏观纹理深度（MACROTEXTURE），称为道路构造深度，它反映的是混合料的级配（集料粒径、形状、排列），表面处治（嵌压、裸露、拉毛、表面处治、刻槽等）。道路宏观纹理深度会使行驶中的车辆轮胎出现变形的情况。相同的路面路表，粗糙的路表面会比平整的路表面产生更大的摩擦力，更大的摩擦力使车辆在路面刹车滑行时则会更早停顿下来，从而防止了意外的发生，使行驶车辆安全性能得到了提高。当车辆在高速行驶中，如果纹理深度较大，摩擦力就会更大一些，相对的抗滑能力就会更好，行驶中也能更安全。道路的粗糙程度，表面的凹凸不平，表面的平均深度，即为构造深度[4]。

宏观构造深度法，国内现通常采用手工铺砂法、电动铺砂仪法、车载式激光构造深度仪法这3 种方法来测试路面的宏观构造深度。此次以这3 种宏观构造深度检测方法，在同一路段，同一里程桩号内，同轮迹带上，分别进行试验检测，分析探讨比较这3 种检测方法的优缺点，以及不同方法是否具有相关性、可代替性，从而解决主要问题。

2.1 手工铺砂法测试路面构造深度法

该方法用于测定沥青路面以及水泥混凝土路面的表面构造深度，用以评定路面表面宏观构造。

其一，主要试验仪器设备可查阅中华人民共和国行业标准《公路路基路面现场测试规程》（JTG 3450—2019）。

其二，试验原理：铺砂、刮平（无浮砂）、测量。

其三，路面表面构造深度测定结果计算可查阅中华人民共和国行业标准《公路路基路面现场测试规程》（JTG 3450—2019）。

其四，试验原理：利用0.15～0.30mm 的量砂铺在路表面上，以嵌入具有孔隙不平整的路表面中砂的体积与覆盖面积之比求得平均深度。这是目前工程上最常用的方法之一，也是最简易、最直观的方法。能够影响手工铺砂法测试结果产生误差的原因也是有的，比如摊铺过程中因每个人摊铺力度不同，导致摊铺结果出现不同。

2.2 电动铺砂仪法测试路面构造深度法

该方法适用测定沥青路面的表面构造深度，用以评定路面表面宏观构造。但不适用带有刻槽的水泥混凝土路面。

其一，主要试验仪器设备可查阅中华人民共和国行业标准《公路路基路面现场测试规程》（JTG 3450—2019）。

其二，试验原理：利用直流电源将0.15～0.30mm的量砂通过砂漏，铺设宽度5cm，厚度均匀一致。

其三，路面表面构造深度测定结果计算可查阅中华人民共和国行业标准《公路路基路面现场测试规程》（JTG 3450—2019）。

其四，试验原理：电动铺砂法的原理与手工铺砂法的检测原理基本相似，只不过是检测的方法略有不同，手工铺砂法是将固定体积的量砂，填入不平整的路表孔隙内，再计算其平均深度作为构造深度。而电动铺砂法，是将固定体积的量砂，在玻璃板上的摊铺长度和在路面上的摊铺长度作为比较后，得到的构造深度，所以两种方法存在着差值。因电动铺砂法目前在国内使用普及度并不高，电动铺砂法的操作过程比手工铺砂法相对复杂并十分费时。虽然电动铺砂法可以避免手工铺砂法因人为操作而出现的差异，导致试验检测的结果出现偏差，减少了变异性较大的缺点。但是目前国内的电动铺砂仪的设计并不完善，电动铺砂法的标定结果是十分重要的，对试验检测结果起着关键性的作用。在玻璃板上标定完成后的仪器，拿到现场进行检测时，如果该条道路路面表面过于粗糙，如凹凸不平、骨料裸露严重，或者污染较为严重的话，则需要调整仪器设备的4 个角上的螺帽，使仪器处在一个水平的位置（有的设备甚至无法调整水平），这样则导致试验检测的铺砂厚度与标定时的铺砂厚度不一致，从而导致试验检测的结果出现偏差，以致试验检测结果不能够真实反映该条道路的抗滑性能。为了保证准确性，此次论文通过大量的人工铺砂法和电动铺砂法的试验比对，找出两个试验的试验结果是否可以进行换算互相代替。

2.3 车载式激光构造深度仪测试路面构造深度法

该方法适用测定在新建或改建的路面工程和没有严重破碎病害，没有积雪、唧泥、积水、坑洞等病害，可以正常行车条件下的连续采集路面构造深度，但不适用带有沟槽的水泥混凝土路面[5]。

试验原理：利用激光测距的原理测量路面的深度变化（原理同激光平整度仪）。其检测结果不同于铺砂法，需要与手工铺砂构造深度值而建立相关性试验。目前车载式激光构造深度仪为大多数检测单位所使用，因为其检测效率高、测试结果稳定，而且能够与平整度、车辙等其他断面类指标同步采集测试结果。但是由于其检测工作原理，对检测道路路面具有一定条件性，所以使用上会受到限制[6-7]。

3 现场数据采集

为了探索手工铺砂法、电动铺砂法以及车载激光法测试结果之间的相互关系，考虑不同道路等级、不同交通量、不同路表结构材料的影响。笔者作为上海同济检测技术有限公司的一位检测技术人员，在上海市道路运输事业发展中心立项的沥青路面预养护后评估项目中，参与了其中关于道路路面抗滑性能的检测与数据分析、结果处理、报告编写的工作。此次沥青路面预养护采取集中实施，由上海市道路运输事业发展中心公开发布信息，邀请社会各相关单位积极参与，共收集到18 家单位的26 种预养护产品和工艺。根据上海市道路运输事业发展中心与金山区公路管理部门的多次调研和讨论，选择在两条公路（亭枫公路，浦卫公路）的长约7km 双向4 车道的路段上，采用不同的测试方法比对试验，共采集了19 组数据，列于表1。

表1 构造深度测试值 单位：mm

表1 中，使用不同类别的路表材料，主要考虑选择不同构造深度水平的路段，即使有相同的路表材料类别，也是由不同的施工单位完成，因此会出现明显切得不同测试结果。其中，手工铺砂法数据是道路现场选择区间内5 个测点数据的平均值，电动铺砂法是道路现场选择区间内3 个测点数据的平均值，车载激光法数据是道路现场选择30m 区间内全部测试数据的平均值。

4 数据分析

4.1 手工法-电动法相关性分析

在不同标段选择相同区间内，分别进行手工铺砂法和电动铺砂法试验，为了使测试数据更有代表性，手工铺砂法进行了5 次平行试验再平均，电动铺砂法进行了3 次并行试验再平均。

4.1.1 公路（A+B）

现将公路A 和公路B 共19 组数据一起进行回归，如图1 所示。水平坐标为手工法，竖直坐标为电动法，两者相关方程为Y=0.5525X+0.085，相关系数：RA+B=0.93，表明两者相关性比较高。

图1 公路（A+B）构造深度（手工法-电动法）关系图

4.1.2 公路（A）

单独考虑公路A 中手工法和电动法测试数据之间相关性的分析，共收集12 组数据进行回归，如图2所示。两者相关方程为Y=0.5179X+0.0875，相关系数：RA=0.97，表明两者相关性非常高。

图2 公路（A）构造深度（手工法-电动法）关系图

4.1.3 公路（B）

单独考虑公路B 中手工法和电动法测试数据之间相关性的分析，共收集7 组数据进行回归，如图3 所示。两者相关方程为Y=0.4359X+0.2135，相关系数：RB=0.90，表明两者相关性比较高。

图3 公路（B）构造深度（手工法-电动法）关系图

因此，在手工法-电动法相关性分析过程中发现：两种方法之间（A+B）的平均值分别为0.72mm 和0.48mm，相差较大，但它们间的线性相关性还是比较高（RA+B=0.93）。不同道路中两者的相关性都存在一定的差别（RA=0.97，RB=0.90），可能与每条道路的现状存在一定的关系。

4.2 手工法-激光法相关性分析

在全程两条公路的19 个标段中，参与比对试验的每个车道都进行了车载式激光构造深度的测试，由于车载测试是全路程连续进行，因此，截取了手工铺砂法桩号附近30m 范围内的激光测试数据，计算其平均值作为激光构造深度比对测试值。

4.2.1 公路（A+B）

现将公路A 和公路B 共19 组数据一起进行回归，如图4 所示。水平坐标为电动法，竖直坐标为激光法，两者相关方程为：Y=0.1122X+0.751，相关系数：RA+B=0.48，表明(A+B)时两种方法间的相关性非常差。

图4 公路（A+B）构造深度（手工法-激光法）关系图

4.2.2 公路（A）

仅考虑公路A 中手工法和激光法测试数据之间相关性的分析，共收集12 组数据进行回归，如图5 所示。两者相关方程为Y=0.1394X+0.7562，相关系数：RA=0.85，表明两者相关尚可。

图5 公路（A）构造深度（手工法-激光法）关系图

4.2.3 公路（B）

单独考虑公路B 中手工法和激光法测试数据之间相关性的分析，共收集7 组数据进行回归，如图6 所示。两者相关方程为Y=0.2833X+0.5746，相关系数：RB=0.95，表明两者相关性比较高。

图6 公路（B）构造深度（手工法-激光法）关系图

分析手工法与激光法的测试数据，公路A 与公路B 合并后再进行相关性分析，数据离散较大，不适合合并分析。公路A 和公路B 分别各自进行相关性分析，其相关系数分别为0.85 和0.95。按绝对数值来说，手工法全程平均为0.72mm，而激光法全程平均值为0.83mm，激光法数值显得大一些。

5 结论

通过在两条公路（A 和B）共计长约7km 的双向4车道沥青路面上，针对不同的路表材料类型，采用人工铺砂法、电动铺砂法及车载激光法分别进行构造深度的测试，根据对测试数据的分析，可以得到如下初步结论：

一是以人工铺砂法作为基准时，三种方法间的数值关系如表2。电动铺砂法测试数值相对偏小，车载激光法测试数据相对偏大。

表2 三种测试方法数值分析表

二是在手工铺砂法-电动铺砂法间数据的相关性分析中，两条不同道路测试数据的相关系数分别为0.90 和0.97，数据合并后计算的相关系数为0.93，因此，数据合并后再进行线性回归的方法是可行的，Y=0.5525X+0.085。

三是在手工铺砂法-车载激光法间数据的相关性分析中，两条不同道路测试数据的相关系数分别为在0.85 和0.95，数据合并后计算的相关系数仅为0.48，明显太低，因此，两条道路数据合并后计算的方法是不可取的，可能车辆受不同路况的影响而造成对测试数据的干扰较大。这里建议还是根据《公路路基路面现场测试规程》（JTG 3450—2019）的规定进行相关性试验。

四是由于采集数据有限，可能对最终结论存在一定的局限性，望今后有条件时，增加比对数据，使之不断完善。