曹明明 黃晚清 葉建 陳陽 左貴寧

摘 要：依托四川省內(nèi)典型高速公路，在對其逐年交通量特征進(jìn)行調(diào)研的基礎(chǔ)上，分析了累計當(dāng)量軸次與瀝青路面抗滑性能的關(guān)系，進(jìn)而研究了不同交通組成下路齡與瀝青路面抗滑性能的規(guī)律性.結(jié)果表明，交通量以小型車輛為主時，瀝青路面抗滑性能與路齡間基本服從反S曲線特征，在加鋪罩面后的第2～3年衰減幅度較大；瀝青路面抗滑性能與累計當(dāng)量軸次間規(guī)律性不佳，車輛構(gòu)成對瀝青路面抗滑性能衰減規(guī)律有一定的影響，交通量以小型車輛為主時，路面養(yǎng)護(hù)維修措施實施時機(jī)可能不受路面抗滑性能指標(biāo)的制約，但以大型車輛為主時，路面抗滑性能是主控指標(biāo)之一.車輛荷載對瀝青路面抗滑性能衰減規(guī)律影響的研究有助于從本質(zhì)上認(rèn)清其演化特征，為瀝青路面智能化養(yǎng)護(hù)抉擇和處治方案實施時機(jī)提供依據(jù)，提高車輛行駛安全性.

關(guān)鍵詞：道路工程；瀝青路面；抗滑性能；交通量；衰減特征

中圖分類號：U416.217

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

近年來，公路交通量逐年增加，交通安全事故時有發(fā)生，而車輛的行車安全與瀝青路面的抗滑特征息息相關(guān)，但隨著瀝青路面運(yùn)營時間的延長，在自然環(huán)境和交通荷載的作用下，路面提供的抗滑性能會逐漸衰減^[1].

瀝青路面抗滑性能的衰減主要是由路面集料磨損、瀝青品質(zhì)降低、混合料級配不合理及交通運(yùn)營環(huán)境惡劣等綜合因素導(dǎo)致的，具有時間依賴性與變異性.交通荷載的變異性來源于試驗誤差的限制、時間依賴性、忽略因子之間的相關(guān)性及統(tǒng)計分布不能完全反映實際狀況造成的偏差等^[2-3].張智慧等^[4]對AC-13C、SMA-13和OGFC-13 3種級配的擺值和動摩擦系數(shù)在通車運(yùn)營4年內(nèi)的衰減規(guī)律進(jìn)行了研究，但并未對交通荷載與其相關(guān)性進(jìn)行分析.孫洪利^[5]總結(jié)認(rèn)為，瀝青路面抗滑性能前期快速衰減的原因主要是壓密和遷移變形，后期的穩(wěn)定衰減則是以磨光和磨損作用為主.壓密和遷移變形過程針對的是宏觀構(gòu)造深度變化的過程，磨光和磨損作用則是針對微觀構(gòu)造變化的過程.

眾多學(xué)者探討了集料、級配和溫度等因素與瀝青路面抗滑性能衰減規(guī)律的相關(guān)性^[6-7]，但對交通荷載與其相關(guān)性的分析多借助室內(nèi)試驗^[8-9]，與現(xiàn)場復(fù)雜的運(yùn)營環(huán)境和頻繁的養(yǎng)護(hù)干擾工況并不一致.雖路面損壞狀況指數(shù)（PCI）等指標(biāo)的衰減特征較為明確，但路面抗滑衰減規(guī)律并不明確^[10].交通荷載作用下路面集料顆粒棱角受到大幅磨損，路表摩擦力急劇下降，但由于車輛荷載與運(yùn)營環(huán)境的復(fù)雜性與時變性，使得道路抗滑性能預(yù)測具有較大的難度.累計當(dāng)量軸次并不能反映交通量的組成情況，也不能直觀揭示車輛荷載對路面抗車轍、平整度和耐磨抗滑等性能衰減的影響.鑒于此，本研究優(yōu)選四川省內(nèi)典型高速公路，對其在2010—2020年間的養(yǎng)護(hù)歷程和交通特征進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，優(yōu)選典型路段分析交通荷載累計軸載作用次數(shù)、路齡和路面抗滑性能指數(shù)（SRI）測值間的相關(guān)性，對瀝青路面抗滑衰減特征進(jìn)行分析.

1 工程概況

成雅高速于1999年底建成通車，路線全長140.661 km，路面結(jié)構(gòu)為4 cm抗滑表層AK-13A+5 cm中粒式瀝青混凝土AC-20I+6 cm粗粒式瀝青混凝土AC-25Ⅱ+20 cm水泥穩(wěn)定碎石基層+30～36 cm水泥穩(wěn)定碎石（或砂礫）底基層.成雅高速公路在2010—2012年進(jìn)行了全線加鋪罩面（加鋪了4 cm細(xì)粒式改性瀝青混凝土AC-13C），但由于沿線交通荷載和施工質(zhì)量等因素的影響，不同路段路面技術(shù)狀況衰減存在明顯差異，局部路段多次進(jìn)行了養(yǎng)護(hù)維修.成渝高速公路全線于1995年9月建成通車，成渝高速公路已通車近30年，全線絕大多數(shù)段落都進(jìn)行了大規(guī)模的大修整治，路面結(jié)構(gòu)類型、厚度及材料均比較復(fù)雜，表面層為4 cm細(xì)粒式改性瀝青混凝土AC-13C.為便于分析，本文優(yōu)選2條高速公路典型路段進(jìn)行分析，具體見表1.同時，選取的成渝高速公路上行K2053+000～K2057+000、上行K2194+000～K2198+000、下行K2122+000～K2126+000、下行K2040+000～K2044+000在2010—2012年加鋪了4 cm改性瀝青AC-13C罩面，至分析期末再未進(jìn)行加鋪罩面.另外，選取交通量以大型貨車為主的川北某高速公路進(jìn)行路齡與瀝青路面抗滑性能的相關(guān)性對比分析，該高速公路全長57.080 km，雙向4車道，設(shè)計速度80 km/h，于2011年5月23日全線建成通車，分析路段于2016年年底加鋪了4 cm瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13.

2 交通量特征分析

根據(jù)成雅高速和成渝高速沿線交通量實測數(shù)據(jù)，成雅高速自2010—2020年11年間設(shè)計車道累計2軸6輪及以上車輛的交通量為1.66×10⁷輛，達(dá)到了重交通等級.成渝高速公路自2014—2020年7年間設(shè)計車道累計2軸6輪及以上車輛的交通量為6.15×10⁷輛，交通量較大，但2條高速公路車型均以中、小客車為主，詳見表2.

3 交通荷載對瀝青路面抗滑性能影響

現(xiàn)有交通量數(shù)據(jù)來源主要依托于JTG D50—2017《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》相關(guān)部分，對各種車型換算成當(dāng)量軸次，并未有關(guān)于抗滑的折算.同時，瀝青路面疲勞破壞多受制于大客車和貨車等軸重較大的交通荷載的影響，但小客車的反復(fù)磨耗作用對瀝青路面抗滑性能的衰減也不容忽視，交通量折算數(shù)考慮到不同車型對路面作用次數(shù)的差異，因此，為便于計算并具有一定的代表意義，擬采用雙向日交通量的折算數(shù)×車道系數(shù)（0.5）×方向系數(shù)（0.5）作為當(dāng)年的軸載作用次數(shù)，逐年累加作為累計軸載作用次數(shù).

3.1 成雅高速公路

成雅高速典型路段累計軸載作用次數(shù)和SRI測值沿時數(shù)據(jù)如圖1所示，逐年累計軸載作用次數(shù)與SRI測值關(guān)系如圖2所示，計算起點采用2010年.

由圖1可知，成雅高速累計軸載作用次數(shù)隨運(yùn)營時間的延長基本呈線性增加趨勢，尤其在2014—2018年基本呈等步距增加，即成雅高速公路在經(jīng)過多年運(yùn)營后，交通量的增長趨勢基本穩(wěn)定.圖1（A）中累計軸載作用次數(shù)均大于3個典型路段，全線累計軸載作用次數(shù)是根據(jù)各路段交通量的加權(quán)平均數(shù)折算而來，而靠近成都段K1812+500～K1837+132交通量較大.同時，2012—2013年是瀝青路面抗滑性能指數(shù)SRI衰減最快的2年，顯然，各路段采用4 cm改性瀝青AC-13C罩面初期2年瀝青路面抗滑性能指數(shù)SRI基本保持穩(wěn)定，根據(jù)變化趨勢推測，2012年開始出現(xiàn)衰減，2012—2013年衰減幅度最大，2014年開始分路段對瀝青路面抗滑性能恢復(fù)，下行K1932+000～K1942+000段2015年后才實施瀝青路面抗滑性能恢復(fù)的維修處治.另外，以維修養(yǎng)護(hù)前2013年為例，下行K1932+000～K1942+000交通量最大，2013年累計軸載作用次數(shù)為6.65×10⁶（次/車道），SRI=83.82，2015年時累計軸載作用次數(shù)為1.16×

10⁷（次/車道），SRI=78.41，累計軸載作用次數(shù)近似翻倍的情況下，SRI在2年間降低了5，衰減幅度基本等同于2011—2013年間，但交通量增加幅度更大.2016—2018年間受局部養(yǎng)護(hù)維修、檢測單位更換或測試儀器標(biāo)定等因素影響，瀝青路面抗滑性能指數(shù)SRI衰變的規(guī)律性較差.即文獻(xiàn)[11]認(rèn)為，新建瀝青道路在通車1年后由于集料表層瀝青薄膜的破損，路面摩擦因數(shù)有所提高；當(dāng)集料表面的微觀紋理提供摩擦因數(shù)后，就過渡到集料的磨損和磨光階段，表現(xiàn)為路面摩擦因數(shù)的衰減，路面摩擦因數(shù)開始不斷減小，年降低幅度在20%左右；隨著瀝青道路的建設(shè)與投入使用，由于路面材料衰變性、運(yùn)營環(huán)境變化及車輛參數(shù)變異性使得路表抗滑性能存在很大的時間依賴性.本研究基于多年路況檢測數(shù)據(jù)的跟蹤調(diào)查，得到結(jié)論與此基本一致.

受制于維修養(yǎng)護(hù)處治歷史的限制，典型路段累計軸載作用次數(shù)和抗滑性能衰減關(guān)系并不強(qiáng)烈（見圖2），但累計軸載作用次數(shù)達(dá)到3.92×10⁶（次/車道）左右時，瀝青路面抗滑性能指數(shù)SRI出現(xiàn)了衰變突變點.下行K1932+000～K1942+000段累計軸載作用次數(shù)從2.95×10⁶（次/車道）增加至1.16×10⁷（次/車道），瀝青路面抗滑性能指數(shù)SRI基本服從線性遞減，SRI從88.94降至78.41，即累計軸載作用次數(shù)每增加8.18×10⁵（次/車道）時，SRI降低1.

3.2 成渝高速公路

成渝高速公路典型路段累計軸載作用次數(shù)和SRI測值沿時數(shù)據(jù)如圖3所示，逐年累計軸載作用次數(shù)與SRI測值關(guān)系如圖4所示，計算起點均采用2014年.由于2014年前交通量數(shù)據(jù)并未收集到，無法從養(yǎng)護(hù)維修起點開始分析SRI與累計軸載作用次數(shù)的關(guān)系，只能以2014年作為起點計算累計軸載作用次數(shù)，SRI的衰減分析采用相對衰減速率分析.

由圖3可知，成渝高速累計軸載作用次數(shù)隨運(yùn)營時間的延長基本呈線性增加趨勢，基本呈等步距增加，即成渝高速公路在經(jīng)過多年運(yùn)營后，交通量的增長趨勢基本穩(wěn)定.從回歸曲線斜率看，成雅高速公路累計軸載作用次數(shù)斜率大于成渝高速公路，即其年折算交通量大于成渝高速公路.該路段2014—2020年大客車及中型及以上貨車的總量由大到小排序為簡陽段>隆昌段>資陽段>資中段>內(nèi)江段>成都段，折算數(shù)計算的累計軸載作用次數(shù)由大到小排序為簡陽段>資陽段>成都段>資中段>隆昌段>內(nèi)江段.累計軸載作用次數(shù)最大的為簡陽段（如上行K2168+000～K2171+000段），該路段2014—2020年大客車及中型及以上貨車的總量也大于其他路段；而成都段主要以中小客車為主，2014—2020年大客車及中型及以上貨車的總量也遠(yuǎn)小于其他路段，但折算數(shù)計算的累計軸載作用次數(shù)最小的為內(nèi)江段.但受制于成渝高速養(yǎng)護(hù)維修瀝青和路面結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、養(yǎng)護(hù)維修措施的實施及測試單位的更替等干擾，抗滑衰減速率與交通軸載作用次數(shù)的一致性并不佳（見圖4）.交通軸載作用次數(shù)較大的上行K2168+000～K2171+000段2014—2016年SRI的年衰減速率達(dá)到了5.77%，其他各段的衰減速率基本在每年2%左右，結(jié)合成雅高速公路分析看，若從維修養(yǎng)護(hù)后第2年開始統(tǒng)計分析，整體上呈現(xiàn)隨交通荷載作用次數(shù)增加，路面抗滑性能逐步下降的趨勢.

4 路齡與瀝青路面抗滑性能的相關(guān)性

4.1 成雅高速公路

成雅和成渝高速公路瀝青路面抗滑性能衰減規(guī)律與累計當(dāng)量軸次的規(guī)律性不強(qiáng)，但大部分路段可發(fā)現(xiàn)，隨著瀝青路面抗滑性能衰減與運(yùn)營年份有一定的規(guī)律性.為取消養(yǎng)護(hù)維修措施的干擾，重新在成雅高速公路選取2018年前未進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修的路段進(jìn)行分析，如圖5所示.由圖5可知，加鋪4 cm細(xì)粒式改性瀝青混凝土AC-13C在運(yùn)營2～3年會出現(xiàn)明顯衰減，后保持在相對穩(wěn)定的水平，且運(yùn)營8年后SRI均維持在80左右，抗滑性能衰減較小，路面抗滑性能指標(biāo)不是路面養(yǎng)護(hù)維修措施實施時機(jī)的主控指標(biāo).成雅和成渝高速公路瀝青路面抗滑性能衰減后穩(wěn)定期較長，可能與成雅和成渝高速公路均以小客車為主，大貨車較少，對瀝青路面集料的磨耗作用進(jìn)程較慢，導(dǎo)致瀝青路面抗滑性能衰減速度較大型、超重車輛的磨耗速率更慢.

4.2 川北某高速公路

四川川北某高速公路大型及以上車型占比達(dá)到了60.19%（見表3），尤其特大貨車占比達(dá)到了55.35%.2016年年底加鋪了4 cm瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13，運(yùn)營3年后，瀝青路面抗滑性能開始出現(xiàn)顯著衰減趨勢（見圖6），且未見明顯穩(wěn)定階段，2021年對部分路段進(jìn)行了路面抗滑性能專項整治工程，預(yù)測2022年SRI均值可能低于80，加鋪罩面后運(yùn)營4～5年內(nèi)需要再次實施抗滑性能改善措施，路面抗滑性能指標(biāo)是路面養(yǎng)護(hù)維修措施實施時機(jī)的主控指標(biāo)之一.一般而言，瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13比細(xì)粒式瀝青混凝土AC-13C抗滑性能衰減更慢^[12]，但通過比較發(fā)現(xiàn)，川北某高速公路的4 cm瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13抗滑性能衰減更快于AC-13C，大型重車對瀝青路面抗滑性能衰減的影響更為顯著，大型貨車輪胎和剎車等作用，使集料微觀特征的磨耗更為嚴(yán)重（見圖7），可能導(dǎo)致后期該路交通事故率明顯提升.

綜上，瀝青路面抗滑性能的分析不僅要考慮累計軸載作用次數(shù)，更應(yīng)考慮交通組成的影響，建議在抗滑性能衰減預(yù)測模型中引入大型及以上貨車占比參數(shù)，以更為準(zhǔn)確地預(yù)測抗滑性能的衰減.

5 結(jié) 論

1）交通量以小型車輛為主時，4 cm改性瀝青AC-13C加鋪罩面路表抗滑性能表現(xiàn)為前2年基本保持不變，2～3年出現(xiàn)大幅度衰退，后逐漸保持在一個相對穩(wěn)定的水平，衰減規(guī)律具有一定的反S曲線特征，且衰變突變點出現(xiàn)在累計軸載作用次數(shù)達(dá)到3.92×10⁶（次/車道）左右時.

2）由于路面材料衰變性、運(yùn)營環(huán)境變化及車輛參數(shù)變異性，使得路表抗滑性能存在很大的時間依賴性；交通量中車輛組成的差異、車輛行駛軌跡、養(yǎng)護(hù)干擾等導(dǎo)致路面抗滑性能與累計當(dāng)量軸次間具有弱相關(guān)性，建議后續(xù)進(jìn)一步分析不同車輛構(gòu)成下，交通量與路面抗滑性能衰減的關(guān)系分析.

3）交通量以小型車輛為主時，路面抗滑性能指標(biāo)不是路面養(yǎng)護(hù)維修措施實施時機(jī)主控指標(biāo)，但以大型車輛為主時，路面抗滑性能衰減較快，成為路面養(yǎng)護(hù)維修措施實施時機(jī)主控指標(biāo)的概率相對較大.

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（實習(xí)編輯：羅 媛）

Influence of Traffic Load on Skid Resistance Attenuation Characteristics of Asphalt Pavement

CAO Mingming¹，HUANG Wanqing¹，YE Jian²，CHEN Yang²，ZUO Guining¹

（1.Sichuan Communication Surveying and Design Institution，Chengdu 61004l，China;

2.Sichuan Chengdu-Chongqing Expressway Company Co.，Ltd.，Chengdu 61002l China）

Abstract：The relationship between the cumulative equivalent axis and asphalt pavement anti-slip performance is analyzed based on an investigation of its yearly traffic characteristics by typical highways in Sichuan Province，and then the regularity of asphalt pavement anti-slip performance with different traffic compositions is also studied.The study shows that the anti-slip performance of the asphalt pavement and the road age are basically subject to the characteristics of a reverse S curve when the traffic volume is mainly composed of small vehicles，and the decay is large in the second to third years after the overlay.The regularity between the anti-slip performance and the cumulative equivalent axis of the asphalt pavement is not good with the traffic volume，but obviously the vehicle composition has a certain impact on the decay law of the anti-slip performance of the asphalt pavement.The timing of implementation of road maintenance measures may not be restricted by the road anti-slip performance indicators when the traffic volume is mainly composed of small vehicles，but the road surface anti-slip performance may be one of the main control indicators when the traffic volume is made up of large vehicles.The study on the influence of vehicle loads on the decay law of asphalt pavement anti-slip performance is conducive to identifying its evolutionary characteristics，and this study can provide a basis for the implementation of intelligent maintenance decisions and treatment plans for asphalt pavement，and enhancing vehicle driving safety.

Key words：road engineering;asphalt pavement;skid resistance;traffic volume;attenuation characteristics