沥青路面抗滑机理与影响因素分析

黄 元，陶晓丽

(1.广西交投宏冠工程咨询有限公司，广西 南宁 530022；2.广西交通投资集团崇左高速公路运营有限公司，广西 崇左 532200)

0 引言

随着民用汽车保有量与车流量持续增长、行车速度不断增加，公路交通事故数量居高不下。依据国家统计局发布的《中华人民共和国2020年国民经济和社会发展统计公报》《中国统计年鉴2021》等材料，2020年底全国民用汽车保有量达到28 087万辆，较2019年增长了6.9%；2021年7～12月公路货运量同比增长率平均值依旧维持在3.7%；高速公路作为货运主要通道，车流量也在持续攀升。为进一步提高公路通行能力，广西多条高速公路完成了限速调整，部分高速公路一般路段小客车最高限速由原来的100 km/h调整为120 km/h，高速公路行车速度越来越快；广西2020年交通事故数量保持高位，平均每天高达50余起，虽然疲劳驾驶、恶劣天气、不良线形等原因均会诱发交通事故，但路面抗滑性能欠佳也是高速驾驶状态下交通事故发生的重要原因。以国内某高速公路为例，2016—2018年期间发生2次以上交通事故的单公里路段中，33%的路段抗滑性能指标SRI值均低于现行《公路养护技术规范》的规定值80(高速公路抗滑性能指数SRI低于80的路段，应采取相关措施提高路表面的抗滑能力)。详见表1。

表1 国内某高速公路交通事故次数与抗滑性能指数SRI值的关系表

由此，如何保持公路行车安全性，成为公路运营管理工作者十分关注的问题，而行车安全与路面抗滑性能息息相关，探究沥青路面抗滑机理与影响因素，可为广西高温多雨状态下的沥青路面抗滑性能维持良好状态的技术研究提供参考。

1 沥青路面抗滑机理

轮胎与路面相互作用产生的抗滑力(或摩擦力)是安全行车的主要保障。车辆在行驶过程中，轮胎与路面之间的摩擦过程可分为轮胎与路面之间的分子引力作用、粘着作用、路面上小尺寸微凸体的切削作用与轮胎橡胶的弹性变形四个力学过程。其中，分子引力作用主要与车辆荷载有关，在一般车辆荷载的作用下可忽略不计；粘着作用与路面上小尺寸微凸体的切削作用构成的摩擦力贡献度最大，达到90%左右，其主要与轮胎及路面材料性能、路面较小尺寸微凸体的大小、分布情况及锋利特性、路面干湿状态及洁净程度、轮胎胎面花纹、轮胎与路面接触面积及接触压力等因素相关；轮胎橡胶的弹性变形主要指在路面较大微凸体及胎面花纹等作用下，胎面橡胶反复产生较大的弹性变形，但所产生的变形力与弹性变形恢复力对摩擦力的贡献度较小，略<10%。

2 广西典型高速公路沥青路面抗滑性能状况与相关性分析

为进一步探究沥青路面抗滑性能的衰变状况，分析各因素对抗滑性能的影响规律，本次以广西7个沥青路面典型路段为样本，以构造深度TD表征路表粗糙程度，以摆值BPN表征路面抗滑性能，分析粗糙程度、路表积水与路面材料对抗滑性能的影响。详见表2。

表2 典型路段基本情况表

2.1 粗糙程度与抗滑性能的关系

为掌握行车作用对表面层抗滑特性衰减的影响，在同一断面分别选取了行车道轮迹带位置(代表通车后状态)与路肩应急车道位置(代表通车前初始状态)对比构造深度TD与摆值BPN。详见表3和图1。

表3 典型路段构造深度与摆值的对比结果表

图1 不同位置处摆值与构造深度的相关性拟合示意图

由表3及图1可以看出：

(1)路面抗滑性能(由摆值表征)与路面粗糙程度(由构造深度表征)呈线性正相关。

(2)除D高速公路K1378+150段及F高速公路K865+850段外，其余点位行车道轮迹带构造深度均小于路肩车道构造深度，路肩车道构造深度值介于0.8～1.0 mm，行车道轮迹带位置构造深度值介于0.6～0.8 mm。其原因主要为在行车作用下，轮迹带处的颗粒间距被挤密，颗粒被磨损、磨光，构造深度减小。

(3)路面出现车辙后对抗滑性能影响大。如D高速公路K1334+400车辙路段，行车道轮迹带位置构造深度较路肩车道构造深度值衰减了约50%，正常路段衰减幅度约为10%～25%。

(4)级配粗细及粗糙程度对路面构造深度影响明显。级配较细、表面细料较多、表面构造较光滑的路面构造深度最小，如G高速公路K819+500段；级配粗、表面开孔多的路段经行车作用后，存在“细料磨损散失”的“掉粒现象”，使得轮迹带位置构造深度大于未经行车作用的路肩车道的构造深度，如F高速公路K865+850段。

2.2 路表积水对抗滑特性的影响

为探明路表积水对抗滑性能的影响，检测组在同一点位，先测试路表在较多积水条件下的摆值，然后再用毛刷扫掉富余积水但使路面仍保持湿润状态，再测试路表摆值。通过对比两种状态下的摆值可以看出，路表积水条件下摆值略小于潮湿状态，即路表积水形成的水膜削弱了路面的抗滑能力。详见表4。

表4 路表积水与湿润条件下的摆值测试结果对比表

2.3 路面材料与级配对抗滑特性的影响

为分析不同路面材料对沥青路面抗滑特性的影响，分别在同一点位测试了路肩车道与行车道的摆值(见下页表5)，通过对比，表征如下特点：

表5 路肩车道与行车轮迹带车道的摆值对比表

(1)粗集料采用石灰岩、路面发生车辙、通车时间长且重载交通量大的路段抗滑性能衰减幅度大，如B高速公路石灰岩路段、D高速公路、G高速公路与F高速公路摆值衰减幅度基本均达到了40%以上。

(2)表面层级配的粗细对抗滑影响明显，同是辉绿岩粗集料路段，较粗级配的B高速公路抗滑衰减幅度约为13%～20%，较细级配(3～5 mm及细集料偏多)的C高速公路抗滑衰减幅度约为23%～31%。

3 持续保持沥青路面良好抗滑性能的建议

持续保持良好的沥青路面抗滑性能，与沥青路面结构及配合比设计、原材料性能、施工控制、养护等各个环节息息相关。

(1)在沥青路面结构设计阶段，应提高公路通车后的交通组成预判准确性，对货运主干道等重载交通量大的路段，要综合考虑路面结构整体的抗车辙能力，避免公路运营阶段出现车辙而导致路面抗滑性能快速衰减。

(2)针对广西地区降雨量大的特点，应从完善路基路面综合排水体系入手，同时考虑选用OGFC开级配混合料类型作为沥青路面表面层，以加快路面水疏导，降低雨水对路面抗滑性能与行车安全性的影响。

(3)在沥青路面施工阶段，应加强料场管理，严防粗细集料料仓串料，导致粗集料中石灰岩比例过高、混合料级配变细等情况出现。

(4)养护阶段要持续跟踪观测路面抗滑性能衰变状况，对抗滑性能衰减快的路段应分析原因，结合交通事故状况，采取有效措施以恢复路表抗滑性能，如完善路面排水系统、实施罩面型预防性养护工艺等。

4 结语

高速公路行车安全与路表抗滑性能息息相关，路表粗糙程度、路表积水状态、表面层混合料原材料性能与级配类型、车辙等因素均会影响沥青路面抗滑性能。持续保持良好的沥青路面抗滑性能，需要完善的路基路面排水系统、整体抗车辙能力良好的路面结构、抗磨耗性强的表面层路用集料与常态化的预防性养护机制。