山區公路急彎路段路面的防滑處治設計

呂清磚

（貴州省公路勘察設計院有限公司，貴州 貴陽 550000）

0 引言

隨著我國山區公路建設的不斷加快，山區公路逐漸成為我國公路網結構的重要組成部分。由于山區公路線形差，大量存在長陡下坡、小半徑急彎、連續下坡、視距不良等危險路段，如遇到路面積雪、結冰天氣或者駕駛員超速行為，極易發生交通事故，對公路使用者的生命財產構成威脅。特別是在急彎路段的日常運營中交通事故多發，車輛失控概率遠高于其他路段，容易發生側滑和側翻事故。因此，做好山區公路急彎路段的瀝青路面防滑安全保障工作尤為重要。為降低急彎路段的事故發生概率，可以通過科學合理設置安全設施和路面防滑設計，提高山區公路急彎路段的交通安全性。

1 山區公路急彎路段判斷標準及危險程度劃分

1.1 山區公路急彎路段判斷標準

急彎路段多見于地形復雜的山區公路，在山區公路急彎路段上行車，駕駛員稍有不慎就會發生事故，是交通事故多發的路段，而且事故的后果相當嚴重。急彎路段指車輛設計行駛速度小于60km/h 時，停車視距小于相關標準規定，彎路平均半徑（R）小于規定數值的路段，具體數值見表1?！豆钒踩Ｕ瞎こ虒嵤┘夹g指南》主要是針對一、二級公路，對山區公路安全保障的指導意義并不大，因此，要針對山區公路急彎路段的危險程度和安全保障措施進行分析[1]。

表1 單個急彎路段判斷標準

1.2 山區公路急彎路段危險程度劃分

山區公路地形條件比較復雜，各地區地形差異大。在只有一個急彎的山區公路中，可以通過實地勘測準確地測出不同車速下的彎道半徑大小及彎道視距情況，從而進行急彎路段危險程度的劃分，根據危險等級可分為：一級、二級和三級，具體數據見表2。

表2 單個急彎路段危險程度等級表

2 山區公路急彎路段交通事故分析

2.1 山區公路急彎路段事故形態特征

由于山區公路地理條件復雜多變，受到工程造價、技術水平等制約，一些局部路段不得不采用急彎路段。在山區公路交通事故中，急彎路段事故量占比最大，主要與行車所處的自然環境和公路條件密切相關。其一，自然地質災害。山區公路多為剝蝕、河流侵蝕地質，公路沿線經常有落石、山體滑坡、泥石流等自然地質災害發生。其二，線形技術指標偏低。由于公路修建在崇山峻嶺之間，路線迂回曲折，局部路段存在彎道半徑過小、縱坡較大、視距不良等問題。其三，安全設施設置不合理。在山區公路急彎路段的安全設施設置中，可能存在標志標線聯合使用不匹配、護欄防護等級較低、減速設施不足等問題。其四，氣候條件影響。山區多濃霧、強風、暴雨及積雪等不良氣候條件，導致駕駛員在正常駕駛過程中，路面物理性能改變，路面摩擦系數和抗滑系數減小，車輛難以控制。

2.2 山區公路急轉彎路段交通事故原因分析

在山區公路急彎路段事故形態分布中，主要有翻車事故、正面相撞事故、墜車事故和側面相撞事故。翻車事故占總事故量的比例最高，其次是正面相撞事故，比例較低的是墜車事故和側面相撞事故。

2.2.1 翻車事故。翻車按照車身旋轉的度數分為360°翻車、180°翻車 及90°翻車[2]。其 中，90°翻車（側翻）最為常見。側翻的主要原因有以下幾點：第一，行駛速度快，車輛離心力太大，車輛傾覆力矩超過側向穩定閾值，造成車輛側翻或側滑。第二，急彎路段平曲線半徑小并且存在公路超高設計，路面摩擦系數不足等問題。第三，駕駛員主觀操作不當，有急剎車和方向盤轉向不當等操作。

2.2.2 正面相撞事故。正面相撞事故是相向行駛的車輛之間發生車輛頭部相互碰撞事故。在相撞過程中，至少有一輛車偏離了正常的行駛軌跡，從而發生了相對運行速度差較大的行駛軌跡交叉。在山區公路急彎路段發生正面相撞事故主要有以下幾點原因：第一，車輛高速行駛，為獲得更好的行車視距跨線行駛，在彎道處借用對向車道。第二，急彎公路段超車，直接駛入對向車道，發生正面軌跡交叉。第三，車輛行駛速度太高，為適應離心力，迫不得已超越中心線，采取切彎行駛[3]。

2.2.3 墜車事故。墜車事故是車輛偏離正常軌跡，跌落到與路面有一定高差的路外。墜車事故的主要原因有：第一，車輛行駛速度太快造成側滑、側翻，或者突遇障礙物，駕駛員倉促改變行駛方向，發生軌跡轉折延伸到公路邊緣。第二，駕駛員對彎公路線走向做出了正確判斷，但在減速入彎時操作失誤，發生軌跡連續順滑的延伸到公路邊緣。

2.2.4 側面相撞事故。側面相撞事故存在兩種情況：第一，與相向行駛車輛的非正面碰撞，與正面相撞事故的原因相同。第二，與同向行駛車輛的非正面碰撞。主要原因是肇事車輛在相向車道返回本向車道的過程中，與同向行駛車輛軌跡發生交叉[4]。

針對以上四種交通事故形態的原因得知，正面相撞事故、墜車事故和側面相撞事故與公路路面因素關系不大，翻車事故與公路路面因素密切相關。因此，對發生翻車事故的側滑車輛進行側滑穩定性分析。

3 山區公路急彎路段車輛側滑穩定性分析

山區公路急彎路段轉彎過程中，極易發生車輛側滑失穩情況，因此，需要構建急彎路段車輛側滑臨界狀態模型，明確急彎路段的安全機理，確保山區公路急彎路段的行車安全。

3.1 急彎路段車輛轉向與制動過程分析

在急彎路段行車過程中，為了適應路段的幾何線形條件，駕駛員要不停地轉動方向盤，并且采取先制動減速進彎，然后再加速出彎的操作技巧，確保車輛保持安全的行駛速度和軌跡。

3.1.1 車輛轉向。在車輛進入急彎路段時，可將車輛視為圍繞軌跡的曲率中心點O 做圓周運動，O 點到車輛后軸中心點B 的距離R 為車輛的轉彎半徑。由于車輛在彎道行駛過程中，駕駛員要不斷調整方向盤，以保證前輪的偏轉角度θ，θ 即車輛前軸中心點A與車輛行駛矢量Va的夾角。因此，軌跡的曲率中心O點的位置是隨行駛方向不斷發生變化的，具體位置如圖1所示。

圖1 急彎路段車輛行駛轉向示意圖

3.1.2 車輛制動。在一個完整的車輛制動過程中，車輪主要受到制動器的制動力矩作用，同時還受到路面摩擦力矩的制動作用。整個制動過程分為轉動、滑轉和滑移三種縱向運動形式。第一，當剛進入制動狀態時，車輪處于轉動運動形式，車輪路面摩擦制動力與制動器提供的制動力一致，大小相同，并且隨著制動器制動力的變化而不斷變化。第二，當路面摩擦制動力加大到車輛自重產生的最大附著力時，車輪處于滑轉運動形式，雖然車輪不停轉動，但是車輪與地面之間存在一個相對位移。第三，當制動器提供的制動力超過路面摩擦提供的最大附著力后，車輪處于滑移運動形式[5]。

3.2 急彎路段車輛側滑穩定性分析

車輛在急彎路段行駛過程中，引起側滑的原因分為制動滑移和非制動滑移。制動滑移是由于駕駛員踩下制動踏板后，制動扭矩作用于車輪上，同時，在路面與輪胎間的接觸區域內產生制動力，車輛受到的離心力與摩擦力方向相反，路面與輪胎間的摩擦力小于離心力，側向力方向為彎道外側，從而導致車輛發生向外側移。非制動滑移是由于特殊天氣，如路面結冰、積水、大霧等，迫使路面與輪胎間的摩擦系數不足而發生側滑。

4 山區公路急彎路段路面的防滑處治設計

目前，我國公路瀝青路面防滑性能與宏觀構造、微觀構造都有關系。宏觀構造指標為構造深度，由集料間隙構成，用于迅速排除路表水，避免路面形成水膜，在車輛高速行駛過程中，決定路面抗滑的能力。微觀構造指標為表面摩擦系數，當車輛行駛速度保持在30～50km/h 之間時，表面摩擦系數對路面抗滑性能起到決定作用。急彎路段速度過快，車輛易發生失控，因此，要提高路面的摩擦系數，降低車輛失控的概率。山區冬季寒冷、溫度較低，過分增大級配設計中的粗集料比例，會由于空隙率過大而降低路面低溫抗裂性能，縮短路面的使用壽命。在山區公路急彎路段路面瀝青混合料級配設計時，要保證瀝青路面同時具有較好的防滑性能和低溫抗裂性能。

4.1 防滑級配設計原則

AK 型抗滑級配可以提高路面抗滑性能，但空隙率過大，路面低溫抗裂性能差，路面的使用壽命降低。因此，提出AC 型級配，通過降低級配粗集料的含量，從而提高路面的使用性能。因此，抗滑級配設計需要綜合考慮粗集料的用量問題，既能滿足路面的抗滑性能，又能防止路面發生低溫開裂。由于山區路段冬季低溫，路面開裂病害嚴重，單純提高路面防滑性能是不可取的，選擇合理的級配設計更為重要。

4.2 防滑級配設計

從級配穩定級分析，級配骨架結構由粗集料相互嵌擠、細集料充分填充構成，形成嵌擠密實型結構。山區公路急彎路段路面對路用性能的要求高，因此，選取AC-13 和AK-13 混合料級配類型進行分析。AC-13 和AK-13 級配上下限數據見表3。

表3 AC-13 和AK-13 級配上下限

通過兩種類型級配數據可知，AC-13 與AK-13 級配數據重疊區域為AC-13 下限和AK-13 上限之間，重疊數據之間為平衡防滑性能和路用性能區間段。AC-13 級配類型所用細集料最多，2.36mm 篩孔以下的細集料占比24%～50%。為提高公路防滑性能，可在AK-13 級配上限以下進行調整。AC-13 在4.75mm 篩孔以上的粗集料占比32%～52%，AK-13 在4.75mm 篩孔以上的粗集料占比47%～70%。說明AK-13 可增大4.75mm 以上的粗集料來提高防滑性能。對 比AC-13 下限和AK-13 下限：AC-13 在4.75mm 篩孔的通過率為38%，AK-13 在4.75mm 篩孔的通過率為30%，AC-13 在9.5mm 篩孔的通過率為68%，AK-13 在9.5mm 篩孔的通過率為60%。

AC-13 粗集料和AK-13 粗集料在4.75mm 篩孔和9.5mm 篩孔的通過率分別降低8%，說明AC-13 粗集料的篩孔通過率至少應改變8%，否則級配都超出AK-13下限，難以得到保證路用性能。AC-13 下限與AK-13下限相比，主要在于4.75 篩孔和9.5 篩孔的通過率的降低，二者分別降低了8%，表明對于AC-13 粗集料的改變至少應在8%以內，否則級配都超出AK-13 下限，路面水穩性能難以保證。因此，AC-13 比AK-13 提高了2.36～4.75mm 粒徑集料，降低了4.75～9.5mm、9.5～13.2mm 粒徑集料。要通過調節AC-13 的篩孔2.36～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～13.2mm 的集料比重，優化抗滑性能與路用性能的協調關系，使骨架嵌擠密實，增大瀝青混合料的防滑性能，滿足山區公路急彎路段路面的抗滑性能和路用性能。

5 結語

山區公路急彎路段路面要求的防滑性能比普通路段要高，而瀝青路面的防滑性能與構造深度、表面摩擦系數有關。通過級配設計分析，急彎路段瀝青路面不能直接采用混合料AC-13 類型，需增加AC-13篩孔2.36～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～13.2mm 的集料比重，對其進行防滑性能優化。通過對山區公路急彎路段路面抗滑性能的研究，提出最佳級配設計方案，并應用于后期施工改進，降低山區公路急彎路段的運營風險。