MK6雙輪式橫向力系數測試儀在高速公路檢測中的應用研究

王國忠

(山西省交通建設工程質量檢測中心(有限公司) 太原市 030006)

※基金項目：山西省交通廳科技項目(2017-1-18)

1 概況

隨著我國公路通車里程不斷增加，路網運營能力不斷提升，我國公路建設從設計、施工、管理、運營等多方面均得到長足發展，公路作為人、物等運輸承載體因路面抗滑不足而引發的交通事故也倍增，整個社會對安全的關注達到了空前。

表征瀝青路面抗滑性能的指標主要有構造深度和摩擦系數兩種[1-2]，構造深度的檢測主要采用鋪砂法、激光法兩種方法，摩擦系數的檢測有擺式儀、單輪式橫向力系數測試儀、雙輪式橫向力系數測試儀以及動態旋轉式摩擦系數測試儀4種[1,3]，國內使用最多的橫向力系數測試系統為雙輪式橫向力系數測試系統，橫向力系數測試系統能夠充分模擬下雨天最不利條件下路面行車的安全性[4-5]，可以有效反應路面的抗滑能力，在路面施工過程控制、交竣工驗收、運營公路檢測評價中發揮著不可替代的作用。

雖然橫向力系數測試系統在國內得到廣泛的應用，但是其測試方法及檢測條件并沒有統一的標準，《公路路基路面現場測試規程》雙輪式橫向力系數測試系統測定路面摩擦系數試驗方法中，規定其檢測適用于新建、改建路面工程的質量驗收和無嚴重坑槽、車轍等病害的正常行車條件下測定瀝青路面或水泥路面的摩擦系數[1]。但對于運營階段的公路，等級不同、方向不同、車道不同橫向力系數差異較大[6]，輪跡帶橫向力系數與橫斷面其余部位有著明顯的區別，高速公路隨著車轍深度的增加，車輛橫向分布更加集中[7]，采用Mu-Meter系統對路面橫向力系數檢測過程中，保持測試輪處于輪跡帶有一定的難度，導致檢測結果與實際路面摩擦系數區別較大，為能夠客觀反映路面實際橫向力系數，研究采用MK6雙輪式測試系統進行運營公路抗滑性能檢測方法有著重要的意義。

2 檢測設備介紹

橫向力系數采用雙輪式橫向力系數測試儀逐車道連續檢測，輸出結果為Mu-meter測值，每5m采集一點，SFC按換算關系得到。測試現場見圖1。

圖1 MK6雙輪式橫向力系數測試現場

3 車輛橫向力分布測試

選取通車年限分別為2年、3年、5年、7年的4車道高速公路各一條，每條選取典型路段長度300m，實測各車道車轍深度，將行車方向靠近中央分隔帶的車道定義為超車道，外側車道定義為行車道，統計有效寬度、有效寬度位置。有效寬度定義為橫向特定區間車輛通過的頻率達到某一數值，通過國內外文獻檢索分析，選擇車輛經過頻率為70%的特定區間，將標線內側定義為刻度0點；有效寬度位置定義為有效寬度左側距離刻度0點的距離。

選取典型斷面在車道全斷面上噴涂刻度標識車輛通過的位置，車輛輪胎外側通過刻度的位置定義為通過位置(橫向位置)，超車道、行車道分別從0刻度噴涂，刻度間隔為5cm，噴涂時刻度板對準標線內側，分別用2臺攝像機記錄車輛通過位置及車輛全貌，噴涂后的路面見圖2。

圖2 噴涂刻度后的路面

采用三米直尺每隔10m現場實測噴涂刻度斷面前后100m的車轍深度，取其平均值作為車轍深度的代表值。在室內人工回放車輛攝像記錄，統計分析車輛通過位置，超車道、行車道車輛橫向分布見圖3、圖4。計算有效寬度及有效寬度位置，結果見表1。

圖3 超車道車輛橫向分布頻率圖

圖4 行車道車輛橫向分布頻率圖

表1 車轍深度與有效寬度統計結果

通過分析可以得知，隨著通車年限的增加，高速公路車轍呈增加趨勢，超車道車轍深度變化不大，行車道車轍明顯增大，見圖5；隨著車轍深度的增加有效區間減小，見圖6，說明隨著渠化交通，車輛行車更加集中，超車道有效寬度變化不大，通車2年與通車7年的最大差別為9.6%，行車道有效寬度明顯減小，減小幅度達到44.3%；隨著車轍深度的增加超車道有效寬度位置沒有明顯的變化，但是行車道有效區間位置明顯右移，見圖7，說明行車道渠化交通使得車輛靠右行駛，硬路肩的存在為車輛行車安全提供更可靠的保障。

圖5 車轍深度與通車年限關系

圖6 有效寬度與車轍深度的關系

圖7 有效寬度位置與車轍深度的關系

4 橫向力系數檢測結果

由上述分析可以得知，隨著車轍深度增加，渠化交通更加明顯，有效寬度位置及有效寬度均在變化，MK6雙輪式橫向力系數測試儀由于雙后輪間距較窄，無法同時采集2條輪跡帶數據，只能通過選取代表性的橫向區間確定橫向力系數，所以對于不同通車年限的公路如何合理選擇測試位置至關重要，根據上述確定的有效寬度及位置，采用MK6系統橫向每間隔10cm實測橫向力系數，橫向檢測區間為有效寬度區間及左右各20cm，左測試輪與橫向位置對齊，檢測起點為所選段落前100m，測試輪與起點對齊，檢測車輛靜止，待聽到開始口令后牽引車啟動，在100m范圍內提速至50km/h，車輛勻速前進，為了保證檢測數據的有效性，到達終點后多檢測50m左右，在數據處理時選取100～400m范圍內的數據作為有效數據，計算該路段代表值，各測5次，將第3、第4、第5次代表值的平均值作為該段路的橫向力系數，測試結果見表2、表3。

表2 超車道橫向力系數檢測結果

表3 行車道橫向力系數檢測結果

通過分析可以得知，MK6雙輪式橫向力系數測試儀在進行抗滑性能檢測時，測試輪位置與檢測結果有著很大的關系，當測試輪位置處于有效寬度區間內10cm時，檢測結果變異性較小，通車7年以上的高速公路行車道抗滑性能檢測時需慎重選擇測試設備。表4為高速公路測試過程中超車道、行車道典型測試位置及有效測試寬度。

表4 典型測試位置及有效測試寬度

5 結論

選擇不同通車年限的高速公路，現場實測超車道、行車道車轍深度，并統計不同通車年限、不同車道的有效寬度及有效寬度位置，分析有效寬度、有效寬度位置隨車轍的變化，實測橫向不同位置的橫向力系數，分析橫向力系數與有效寬度的關系，得出如下結論：

(1)隨著通車年限的增加，高速公路車轍呈增加趨勢，超車道車轍深度變化不大，行車道車轍明顯增大。

(2)隨著車轍深度的增加有效區間減小，說明隨著渠化交通，車輛行車更加集中，超車道有效寬度變化不大，通車2年與通車7年的最大差別為9.6%，行車道有效寬度明顯減小，減小幅度達到44.3%。

(3)隨著車轍深度的增加超車道有效寬度位置沒有明顯的變化，但是行車道有效區間位置明顯右移。

(4)MK6雙輪式橫向力系數測試儀在進行抗滑性能檢測時，測試輪位置與檢測結果有著很大的關系，當測試輪位置處于有效寬度區間內10cm時，檢測結果變異性較小。

(5)通車7年以上的高速公路行車道抗滑性能檢測時需慎重選擇測試設備。