瀝青路面宏觀構(gòu)造深度試驗比對分析

王興忠

（上海同濟檢測技術(shù)有限公司，上海 200000）

0 引言

目前，道路運輸建設(shè)、路政發(fā)展、市政建設(shè)及養(yǎng)護管理等相關(guān)部門，對車輛在高速行駛中路面路表抗滑能力不夠而產(chǎn)生的安全隱患愈發(fā)重視，并將路面抗滑性能作為城市道路和高等級公路竣工驗收及日常養(yǎng)護質(zhì)量評定中的一項非常重要的指標，且必須保證其抗滑性能指標達到驗收標準。對檢測單位提出了更高的要求，必須精準、實事求是、有效地檢測和評價路面的抗滑性能，以保證車輛行車時的安全。在路面抗滑能力檢測方面，國內(nèi)外對其研究和探索至少有著數(shù)十年的歷史。目前，在檢測和評價路面的抗滑性能方面面臨著比較多的問題，有待進一步的研究、發(fā)展和探討，此處提出兩個主要問題：一是國內(nèi)目前沒有明確統(tǒng)一的檢測方法和評價指標的標準，檢測方法和評價指標多樣且繁多；二是就檢測方法而言，國內(nèi)目前還沒有統(tǒng)一的標準流程，檢測設(shè)備存在著多樣性的問題，在檢測原理上還存在一定的分歧。本文探究否能夠通過不斷的試驗檢測分析，得到最優(yōu)化的解決辦法[1]。

1 抗滑性能檢測方法概述

瀝青路面的抗滑性能主要取決于路表面的宏觀構(gòu)造與微觀構(gòu)造。

現(xiàn)我國常用的試驗檢測方法為：一是擺式儀測試路面摩擦系數(shù)法（擺式儀法），此檢測方法已被廣泛采用，作為抗滑性能檢測的方法之一。二是單輪式橫向力系統(tǒng)測試路面摩擦系數(shù)法、雙輪式橫向力系統(tǒng)測試路面摩擦系數(shù)法，其原理和主要技術(shù)參數(shù)的規(guī)定，基本與英國SCRIM 系統(tǒng)標準保持一致，目前我國已普遍使用橫向力系數(shù)測試路面摩擦系數(shù)法，作為高等級公路抗滑能力的檢測方法之一。三是動態(tài)旋轉(zhuǎn)式摩擦系數(shù)測試路面摩擦系數(shù)法，是單點摩擦系數(shù)測試的較好選擇，但目前由于儀器設(shè)備成本較高、維修難度高，在國內(nèi)的使用單位并不多，該方法有待進一步推廣。四是宏觀構(gòu)造深度法，是此次著重探索、研究的檢測方法[2-3]。

2 宏觀構(gòu)造深度法

道路宏觀紋理深度（MACROTEXTURE），稱為道路構(gòu)造深度，它反映的是混合料的級配（集料粒徑、形狀、排列），表面處治（嵌壓、裸露、拉毛、表面處治、刻槽等）。道路宏觀紋理深度會使行駛中的車輛輪胎出現(xiàn)變形的情況。相同的路面路表，粗糙的路表面會比平整的路表面產(chǎn)生更大的摩擦力，更大的摩擦力使車輛在路面剎車滑行時則會更早停頓下來，從而防止了意外的發(fā)生，使行駛車輛安全性能得到了提高。當車輛在高速行駛中，如果紋理深度較大，摩擦力就會更大一些，相對的抗滑能力就會更好，行駛中也能更安全。道路的粗糙程度，表面的凹凸不平，表面的平均深度，即為構(gòu)造深度[4]。

宏觀構(gòu)造深度法，國內(nèi)現(xiàn)通常采用手工鋪砂法、電動鋪砂儀法、車載式激光構(gòu)造深度儀法這3 種方法來測試路面的宏觀構(gòu)造深度。此次以這3 種宏觀構(gòu)造深度檢測方法，在同一路段，同一里程樁號內(nèi)，同輪跡帶上，分別進行試驗檢測，分析探討比較這3 種檢測方法的優(yōu)缺點，以及不同方法是否具有相關(guān)性、可代替性，從而解決主要問題。

2.1 手工鋪砂法測試路面構(gòu)造深度法

該方法用于測定瀝青路面以及水泥混凝土路面的表面構(gòu)造深度，用以評定路面表面宏觀構(gòu)造。

其一，主要試驗儀器設(shè)備可查閱中華人民共和國行業(yè)標準《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG 3450—2019）。

其二，試驗原理：鋪砂、刮平（無浮砂）、測量。

其三，路面表面構(gòu)造深度測定結(jié)果計算可查閱中華人民共和國行業(yè)標準《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG 3450—2019）。

其四，試驗原理：利用0.15～0.30mm 的量砂鋪在路表面上，以嵌入具有孔隙不平整的路表面中砂的體積與覆蓋面積之比求得平均深度。這是目前工程上最常用的方法之一，也是最簡易、最直觀的方法。能夠影響手工鋪砂法測試結(jié)果產(chǎn)生誤差的原因也是有的，比如攤鋪過程中因每個人攤鋪力度不同，導致攤鋪結(jié)果出現(xiàn)不同。

2.2 電動鋪砂儀法測試路面構(gòu)造深度法

該方法適用測定瀝青路面的表面構(gòu)造深度，用以評定路面表面宏觀構(gòu)造。但不適用帶有刻槽的水泥混凝土路面。

其一，主要試驗儀器設(shè)備可查閱中華人民共和國行業(yè)標準《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG 3450—2019）。

其二，試驗原理：利用直流電源將0.15～0.30mm的量砂通過砂漏，鋪設(shè)寬度5cm，厚度均勻一致。

其三，路面表面構(gòu)造深度測定結(jié)果計算可查閱中華人民共和國行業(yè)標準《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG 3450—2019）。

其四，試驗原理：電動鋪砂法的原理與手工鋪砂法的檢測原理基本相似，只不過是檢測的方法略有不同，手工鋪砂法是將固定體積的量砂，填入不平整的路表孔隙內(nèi)，再計算其平均深度作為構(gòu)造深度。而電動鋪砂法，是將固定體積的量砂，在玻璃板上的攤鋪長度和在路面上的攤鋪長度作為比較后，得到的構(gòu)造深度，所以兩種方法存在著差值。因電動鋪砂法目前在國內(nèi)使用普及度并不高，電動鋪砂法的操作過程比手工鋪砂法相對復雜并十分費時。雖然電動鋪砂法可以避免手工鋪砂法因人為操作而出現(xiàn)的差異，導致試驗檢測的結(jié)果出現(xiàn)偏差，減少了變異性較大的缺點。但是目前國內(nèi)的電動鋪砂儀的設(shè)計并不完善，電動鋪砂法的標定結(jié)果是十分重要的，對試驗檢測結(jié)果起著關(guān)鍵性的作用。在玻璃板上標定完成后的儀器，拿到現(xiàn)場進行檢測時，如果該條道路路面表面過于粗糙，如凹凸不平、骨料裸露嚴重，或者污染較為嚴重的話，則需要調(diào)整儀器設(shè)備的4 個角上的螺帽，使儀器處在一個水平的位置（有的設(shè)備甚至無法調(diào)整水平），這樣則導致試驗檢測的鋪砂厚度與標定時的鋪砂厚度不一致，從而導致試驗檢測的結(jié)果出現(xiàn)偏差，以致試驗檢測結(jié)果不能夠真實反映該條道路的抗滑性能。為了保證準確性，此次論文通過大量的人工鋪砂法和電動鋪砂法的試驗比對，找出兩個試驗的試驗結(jié)果是否可以進行換算互相代替。

2.3 車載式激光構(gòu)造深度儀測試路面構(gòu)造深度法

該方法適用測定在新建或改建的路面工程和沒有嚴重破碎病害，沒有積雪、唧泥、積水、坑洞等病害，可以正常行車條件下的連續(xù)采集路面構(gòu)造深度，但不適用帶有溝槽的水泥混凝土路面[5]。

試驗原理：利用激光測距的原理測量路面的深度變化（原理同激光平整度儀）。其檢測結(jié)果不同于鋪砂法，需要與手工鋪砂構(gòu)造深度值而建立相關(guān)性試驗。目前車載式激光構(gòu)造深度儀為大多數(shù)檢測單位所使用，因為其檢測效率高、測試結(jié)果穩(wěn)定，而且能夠與平整度、車轍等其他斷面類指標同步采集測試結(jié)果。但是由于其檢測工作原理，對檢測道路路面具有一定條件性，所以使用上會受到限制[6-7]。

3 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集

為了探索手工鋪砂法、電動鋪砂法以及車載激光法測試結(jié)果之間的相互關(guān)系，考慮不同道路等級、不同交通量、不同路表結(jié)構(gòu)材料的影響。筆者作為上海同濟檢測技術(shù)有限公司的一位檢測技術(shù)人員，在上海市道路運輸事業(yè)發(fā)展中心立項的瀝青路面預養(yǎng)護后評估項目中，參與了其中關(guān)于道路路面抗滑性能的檢測與數(shù)據(jù)分析、結(jié)果處理、報告編寫的工作。此次瀝青路面預養(yǎng)護采取集中實施，由上海市道路運輸事業(yè)發(fā)展中心公開發(fā)布信息，邀請社會各相關(guān)單位積極參與，共收集到18 家單位的26 種預養(yǎng)護產(chǎn)品和工藝。根據(jù)上海市道路運輸事業(yè)發(fā)展中心與金山區(qū)公路管理部門的多次調(diào)研和討論，選擇在兩條公路（亭楓公路，浦衛(wèi)公路）的長約7km 雙向4 車道的路段上，采用不同的測試方法比對試驗，共采集了19 組數(shù)據(jù)，列于表1。

表1 構(gòu)造深度測試值 單位：mm

表1 中，使用不同類別的路表材料，主要考慮選擇不同構(gòu)造深度水平的路段，即使有相同的路表材料類別，也是由不同的施工單位完成，因此會出現(xiàn)明顯切得不同測試結(jié)果。其中，手工鋪砂法數(shù)據(jù)是道路現(xiàn)場選擇區(qū)間內(nèi)5 個測點數(shù)據(jù)的平均值，電動鋪砂法是道路現(xiàn)場選擇區(qū)間內(nèi)3 個測點數(shù)據(jù)的平均值，車載激光法數(shù)據(jù)是道路現(xiàn)場選擇30m 區(qū)間內(nèi)全部測試數(shù)據(jù)的平均值。

4 數(shù)據(jù)分析

4.1 手工法-電動法相關(guān)性分析

在不同標段選擇相同區(qū)間內(nèi)，分別進行手工鋪砂法和電動鋪砂法試驗，為了使測試數(shù)據(jù)更有代表性，手工鋪砂法進行了5 次平行試驗再平均，電動鋪砂法進行了3 次并行試驗再平均。

4.1.1 公路（A+B）

現(xiàn)將公路A 和公路B 共19 組數(shù)據(jù)一起進行回歸，如圖1 所示。水平坐標為手工法，豎直坐標為電動法，兩者相關(guān)方程為Y=0.5525X+0.085，相關(guān)系數(shù)：RA+B=0.93，表明兩者相關(guān)性比較高。

圖1 公路（A+B）構(gòu)造深度（手工法-電動法）關(guān)系圖

4.1.2 公路（A）

單獨考慮公路A 中手工法和電動法測試數(shù)據(jù)之間相關(guān)性的分析，共收集12 組數(shù)據(jù)進行回歸，如圖2所示。兩者相關(guān)方程為Y=0.5179X+0.0875，相關(guān)系數(shù)：RA=0.97，表明兩者相關(guān)性非常高。

圖2 公路（A）構(gòu)造深度（手工法-電動法）關(guān)系圖

4.1.3 公路（B）

單獨考慮公路B 中手工法和電動法測試數(shù)據(jù)之間相關(guān)性的分析，共收集7 組數(shù)據(jù)進行回歸，如圖3 所示。兩者相關(guān)方程為Y=0.4359X+0.2135，相關(guān)系數(shù)：RB=0.90，表明兩者相關(guān)性比較高。

圖3 公路（B）構(gòu)造深度（手工法-電動法）關(guān)系圖

因此，在手工法-電動法相關(guān)性分析過程中發(fā)現(xiàn)：兩種方法之間（A+B）的平均值分別為0.72mm 和0.48mm，相差較大，但它們間的線性相關(guān)性還是比較高（RA+B=0.93）。不同道路中兩者的相關(guān)性都存在一定的差別（RA=0.97，RB=0.90），可能與每條道路的現(xiàn)狀存在一定的關(guān)系。

4.2 手工法-激光法相關(guān)性分析

在全程兩條公路的19 個標段中，參與比對試驗的每個車道都進行了車載式激光構(gòu)造深度的測試，由于車載測試是全路程連續(xù)進行，因此，截取了手工鋪砂法樁號附近30m 范圍內(nèi)的激光測試數(shù)據(jù)，計算其平均值作為激光構(gòu)造深度比對測試值。

4.2.1 公路（A+B）

現(xiàn)將公路A 和公路B 共19 組數(shù)據(jù)一起進行回歸，如圖4 所示。水平坐標為電動法，豎直坐標為激光法，兩者相關(guān)方程為：Y=0.1122X+0.751，相關(guān)系數(shù)：RA+B=0.48，表明(A+B)時兩種方法間的相關(guān)性非常差。

圖4 公路（A+B）構(gòu)造深度（手工法-激光法）關(guān)系圖

4.2.2 公路（A）

僅考慮公路A 中手工法和激光法測試數(shù)據(jù)之間相關(guān)性的分析，共收集12 組數(shù)據(jù)進行回歸，如圖5 所示。兩者相關(guān)方程為Y=0.1394X+0.7562，相關(guān)系數(shù)：RA=0.85，表明兩者相關(guān)尚可。

圖5 公路（A）構(gòu)造深度（手工法-激光法）關(guān)系圖

4.2.3 公路（B）

單獨考慮公路B 中手工法和激光法測試數(shù)據(jù)之間相關(guān)性的分析，共收集7 組數(shù)據(jù)進行回歸，如圖6 所示。兩者相關(guān)方程為Y=0.2833X+0.5746，相關(guān)系數(shù)：RB=0.95，表明兩者相關(guān)性比較高。

圖6 公路（B）構(gòu)造深度（手工法-激光法）關(guān)系圖

分析手工法與激光法的測試數(shù)據(jù)，公路A 與公路B 合并后再進行相關(guān)性分析，數(shù)據(jù)離散較大，不適合合并分析。公路A 和公路B 分別各自進行相關(guān)性分析，其相關(guān)系數(shù)分別為0.85 和0.95。按絕對數(shù)值來說，手工法全程平均為0.72mm，而激光法全程平均值為0.83mm，激光法數(shù)值顯得大一些。

5 結(jié)論

通過在兩條公路（A 和B）共計長約7km 的雙向4車道瀝青路面上，針對不同的路表材料類型，采用人工鋪砂法、電動鋪砂法及車載激光法分別進行構(gòu)造深度的測試，根據(jù)對測試數(shù)據(jù)的分析，可以得到如下初步結(jié)論：

一是以人工鋪砂法作為基準時，三種方法間的數(shù)值關(guān)系如表2。電動鋪砂法測試數(shù)值相對偏小，車載激光法測試數(shù)據(jù)相對偏大。

表2 三種測試方法數(shù)值分析表

二是在手工鋪砂法-電動鋪砂法間數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析中，兩條不同道路測試數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)分別為0.90 和0.97，數(shù)據(jù)合并后計算的相關(guān)系數(shù)為0.93，因此，數(shù)據(jù)合并后再進行線性回歸的方法是可行的，Y=0.5525X+0.085。

三是在手工鋪砂法-車載激光法間數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析中，兩條不同道路測試數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)分別為在0.85 和0.95，數(shù)據(jù)合并后計算的相關(guān)系數(shù)僅為0.48，明顯太低，因此，兩條道路數(shù)據(jù)合并后計算的方法是不可取的，可能車輛受不同路況的影響而造成對測試數(shù)據(jù)的干擾較大。這里建議還是根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG 3450—2019）的規(guī)定進行相關(guān)性試驗。

四是由于采集數(shù)據(jù)有限，可能對最終結(jié)論存在一定的局限性，望今后有條件時，增加比對數(shù)據(jù)，使之不斷完善。