第十七章 路面使用品质及路况评定
§17-1 路面功能及其评价
路面结构在汽车和自然因素的反复作用下,其使用性能会发生改变,由此路面结构逐渐出现破坏,并最终导致不能满足使用性能的要求(图17-1)。
在路面使用过程中,必须采取相应的养护、补强和改建措施,使路面的使用性能得到部分恢复,甚至提高。
图17-1 路况随时间的变化曲线
为了了解和掌握路面使用性能的变化情况,以便及时采取各种养护和改建措施,延缓其衰变或恢复其性能,必须定期对路面的使用性能进行评定。路面使用性能包括功能、结构和安全三方面。
路面功能是路面为道路使用者提供的舒适程度。
路面结构是指路面的物理状况,包括路面损坏状况和结构承载能力。
路面安全是指路面的抗滑能力。
功能和安全方面的使用性能是道路使用者所关心,道路管理部门则更注重结构方面的使用性能。路面使用性能的三个方面既有区别又有一定的联系。
路面使用品质及路况的评定就是确定路面结构现时的使用性能。
§17-2 路面结构承载能力的评定
路面结构承载能力,是指路面在达到预定的损坏状况之前还能承受的行车荷载作用次数,或者还能使用的年数。
路面结构的承载能力同损坏状况有着内在联系。在使用过程中,路面的承载能力逐渐下降,与此同时损坏逐步发展。承载能力低的路面结构,其损坏的发展速度迅速;承载能力接近于临界状态时,路面的损坏达严重状态,此时必须采取改建措施(设置加铺层等)以恢复或提高其承载能力。
路面结构承载能力的测定,可分为破损类和无破损类两种。前者从路面各结构层内钻取试样,试验确定其各项计算参数,通过同设计标准相比较,估算其结构承载能力。无破损类测定则通过路表的无破损弯沉测定,估算路面的结构承载能力。
一、弯沉测定
路表面在荷载作用下的弯沉量,可以反映路面结构的承载能力。路面的结构破坏可以是由于过量的竖向变形所造成,也可能是由于某一结构层的断裂破坏所造成。对于前者,采用最大弯沉值表征结构承载能力较合适;对于后者,则采用路表弯沉盆的曲率半径表征其承载能力更为合适。因而,理想的弯沉测定应包含最大弯沉值和弯沉盆两方面。
目前使用的弯沉测定系统有4种:(1)贝克曼梁(Benkleman beam)弯沉仪;(2)自动弯沉仪;(3)稳态动弯沉仪;(4)脉冲弯沉仪。前两种为静态测定,得到路表最大弯沉值。后两种为动态测定,可得到最大弯沉值和弯沉盆。
(一)静态弯沉测定
最常用的是贝克曼梁弯沉仪,测定时梁的端头穿过测定车后轴双轮轮隙,置于车轮前方10cm左右的路面测点上。梁在后三分点处通过支点承于底座上。梁的另一端处架设一百分表,以测定端头的升降量。车辆以爬行速度向前行驶,车轮经过梁的端头时,读取百分表的最大读数;车辆驶离后,再读取百分表的读数;两者差值的两倍即为路表面的回弹弯沉值。
自动弯沉仪将弯沉测定梁连接到测定车后轴之间的底盘上。测定时,梁支于地面保持不动,车辆向前移动,当后轮驶过并通过梁端头时,弯沉值被自动记下来,达最大弯沉值时测定梁被提起,并拉到车辆底盘的前端,到下一测点处测定梁再被放下。自动弯沉仪可连续进行弯沉测定,并自动记录测定结果。车辆行驶速度为3~5km/h,每天约可测定30km。
承载板法是通过加载-卸载测定路面结构的综合回弹模量。
贝克曼梁弯沉仪量测到的是最大回弹弯沉值,而自动弯沉仪测到的是最大总弯沉值。
轮载、轮压和加载时间(行驶速度)是影响测定结果的三项加载条件。在测定前和测定过程中,必须认真检查是否符合规定要求。
测定时,测试车辆沿轮迹带行驶。如仅使用一台贝克曼梁弯沉仪,测点沿外侧轮迹带布置。测点间隔可为20~50m,视测定路段长度要求而定。
测定结果可点绘成弯沉断面图。由于影响承载能力的变量众多,可以预料各测点的弯沉值会有较大的变异。因而,通常采用统计方法对每一路段的弯沉值进行统计处理,以路段的代表弯沉值表征该路段的承载能力。
路段的代表弯沉值l0可按下式确定:
(17-1)
式中:——路段各测点弯沉的平均值,即
(17-2)
(——该路段弯沉测定标准偏差,即
(17-3)
(——控制保证率的系数,保证率为50%时,(=0;保证率为90%时,(=1.282;95%时,(=1.64;97.7%时,(=2.00;
n——该路段的测点数;
沥青面层的劲度随温度而变,路基的模量随湿度而变。因而,弯沉测定结果同测定时路面结构的温度和湿度状况有关。通常以20℃作为沥青路面的标准测定温度,以最不利潮湿或春融季节作为测定时期。对于在其他环境条件下测定的结果,应作温度和湿度修正。
温度修正系数kt可按下述经验公式确定。
当测定时沥青层内的平均温度T<20℃时
式中:h——沥青层厚度(cm);
T——沥青层平均温度(℃),按下式计算:
T=α+bT5
a=-2.65+0.52h
b=0.62-0.008h (17-6)
由于气候、水文和土质条件的不同,各地区路基湿度和季节性变化规律不尽相同;并且,路面结构不同,路基温度变化对路表弯沉值的影响程度也不一样。因而,考虑湿度变化的季节修正系数K1随地区、土质、路基潮湿类型、路面结构等因素而变,应依据当地具体条件建立的弯沉季节变化曲线,结合经验确定之。
测定路段的弯沉值如果变化范围很大,需进行分段,分别确定其代表弯沉值。分段可通过目估,并结合路况进行。也可按统计方法,对划分的相邻路段进行显著性检验,依据是否有显著差别决择其分或合。
(二)动态弯沉测定
稳态动弯沉仪系利用振动力发生器在路表面作用一固定频率的正弦动荷载,通过沿荷载轴线间隔布置的速度传感器(检波器)量测路表面的动弯沉曲线。用于公路上的是轻型动弯沉仪,所施加的动荷载约50kN;用于机场上的则是重型的,动荷载约达150kN。
图17-2 落锤弯沉仪示意图
脉冲弯沉仪又称落锤弯沉仪(FWD) (图17-2)。它以50~300kg质量从4~40cm高度落下,作用于弹簧和橡皮垫上,通过30cm直径承载板传给路面半正弦脉冲力。通过改变质量和落高,可以施加不同级位的荷载,从15kN到125kN。脉冲力作用持续时间约为0.028s。利用沿荷载轴线间隔布置的速度传感器,量测到路表面的弯沉曲线(图17-3)。由于仪器本身重量轻,路面受到的预加荷载的影响比稳态动弯沉仪的小得多。
动态弯沉测定可以得到路表弯沉曲线。作用于路表的动荷载向路面结构内的应力扩散类似圆锥形。应力锥同各结构层次界面的交点具有特定的含义:在交点以外的路表弯沉值仅受到此交点所在界面以下各结构层模量的影响。利用这一特性,可以依据应力锥和结构层次布置传感器的位置,并按量测得到的弯沉值应用层状体系理论解分别确定各结构层的弹性模量值。
图17-3 落锤弯沉仪路表面的弯沉曲线示意图
弯沉测定时,所施加的动荷载大小应尽可能接近于路上的车辆荷载。此外,为了解材料的非线性特征,施加的动荷载需变换级位。
二、结构承载能力评价
不同路面结构具有不同的路表弯沉值。因而,不能单独从最大弯沉值大小来判断路面结构的剩余寿命。同时,路面结构的承载能力会在使用过程中逐渐下降。反映在弯沉值变化上,则为路段的代表弯沉值随时间(轴载作用次数)的增加而逐渐增长。随着弯沉值的增长,路面逐渐出现车辙变形和裂缝等损坏。定义某种程度的损坏作为临界状态,相应于这种损坏状况的路面弯沉值,即为路面结构的极限承载能力。为此,要判断现有路面结构的承载能力(剩余寿命),除了由测定得到代表弯沉值外,还须知道路面结构类型、路面损坏状况以及到调查测定时路面已承受的标准轴载作用次数。
利用沥青路面的弯沉值同标准轴载累计作用次数和路面损坏临界状态间的关系曲线,可按路段的代表弯沉值和路面已承受的标准轴载累计作用次数,确定现有路面结构的剩余寿命。例如,如代表弯沉值为25×10-2mm,已承受标准轴载共4.0×106次的作用,则由弯沉曲线可推算出达90%可靠度时的剩余寿命约4.1×106次。
利用由动态弯沉测定得到的弯沉曲线,可以分别计算确定各结构层的弹性模量值。而后,配合由钻孔得到的结构层厚度数据,便可利用有关路面结构设计图表或公式计算确定路面结构的承载能力,力学分析法是其中之一。
力学分析法的基本理论是基于路表荷载的圆锥扩散假定(图17-3),它包括以下几点:①离荷载中心较远处的弯沉(4仅与路基的模量有关,即与路基的弹性压缩有关;②距离荷载中心r3处的弯沉(3是第三层和第四层的弹性压缩所致;③距离荷载中心r2处的弯沉(2是第二、第三层和第四层的弹性压缩所致;④荷载中心处的弯沉是第所有各层弹性压缩所致。以上四点假定可用如下关系式表示:
对三层体系:
(4=f4(E3)
(2=f2(E2,E3)
(0=f0(E1,E2,E3) (17-7)
对四层体系:
(4=f4(E4)
(3=f3(E3,E4)
(2=f2(E2,E3,E4)
(1=f1(E1, E2,E3,E4)
(0=f0(E1,E2,E3,E4) (17-8)
以上分析模型,可由函数f3及f4(或f4及f2)可以唯一地确定E3及E4(E3及E2),对三层体系,由f0可以唯一地确定E1;对四层体系,必须解f0及f1的连列方程得到E1, E2
沥青路面采用强度系数SSI作为评价指标,SSI=路面容许弯沉值 / 路面代表弯沉值。表17-1为评价标准。
表17-1 沥青路面采用强度系数SSI作为评价标准
评价指标
优
良
中
次
差
结构强度系数
(1.2
1.0~1.2
0.8~1.0
0.6~0.8
(0.6
§17-3 路面结构损坏状况评定
路面结构的损坏状况,反映了路面结构在行车和自然因素作用下保持完整性或完好的程度。
新建或改建的路面,都需采取日常养护措施进行保养,以延缓路面损坏的出现;而在路面结构出现损坏后,应及时采取相应的维修措施以减缓损坏的发展速度;当路面损坏状况恶化到一定限度后,便需采取改建或重建措施以恢复或提高其结构完好程度。因而,路面结构损坏的发生和发展同路面养护和改建工作密切相关。
路面结构出现损坏,会在不同程度上影响路面的平整度。因而,可以通过平整度指标在一定程度上反映路面的损坏状况。然而,平整度的好坏还同路面施工质量等因素有关,并且主要反映道路使用者的要求和利益。因此,路面结构损坏状况是道路管理部门所关注的据以鉴别需进行养护和改建的路段和选择宜采取的措施。
路面结构的损坏状况,须从三方面进行描述:(1)损坏类型;(2)损坏严重程度;(3)出现损坏的范围或密度。综合这三方面,才能对路面结构的损坏状况作出全面的估计。
一、损坏类型
促使路面出现损坏的原因是多方面的(荷载、环境、施工、养护等),因为结构损坏所表现出的形态和特征也是多种多样的。各种损坏对路面结构完好程度和路面使用性能有不同程度的影响,需相应采取不同的养护或改建对策。因此,进行路面结构损坏状况调查前,要依据损坏的形态、特征和肇因,对损坏进行分类,并对每一类损坏规定明确的定义。
表17-1 路面损坏分类
类型
沥青路面
类型
水泥路面
裂缝或断裂
纵向裂缝
裂缝或断裂
纵向裂缝
横向裂缝
横向裂缝
龟裂
斜向裂缝
块裂
角隅裂缝
温度裂缝
变形
沉陷
反射裂缝
隆起
变形
车辙
表面损坏
纹裂或起皮
波浪
沉陷
隆起
坑洞
表面损坏
泛油
接缝损坏
填缝料损坏
松散
接缝碎裂
坑槽
拱起
磨光
唧泥
露骨
错台
路上常遇到的主要损坏类型,可按损坏模式和影响程度的不同而分为四大类(见表17-1);
1)裂缝或断裂类——路面结构的整体性因裂缝或断裂而受到破坏;
2)永久变形类——路面结构虽仍保持整体性,但形状在各种因素的作用下产生较大的变化;
3)表面损坏类——路面表层部分出现的局部缺陷,如材料的散失或磨损等。
4)接缝损坏类——水泥混凝土接缝及其邻近范围出现的局部损坏。
二、损坏分级
各种路面损坏都有一产生和发展的过程。在这过程中,处于不同阶段的损坏,对于路面使用性能有不同程度的影响。例如,裂缝初现时,缝隙细微,边缘处材料完整,因而对行车舒适性的影响极小,裂缝间也尚有较高的传荷能力;而发展到后期,缝隙变得很宽,边缘处严重碎裂,行车出现较大颠簸,而裂缝间已几乎无传荷能力。因而,为了区别同一种损坏对路面使用性能的不同影响程度,对各种损坏须按其影响的严重程度划分为几个等级(一般2~3个等级)。
对于断裂或裂缝类损坏,分级时主要考虑对结构整体性影响的程度,可采用缝隙宽度、边缘碎裂程度、裂缝发展情况等指标表征。对于变形类损坏,主要考虑对行车舒适性的影响程度,可采用平整度作为指标进行分级。对于表面损坏类,往往可以不分级。具体指标和分级标准,可根据各地区的特点和其它考虑,经过调查分析后确定。损坏严重程度分级的调查,往往通过目测进行。为了使不同调查人员得到大致相同的判别,对分级的标准要有明确的定义和规定。
各种损坏出现的范围,对于沥青路面和砂石路面,通常按面积、长度或条数量测,除以被调查子路段的面积或长度后,以损坏密度计(以%或Σ条数/子路段长表示)。而对于水泥混凝土路面,则调查出现该种损坏的板块数,以损坏板块数占该子路段总板块数的百分率计。
三、损坏调查
损坏调查通常由2人调查小组沿线通过目测进行。调查人员鉴别调查路段上出现的损坏类型和严重程度并丈量损坏范围后,记录在调查表格上。同一个调查路段上如出现多种损坏或多种严重程度,应分别计量和记录。
目测调查很费时。如果调查的目的不是为了确定养护对策和编制养护计划,则可采用抽样调查的方法,不必对整个路网的每一延米的各种损坏都进行调查。通常,可采取每公里抽取其中100m长的路段代表该公里的方法,但每次调查都要在同一路段上进行,以减少调查结果的变异性和保证各次调查结果的可比性。
四、损坏状况评价
每个路段的路面可能出现各种不同类型、严重程度和范围的损坏。为了使各路段的损坏状况或程度可以进行定量比较,需采用一项综合评价指标,把这三方面的状况和影响综合起来。通常采用的是扣分法。选择一项损坏状况度量指标,例如称为路面状况指数PCI,以百分制或十分制计量。对于不同的损坏类型、严重程度和范围规定不同的扣分值,按路段的损坏状况累计其扣分值后,以剩余的数值表征或评价路面结构的完好程度。可用下式表示:
(17-9)
式中:C——初始(无损坏时)评分值,百分制时一般用C=100;
i,j——相应为损坏类型数(共n种)和严重程度等级数(共m级);
——i种损坏、j级严重程度和k范围的扣分值;
Wij——多种损坏类型和严重程度时的权函数。
各种损坏类型和严重程度对路面完好程度及其衰变速率有不同程度的影响,对路面使用要求的满足程度有不同影响,对养护和改建措施有不同的需要。其间很难建立明确的定量关系。因而,只能采用主客观相结合的方法(类似于行驶质量评价中采用的方法),确定不同损坏类型、严重程度和范围的扣分值DPijk。
首先制定一个统一的分级和评分标准表。例如,将路面状况划分为特优、优、良、中、差和很差6个等级,采用百分制,为每一等级规定相应的级差范围和相应的养护对策类型(见表17-2)。
路面损坏状况评价标准 表17-2
损坏状况评级
特优
优
良
中
差
很差
路面状况指数PCI
100~91
90~81
80~71
70~51
50~31
≤30
养护对策
不需
日常养护
小修
小修、中修
中修、大修
大修、重建
选择一些仅具有单一损坏类型的路段,组织由道路管理部门人员组成的评分小组,按上述评价标准对路段进行评分。整理这些评分结果,可以为每种损坏类型确定扣分曲线或扣分表(表17-3列举一部分以作示例)。
沥青路面损坏单项扣分值表 表17-3
类型
严重程度
损坏密度(%)
0.1
1
5
10
50
100
龟裂
轻
8
12
18
30
50
60
中
10
14
22
35
55
75
重
12
17
28
45
70
90
块裂
轻
5
8
16
25
32
40
重
8
12
20
35
62
68
车辙
轻
1
5
10
20
45
60
重
3
10
20
30
60
80
沉陷
轻
2
10
20
33
65
75
重
4
12
27
40
75
100
坑槽
轻
1
12
25
42
67
80
重
10
17
30
52
77
100
泛油
不分
1
5
10
12
20
30
路段上有时常出现几种损坏类型或严重程度等级。如果分别按单项扣分值累加得到多种损坏(或严重程度)路段的扣分值,则有时会出现超过初始评分值C的情况,或者超过对多种损坏路段进行评分的结果。为此,对多种损坏的情况需进行修正。利用评分小组对多种损坏路段的评分结果和各项单项扣分值,经过多次反复试算和调整,可得到多种损坏时的修正(权)函数Wij。
§17-4 路面行驶质量
路面的基本功能是为车辆提供快速、安全、舒适和经济的行驶表面。路面行驶质量反映路面满足这一基本功能的能力。
路面行驶质量的好坏,同(1)路面表面的平整度特性;(2)车辆悬挂系统的振动特性;(3)人对振动的反应或接受能力三方面因素有关。从路面状况的角度,影响路面行驶质量的主要因素是路面平整度。
路面平整度可定义为路面表面诱使行驶车辆出现振动的高程变化。路面不平整所引起的车辆振动,会对车辆磨损、燃油消耗、行驶舒适、行车速度、路面损坏和交通安全等多方面产生直接影响。因此,采用平整度是度量路面行驶质量的一项性能指标。
一、平整度测定方法
曾出现过多种路面平整度测定方法和仪器。它们可划分为两大类型:(1)断面类平整度测定;(2)反应类平整度测定。
(一)断面类平整度测定
断面类平整度测定是直接沿行驶车辆的轮迹量测路面表面的高程,得到路表纵断面,通过数学分析后采用综合统计量作为其平整度指标。
属于这一类的方法,主要有:
1水准测量
采用水准仪和水准尺沿轮迹测路面表面的高程,由此得到精确的路表纵断面。这是一种测定结果较稳定的简便方法,但测量速度很慢,很费工。
2梁式断面义
用3m长的梁(或直尺)连续量测轮迹处路表同梁底的高程差,由此得到路表纵断面。这种方法较水准测量的测定速度要快些。
3惯性断面仪
在测试车车身上安置竖向加速度计,以测定行驶车辆的竖向位置变化。车身同路表面之间的距离,利用激光、超声等传感器进行测定。两方面测定结果叠加后,便可得到路表面纵断面。
断面类平整度测定方法的主要优点是可直接得到轮迹带路表面的实际断面,依据它可以对路面平整度的特性进行分析。而其主要缺点是,对于前两种方法来说,测定速度太慢,不宜用于大范围的平整度数据采集;对于惯性断面仪来说,仪器精密度高,操作和维修技术要求高,因而其广泛应用受到了限制。
(二)反应类平整度测定
反应类平整度测定系统是在主车或拖车上安装由传感器和显示器组成的仪器。可以传感和累积车辆以一定速度驶经不平路表面时悬挂系统的竖向位移量。显示器记下的测定值,通常是一个计数数值,每计一个数相应于一定的悬挂系位移量。
反应类平整度测定系统的优点是价格低廉,操作简便,可用于大范围内的路面平整度快速测定。然而,由于这类测定系统是对路面平整度的一个间接度量,其测定结果同测试车辆的动态反应状况有关,也即随测试车辆机械系统的振动特性和车辆行驶的速度而变化。因而,它存在三项主要缺点:(1)时间稳定性差——同一台仪器在不同时期测定的结果,会因车辆振动特性随时间的变化而不一致;(2)转换性差——不同部门测定的结果,由于所用测试车辆振动特性的差异而难以进行对比;(3)不能给出路表的纵断面。
为克服上述第一项缺点,需经常对测定仪器进行标定。标定路段的平整度采用断面类平整度测定方法测定。测定仪器在标定路段上的测定结果与标准结果建立回归关系,即为标定曲线。利用此曲线,可将不同时期的测定结果进行转换。
为克服上述第二项缺点,需寻找一个通用的平整度指标,以便把不同仪器或不同部门定的结果,统一转换成以这个通用指标表示的平整度值。这样,它们就能够进行相互比较。
二、国际平整度指数(IRI)
反应类平整度仪测定的结果,通常以车辆行驶一段距离后的累积计数值表示,Σ计数/km。如果把每一种反应类平整度仪的计数以相应的悬挂系竖向位移量表示,则测定结果可表示为m/km,它反映了单位行驶距离内悬挂系的累积竖向行程。这是一个类似于坡度的单位,称作平均调整坡(ARS)。
以ARS作为指标表示测定结果时,不同反应类平整度仪测定之间可以建立良好的相关关系。但这种关系只能在测定速度相同的条件下才能成立。因而,必须按速度分别建立回归方程。
国际平整度指数(IRI)是一项标准化的平整度指标。它同反应类平整度测定系统类似,但是采用数学模型模拟1/4车(即单轮,类似于拖车)以规定速度(80km/h)行驶在路面上,分析具有特定特征参数的悬挂系在行驶距离内由于动态反应而产生的累积竖向位移量。分析结果也以m/km表示。因而,这一指标与反应类仪器的ARS相似,称作参照平均调整坡(RARS30)。
上述分析过程已编成电算程度。在量测到路表纵断面的高程资料后,便可利用此程序计算该段路面平整度的国际平整度指数IRI值。对标定路段的平整度,按上述方法用国际平整度指数表征,而后同反应类平整度仪的测定结果建立标定曲线,则使用此类标定曲线便可克服反应类平整度仪转换性差的缺点。
三、行驶质量评价
如前面所述,路面行驶质量同路表面的不平整度、车辆的动态响应和人的感受能力三方面因素有关。因而,不同的乘客乘坐同一辆车行驶在同一个路段上,由于各人对行驶舒适性的要求和对颠簸的接受能力不同,对该路段的行驶质量会作出不同的评价。
由于评价带有个人主观性,为了避免随意性,乃提出了主客观相结合的评价方法。一方面邀请具有不同代表性的乘客,分别按各人的主观意见进行评分,而后汇总大家的评价,以平均评分值代表众人的评价。另一方面对各评价路段进行平整度量则。通过回归分析建立主观评分同客观量测结果的相关关系。由此建立的评价模型,便可用来对路面行驶质量进行较统一的评价。
对行驶质量的评价可以采用5分或10分评分制。评分小组的成员应能覆盖对行驶舒适性有不同反应的各类人员(不同职业、年龄、社会经济和文化背景等)。所选择的评分路段,其平整度和路面类型应能覆盖住可能遇到的范围和情况。评分时所乘坐的车辆,应选择其振动特性具有代表性的试验车。整个评分过程中,采用相同的试验车和行驶速度。
整理各评分路段的主观评分和客观量测结果后,通过回归分析可建立线性或非线性的评价模型,如
RQI=6.76-0.46IRI (17-10)
式中:RQI——行驶质量指数,5分制;
IRI——国际平整度指数(m/km)。
利用评价模型可以对路面行驶质量的好坏作出相对的评价。然而,还需要建立行驶质量的标准,以衡量该评价对使用性能最低要求的满足程度。
行驶质量标准的制定,一方面依赖于乘客对行驶舒适性的要求,另一方面在很大程度上受经济因素的制约。标准定得过高,会使路网内许多路段的路面需采取改建措施,从而提高所需的投资额。
乘客对路面舒适性的要求,可以通过在评分表中列入不可接受、可接受和难以确定三种意见供评分者选择,而后汇总其意见得出。例如,图17-4中所示为依据评分者在打分时选择的三种意见的比例绘制的频率曲线。由分布频率为50%的水平线同可接受和不可接受二条分布曲线的交点,可以确定行驶质量的上下限标准:完全可以接受的最低标准(图中为RQI=2.9)和完全不可以接受的最高标准(图中为RQI=2.2)。
按上述方法得到的标准,虽然在一定程度上也反映了乘客在经济方面的考虑,但仍需按当地的经济条件分析这一标准的可接受程度,而后再作出决择。
图17-4行驶质量标准的确定
§17-5 路面抗滑性能
路面抗滑性能是指车辆轮胎受到制动时沿路表面滑移所产生的抗滑力。通常,抗滑性能被看作是路面的表面特性,并定义为
f= (17-11)
式中:f为摩阻系数,F为作用于路表面的摩阻力,W为垂直于路表面的荷载。然而,笼统地说路面具有某一摩阻系数值是不确切的。应该对轮胎在路面上的滑移条件给予规定。不同的条件和测定方法,可以得到不相同的摩阻系数值。因此,需规定标准的测定方法和条件。
一、测定方法
抗滑性能可采用4种方法进行测定:(1)制动距离法;(2)锁轮拖车法;(3)偏转轮拖车法;(4)摆式仪法。
(一)制动距离法
以一定速度在潮湿路面上行驶的4轮小客车或轻化车,当4个车轮被制动时,车辆减速滑移到停止的距离,可用以表征非稳态的抗滑性能,以制动距离数SDN表示:
(17-12)
式中:v——刹车开始作用时车辆的速度(km/h);
Ls——滑移到停车的距离(m)。
测试路段应为材料组成均匀、磨耗均匀和龄期相同的平直路段。测试前和每次测定之间,先洒水润湿路表面到完全饱和。制动速度以64.4km/h为标准速度。也可采用其它速度,但不宜低于32km/h。
(二)锁轮拖车法
装有标准试验轮胎的单轮拖车,由汽车拖拉,以要求的测定速度在洒水润湿的路面上行驶。抱锁测试轮,通过测定牵引力确定在载重和速度不变的状态拖拉测试轮时作用在轮胎和路面间的摩阻力。以滑移指数SN表征路面的抗滑性能:
SN=FW×100 (17-13)
式中:F——作用在试验轮胎上的摩阻力(N);
W——作用在轮上的垂直荷载(N)。
轮上的载重为4826N,标准测试速度为64.4km/h。牵引力由力传感器量测,速度由第五轮仪量测。
(三)偏转轮拖车法
拖车上安装有两只标准试验轮胎,它们对车辆行驶方向偏转一定的角度(7.5°~20°)。汽车拖拉以一定速度在潮湿路面上行驶时,试验轮胎受到侧向摩阻力的作用。记下此侧向摩阻力,除以作用在试验轮上的载重,可得到以侧向力系数SFC表征的路面抗滑性能:
(17-14)
式中:Fs——作用在试验轮胎上的侧向摩阻力(N);
W——作用在轮胎上的垂直荷载(N)。
锁轮拖车法和偏转轮拖车法都具有测定时不影响路上交通,可连续并快速进行的优点。
(四)可携式摆式仪法
这是一种主要在室内量测路面材料表面摩阻特性的仪器,也可用于野外量测局部路面范围的抗滑性能。
摆式仪的摆锤底面装一橡胶滑块,当摆锤从一定高度自由下摆时,滑动面同试验表面接触。由于两者间的摩擦而损耗部分能量,使摆锤只能回摆到一定高度。表面摩阻力越大,回摆高度越小。通过量测回摆高度,可以评定表面的摩阻力。回摆高度直接从仪器上读得,以抗滑值SRV表示。
二、抗滑性能评价
影响路面抗滑性能的因素有路面表面特性(细构造和粗构造)、路面潮湿程度和行车速度。
路表面的细构造是指集料表面的粗糙度,它随车轮的反复磨耗作用而逐渐被磨光。通常采用石料磨光值(PSV)表征其抗磨光的性能。细构造在低速(30~50km/h以下)时对路表抗滑性能起决定作用。而高速时起主要作用的是粗构造。它是由路表外露集料间形成的构造,其功能是使车轮下的路表水迅速排除,以避免形成水模。粗构造由构造深度表征其性能。
路表面应具有的最低抗滑性能,视道路状况、测定方法和行车速度等条件而定。各国根据对交通事故率的调查和分析,以及同路面实测抗滑性能间建立的对应关系,制定有关抗滑指标的规定。有的国家除了规定抗滑性能的最低标准外,还对石料磨光值和构造深度的最低标准作出了规定。表17-4所列为我国沥青路面设计规范中所列的沥青路面抗滑性能标准。抗滑性能评定以摆式仪的抗滑值SRV为指标。
沥青路面抗滑性能标准 表17-4
公路等级
横向力系数 SFC
构造深度TC(mm)
摆值 Fb(BPN)
高速、一级公路
(54
(0.55
(45