路面纹理对水泥混凝土抗滑性能的影响研究.pdf

2 0 1 4年第 3期( 总 1 9 7期 ) 安徽建筑 交 通 工 程 研 究 与 应 用 安 徽 建 筑 一 路面纹理对水泥混凝土抗滑性能的影响研究 n f l u e n c e o f Pa v e me n t Te x t u r e o n Cl i n g Pr o p e r t y o f Ce me n t Co n c r e t e 郁培和 ， 李业根 ( 1 蚌埠市公路局怀远分局 ， 安徽蚌埠2 3 3 4 0 0 ； 2 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 ， 安徽合肥2 3 0 0 8 8 ) 摘 要 ： 从轮胎一路面间摩擦机理出发， 阐述不同的纹理对路面抗滑 性 能及 交通安全性的影响 ， 并比较我 国水泥混凝土路 面饰纹 工艺的抗 滑效 果。 关键词 ： 路面纹理； 摩擦机理； 细构造； 粗构造； 抗滑性能 中图分类 号： U 4 1 6 2 1 6 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 7 7 3 5 9 ( 2 0 1 4 ) 0 3 0 1 3 2 0 3 1 研究背景 路面抗滑性能一直以来被认为是影响道路交通安全性能 的重要因素， 它对行车速度大小、 方向控制以及制动距离作用 重大。路面抗滑性能不足将导致车辆产生滑移或水漂等现象， 从而引发交通事故。因此， 路面抗滑性能对于道路的社会性及 经济性都至关重要。 影响路面抗滑性能的因素众多， 如路面表面特征、 车辆操 作因素、 轮胎性能以及环境因素等。 其中， 最为关键的是路面表 面特征。实践证明， 路表应具有一定的摩擦系数和纹理深度才 能够保证路面的抗滑性能。 所谓的纹理是指由于路面表面颗粒 的分散而形 成的凹凸或起伏不平 。 路面纹理是路面最重要 的特 征， 对轮胎与路面间的相互作用 ， 如摩擦 、 噪声 、 飞溅及轮胎磨 损等影响巨大。 不同的纹理对路面抗滑性能的大小及耐久性作 用并不相同， 研究表明， 良好的纹理是路面抗滑性能的有效保 证， 对于交通安全有着极为重要的作用， 采用合适的工艺及路 面结构是获得良好纹理的关键。 本文介绍了国内外关于路面纹 理的一些研究成果， 并对我国水泥混凝土路面常用的饰纹工艺 的抗滑效果做了对比。 2 纹理分类及测试方法 路面纹理以波长( A) 及振幅( ) 来定义。世界道路组织协 会( P I A R C ) 根据以上参数将纹理分成细构造 、 粗构造 、 宏构造 和平整度四类( 见表 1 o 路面纹理分类 表 1 研究表明， 细构造和粗构造对轮胎与路面的摩擦性能起着 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 4 1 4 F + Fq 趔4 0 妊 妊 瓣 糖 2 0 图 1 轮胎一 路面间摩擦机理 0 R 0 Km, h 牛 于 驶速度 图 2 潮湿状况下不同类型路面抗滑性能同速度之间的关系图 S 咖l 如姗 枷 鼍小时车辆藏 图3 事故率、 路面抗滑性能及交通量关系图 虽 棚 毒 柏 如 帕 0 艇畔珠 辨 。 。 。 。 。 。 l 0 H 带v粹糕 安徽建筑 2 0 1 4 年第 3 期( 总 1 9 7 期 ) 重要作用。 细构造一般是由于水泥砂浆和集料表面的粗糙而形 成的， 它可以使残留在路面的薄层水膜破坏 ， 从而维持路面与 轮胎问的接触 ， 对 车辆 低速行驶 时的抗滑 力作 用显著 f 3 I。 细构造测量方法分为直接测量方法和间接测量方法。 直接 测量方法是在规定时间内对试件进行磨光试验后再用摆式摩 擦仪测定其摩擦力， 此值即磨光值( P S V) ， 该方法主要用于做 室内试验研究；间接测量方法应刖较为广泛的有摆式摩擦仪 ( B P T) 及动态摩擦系数仪( O F T) 。这两种方法的都是利用能量 守恒原理测定路面摩擦对能量的消耗从而获得摩擦值大小。 一 些测试车也被用来测量路面摩擦系数， 如锁轮车、 S C R I M等。 路面粗构造主要是和混合料的组成( 集料粒径 、 形状、 空隙 和排列等) 及表面处理方式有关。粗构造为路面积水提供了渠 道， 使水分可以在轮胎下排出， 因此对潮湿路面下行车作用很 大， 可有效防止或减少车辆的飞溅及打滑现象 ， 提高了行车的 安全性 。 路面粗构造的测量方法主要分为铺砂法、 断面仪法和流出 仪法。铺砂法利用一定体积下的砂摊铺于路表面， 通过测量铺 砂的直径获得路面平均构造深度 。 激光断面仪是应用较为广泛 的粗构造测量方法，该法利用光学原理计算路面构造深度， 适 用性强 ， 人为因素小。 3 轮胎一路面间摩擦机理 路面摩擦力是产生在轮胎与路面之间阻止两者发生相对 运动的力。当轮胎在路面转动或移动时就会有摩擦力产生。 路面的摩擦力可分为两部分： 一部分源于分子间引力的粘着分 量； 另一部分源于橡胶形变产生的滞阻分量， 如下式所示。 十 ( 1 ) 式中： F为损失总能量 ； F A 为粘着分量； 为滞阻分量。 粘着分量是由于轮胎橡胶和路面微粒间接触时的啮合和 吸引作用所产生的。 对轮胎进行磨损试验后 ，可在轮胎表面 找到粘着在其上的路面磨粒 。同样， 在路面上也可发现粘着在 其上的橡胶磨粒。另外， 轮胎与路面间发生的静电吸引也是轮 胎与路面间发生粘着的一个证明。 将轮胎与路面间粘着点剪断 所需的力就是摩擦力的粘着分量。由粘着作用而产生的摩擦力 主要取决于路面微观构造、 轮胎与路面接触面之间的压力及实 际接 触面积。 滞阻分量是当轮胎经过粗糙的路表时， 轮胎橡胶产生变形 并在一定的能量恢复下所产生的 因为与金属材料不同， 橡胶 是一种弹性非常好的材料。 在路面较大的微凸体及胎面花纹等 的作用下 ， 胎面会反复产生较大的弹性变形， 这种弹性变形所 产生的变形力与弹性变形恢复力的合力也构成了摩擦力的一 部分。由于存在弹性滞后等的影响， 弹性变形恢复力总是要小 于弹性变形力。 不同胎面花纹的轮胎在纵向或横向载荷作用下 将产生完全不同的变形情况 ， 这充分说明了橡胶弹性变形对轮 胎与路面间摩擦力产生的作用。闽此， 滞阻分量主要和胎面花 纹以及路面较大尺寸的微凸体即粗构造有关 ( 见图 1 ) 。 4 纹理对路 面抗滑性能及 交通 安全性的影响 不同的纹理将会对路面抗滑性能产生不同的作用。 一般来 说， 根据路面的细构造和粗构造路面可分为以下几类： 高质量摩擦， 高质量纹理 ， 即粗构造和细构造都良好； 低质量摩擦 ， 高质量纹理， 即粗构造良好 、 细构造不良； 低质量纹理， 高质量摩擦 ， 即细构造 良好 、 粗构造不良； 低质量纹理， 低质量摩擦 ， 即细构造和粗构造都不良。 以上几种类型在潮湿路面下都具有各 自的抗滑性能一速 度关系特点， 见图 2 。由上图分析知 ， 低速行车下细构造对路面 抗滑性能具有 显著 的作用 。随着速度 的增 加 ， 路面与轮胎间的 有效接触面积减少， 抗滑性能也随之减弱， 但通过粗构造排除 水分， 保证了轮胎与路面间一定的接触 ， 所以在良好的粗构造 作用下， 摩擦系数不会有急剧的变化。而在粗构造不良的状况 下， 抗滑性能减小的速率要快的多5 1。 路面潮湿的情况下对纹理的要求更加严格， 因为水的存在 使抗滑性能大幅度降低。有资料显示， 一般干线公路上的雨天 事故比例为降雨时间的 1 95 8 倍， 雨天事故直接损失是晴天 事故直接损失的 1 1 2 8倍。美国的调查数据表明， 美国东部 路面处于潮湿状态的时间占总时间的 1 5 ， 但湿路面事故却占 整个事故的 3 0 以上。这说明雨天比晴天的事故发生率要高， 而且事故损失也大大高于晴天6 1 。图 3给出了摩擦值 S N、 每小 时车辆数及 1 ， 0 0 0 ， 0 0 0车辆公里事故率的关系图。 由上图知， 交通量越大对路面抗滑性能的要求越高； 随着 路面抗滑性能增加 ， 交通事故率将会明显降低， 这也说明为了 获得 良好的交通安全性， 增强路面的抗滑性能极有必要 ， 而路 面的抗滑性能又是良好的细构造和粗构造作用的结果。 5 路面抗滑技术应用 路面铺筑过程中， 为增强路面抗滑性能 ， 除从原材料方面 严格控制以外， 优化施工工艺也起着重要作用。 我国现行水泥混凝土路面饰纹工艺主要有拉毛法、压槽 法 0 槽法等。各种方法都从不同程度上改善了路面的抗滑性 能， 但其作用效果并不完全相同。 针对不同的饰纹工艺， 试验路 主要采用了拉毛、 压槽、 刻槽法进行路表处理。 试验段检测方法 采用 S C R I M、 纵向摩擦系数测试车、 铺砂法和摆式摩擦仪法， 测 试结果见表 2 。 不 同饰纹方法的抗滑参数值 表 2 刻槽法在我国逐渐得到推广 ， 因为该方法不但能够获得较 好的纹理深度 ， 而且较之拉毛法和压槽法， 其抗滑耐久性更好。 刻槽法又分为横向刻槽 、 纵向刻槽及横纵向复合槽型。横向刻 槽主要是保证了行车刹车时的制动距离不能过长 ， 而纵向刻槽 则有效防止了车辆侧向滑移 ， 对行车的方向控制也起到了一定 交 通 工 程 研 究 与 应 用 安 徽 建 筑 墨 重 2 01 4年第 3期( 总 1 9 7期 ) 安徽建筑 父 通 工 程 研 究 与 应 用 安 徽 建 筑 圜 作用。横向刻槽及纵向刻槽两种方法应用都十分广泛。西班牙 多使用纵向刻槽 ， 美国一些州则使用横向刻槽， 槽的走向可根 据使用环境及具体条件确定。横向刻槽和纵向刻槽相比， 摩擦 系数略大。见表 3 。 不 同槽走向下的路面附着系数 表 3 干燥混凝土路面 潮湿混凝土路面 横 向槽 07 2 纵 向槽 0 6 9 横 向槽 061 纵 向槽 0 5 3 6 结束语 抗 滑I生能对于道路的社会性及经济性关系重大， 而路面纹 理是影响抗汁l生能的关键因素。从轮胎一路面摩擦机理分析， 细构造和粗构造在路面摩擦产生的过程中起着不同的作用。 因 此 ， 不同纹理状况的路面在潮湿情况下随着车速提高， 摩擦系 数衰减的规律各不相同。 研究表明， 纹理良好的路面， 抗滑性能 好 ， 事故发生率明显降低。 近年来， 我国的水泥混凝土路面和沥青混凝土路面的抗滑 研究有 了很大发展 ， 本文 比较 了水泥混凝土路面饰纹1 二 艺 的抗 滑效果， 更有效的优化抗滑工艺 ， 对抗滑机理进行深层次的认 识还需我们进行进一步的探讨和研究。 参考文献 【 l 】 刘清泉路面防滑机理与应用研究【 D 】 南京： 东南大学， 2 0 0 0 2 赵桂娟， 等冰 泥混凝土路面抗滑性能研究 J 1 _ 山东交通学院学报 2 0 0 6 ( 2) 【 3 】 张兰芳， 费建国 高等级公路沥青路面抗滑性能研究 林业建设 2 0 0 4 ( 2) ( 上 接 第 1 0 2页 ) 护， 为有效控制基坑变形， 桩径桩间距不变， 桩长 1 8 1 m， 同样 设置 4层预应力锚杆， 锚杆长度 1 5 m一 2 4 m， 施加预应力 6 0 8 0k N。 基坑除西北部外， 其余部位深度为 7 7 08 6 0 m。 北侧临 近居民小区围墙位置进行加强， 上部没有放坡空间， 自上而下 全部为桩锚支护 ， 采用围护桩直径 9 0 0 ra m， 间距 1 6 0 0 ra m， 桩长 1 3 7 0 m， 自上而下设置 3 层预应力锚杆， 锚杆长度 1 2 m 1 7 m， 施加预应力 6 0 8 0 k N；其余东南西三侧上部 1 5 m采用 1：1 坡率简易土钉墙支护 ，下部采用桩锚支护 ，采用围护桩直径 9 0 0 mm， 间距 1 8 0 0 mm， 桩 长 1 2 8 0 m， 同样设 置 3层 预 应力 锚 杆 ， 锚杆长度 1 2 m2 2 m， 施 加预应力 6 08 0 k N 。 3 3地下水控 制方案 本工程位于老城区中心 ， 基坑三侧紧邻城市道路， 另一侧 紧邻居民小区， 地下管线密布， 坑边老式民房较多， 长时间大范 围的深层降水， 必然会造成周边道路 、 围墙、 地坪和建筑物的沉 降开裂。为了保证基坑周边环境的安全， 依据本工程地下水条 件，基坑设计采用排水方案为全封闭式高压旋喷注浆截水帷 幕 。同时由于第层土杂填土厚度达 3 m一5 m， 为了减少填土 失水沉降， 造成邻近硬化路面及地表建筑物产生裂缝 ， 对填土 层进行 压密注浆处理 。 高压旋喷注浆截水帷幕为封闭落底式帷幕 ，采用直径 7 0 0 5 0 0的高压旋喷桩， 桩底进入第层粉质粘土不小于 1 m， 桩顶设在地面以下 2 m。 基坑内采用管井降水， 降水后基坑内的 水位应低于基坑底 0 5 m， 降水工程严格控制施工质量， 严格控 制出水的含砂土量， 以防止地下粉土粉砂流失掏空。 4 施工及 监测 4 1施工 本工程围护桩采用钻孔灌注桩 ， 桩顶采用冠梁联接 ， 桩间 护壁采用挂网喷射混凝土面层保护桩间土。 预应力锚杆孔径为 1 5 0 m m， 自由段全长套 P V C管。锚杆成孔采用螺旋干钻工艺， 在第层粉细砂易塌孔的地层 ， 可采用跟管钻进 ， 实际施工过 程中， 层粉细砂未出现明显塌孔 ， 均采用干钻工艺。 4 2基坑监测 该基坑监测内容包括： 支护结构顶部水平位移 ，周边建 ( 构) 筑物和地下管线 、 周边道路沉降、 坑边地而沉降 、 支护结构 深部水平位移、 锚杆拉力。在基坑四周共布置监测点 5 5个， 根 据变形监测结果 ， 基坑完工 后一个月 ， 冠梁顶水 平位移 仅有一 点超过 2 0 mm， 为 2 1 9 6 mm。其余点水平位移均不超过 2 0 ra m， 最大为 1 5 6 6 m m； 周边建筑物及道路最大沉降为 6 4 m m； 锚杆 拉力监测结果小于设计允许值。 对仅有的一个冠梁顶变形大于 2 0 m m的监测点进行现场调查及多方论证后，此点位于基坑东 南角， 填土层比其他支护段稍厚， 上部简易土钉墙变形量稍大， 下部桩锚体系施工过程中填土失水易产生沉降， 根据随后的监 测， 最终该点位移速率收敛且位移趋于稳定。施_T过程中未出 现任何险情 ， 坡顶及周边建筑墙体 、 路面等均未见明显裂缝 ， 地 下管线均未出现破裂漏水现象。 5 结束语 本工程两层地下室， 最大开挖深度 1 0 1 0 m， 是该地区目前 已完成 的最 深基 坑之一。本基坑于 2 0 1 1 年 7月开 工 ， 2 0 1 2年 1 2 月基坑完工， 目前该建筑主体工程已完成。在整个基坑施工 过程中， 支护效果非常理想， 基坑监测结果均在可控范围内， 确 保了城市道路和周边建筑物等的安全， 保护了老城区的地下水 环境， 实践证明该支护方案经济 、 安全 、 合理 ， 产生了良好的社 会经济效益， 对类似工程的实际应用具有一定的参考意义。 参考文献 1 刘国彬， 王卫东 基坑工程手册( 第二版 ) 【 M 北京： 中国建筑工业出 版社 ，2 0 0 9 2 高大钊 深基坑工程 M E 京 ： 机械工业 出版社， 2 0 0 2 3 J G J 1 2 0 9 9 ， 建筑基坑支护技术规程f s 北 京： 中国建筑 _丁业 出版社 1 9 99 4 1 GB 5 0 4 9 7 2 0 0 9 ， 建筑基 坑工程监测 技术规 范 s 一E 京 ： 中国计划 出 版社， 2 0 0 9 虽