路面抗滑能力检测技术的探讨

　　1概述

　　路面抗滑能力是表征道路安全性能的指标，它反映了路面抵抗车辆产生滑行现象的能力，其物理意义即为路面与车辆摩擦力的大小，是影响路面车辆行驶或机场飞机起落滑行安全的重要因素。在我国现行规范《公路工程质量检验评定标准》中，提出三项指标反映路面抗滑能力的大小，即：路面宏观纹理深度、摆式仪测得的摆值、横向力系数。

　　过去，由于技术、资金的限制，在公路工程质量检验评定中一般采用砂铺仪、激光构造深度仪测量构造深度与摆式仪测摆值的方式。多年的实践证明，上述方法虽有较强的科学依据，然而所测得的指标不足以全面反映路面的抗滑水平。随着科技的进步，我国公路科技工作者自行研制开发的SCRIM测试车的问世及逐步推广使用，使得路面抗滑能力的检测水平大大提高。

　　2道路宏观纹理深度检测原理及技术

　　道路宏观纹理深度亦称道路构造深度，它所反映的是路面砂石等骨材大小、裸露外部的形状，柔性路面的骨材填塞挤压、微小的坑槽、暴露的砂石形状以及刚性路面表面的磨平、压纹、表面拉毛等构成的道路宏观纹理深度。道路宏观纹理深度可以影响车辆轮胎的变形情况。根据物理学知识可知，同样的两种材质，粗糙表面会比平整表面产生较大的摩擦力，而较大的摩擦力会使车辆在路面滑行时较早地停顿下来，从而使车辆安全性能得到提高。尤其在车辆高速行驶中，纹理深度较大的路面，摩擦力就大，抗滑能力也相对较强。

　　道路的粗糙程度表现为其表面的凹凸不平，以它表面的平均深度表现出来，即人们通常所讲的构造深度。显然，道路宏观纹理深度是影响抗滑力的重要因素，但它仅能从形成摩擦力的一个方面反映道路抗滑能力的大小。人们很容易想像，同样的宏观纹理深度，不同的沥青、砂石材料，路面的抗滑能力就会有所不同。也正因为宏观纹理深度不能全面代表抗滑水平，所以我国以前的公路规范中是将摆式仪测得的摆值与构造深度列在一起，将此两项指标并列用来控制路面的抗滑性能。

　　3摆式仪测摆值（BPN检测原理与技术)

　　本方法适用于测定沥青路面及水泥混凝土路面的抗滑值，用以评定路面在潮湿状态下的抗滑能力。相比宏观纹理深度，它更能反映路面的实际抗滑能力，因为前者是一种静态的测试，而摆值测试则是模拟动态的，属于能量损失法测试。其物理意义即为一运动物体受到外力（地面摩擦力）作用而停顿下来的过程，以其停止运动的快慢来评价路面抗滑能力。

　　在具体测试时，对温度、读数取舍等还有许多严格的要求。显然，摆值的测量受到诸多客观因素的制约，其精确性、重复性容易让人质疑，并且只能是分段点测，工作效率同样不高，其用于工程检查验收尚可，不适用于已通车路面的日常检查评定，而应该开发一种高效能的连续测量仪器，以适应路面管理系统的需要。

　　4横向力系数检测原理及技术

　　虽然宏观纹理深度和摆式仪测摆值可以反映出道路的抗滑能力水平，但这种分析试验是建立在一种假设上的，即直线状态的制动。摆式仪所反映的是车辆纵向的抗滑能力。从对大量交通事故的分析中可以看出：在我国及其他一些国家，交通事故的发生不单是纵向摩擦系数的问题，许多事故的发生是由车辆侧滑引起的，其数量占相当大的比例，特别是在山区，由车辆侧滑引发的大的恶性事故就更为突出。其理论依据也很明显：在道路行车状态时，由于路拱或横坡的存在，汽车在刹车时又因各车轮的制动阻力不可能绝对相等，汽车在路面就常有横向侧滑的倾向。于是专家们考虑，在借助机械方法推动车轮转动的同时，又给其施以附加阻力使车轮在路面滚动时产生一定的滑溜（即轮胎与路面发生滑动摩擦），使两者产生一个合力，即为车轮所受的横向力，通过检测这个力并计算其与车轮的垂直重力的比值作为路面的摩擦系数。

　　由于路面横向力系数与路面表面性状有关，特别是在潮湿状态下，SFC值迅速下降，因此表征路面抗滑能力均以潮湿状态下所测的SFC值为代表，车上专备储水罐为相应的洒水系统供水。

　　《公路路基路面现场测试规程》中规定水膜厚度为1mm，并规定：当车速为50km/h时，水阀开启50%；车速为70km/h时，水阀开启70%，以保证水膜厚度适当。我国目前一般选用50km/h进行测试，标准的SCRIM测试车1罐水可测试60km～80km。横向力系数的大小与行车速度关系密切，各国对此规定不一，我国目前还未建立车速与SFC的相关关系式，通常情况下，选用匀速50km/h进行测试。此外，对测试轮胎也做了相应的规定，应为3.00-20的光面胎，测试气压应为0.35MPa±0.01MPa，并且规定轮胎磨损6mm时，应予更换。一般情况下，轮胎的寿命为300km～500km。

　　路面横向力系数测定设备的基本构成分为装载车部分、测量机构、供水系统、数据采集处理系统及附属部分，各个部分协调一致、有机配合，实现完成采集路面抗滑性能数据的功能。装载车本身是一个移动载体，所有机构均置于载体上，并让其以一定的速度移动来完成测量；测量机构包括测量轮、配重、机械悬浮导轨、升降装置及横向力传感器等，它的功能是把两个载有恒定配重的测量轮置于装载车前后轴之间并成一个固定的夹角，通过控制部分自由地升降，当测量轮下降到测量位置时，测量轮与地面接触并自由转动，把产生的横向力传递至拉力传感器上供数据采集系统处理；供水系统包括水罐、水泵、水路，它的功能是使测试轮前一定宽度的路面形成一条纵向湿润带，模拟最不利条件测得路面的横向力系数；数据采集处理系统包括上位机、下位机、电源及距离、拉力、空气温度等传感器，它的功能是把各个传感器取得的信号加以处理并显示、记录、保留下来，供分析应用；附属部分包括标定系统、上水部分及各种附件工具箱体等，为校验仪器及辅助供水、存放备件、工具等用。与装载车相关的技术性能指标如下：

　　a）与测试速度相关的供水量自动控制；

　　b）测试轮与行车方向的夹角为20°；

　　c）测试轮的垂直荷载为100kg；

　　d）测试速度为40km/h～80km/h，标准测试速度为50km/h；

　　e）测试结果输出可在5m～100m之间任意选定。

　　横向力系数测试车适用于：

　　a）城市道路及各等级公路路面横向力系数的评价测试；

　　b）横向力系数指标的评定；

　　c）CPMS路面管理系统的路面平整度数据采集。

　　SCRIM横向力系数测试车的测试精度和测试速度均处于国外同类产品的先进水平，拥有良好的数据处理及输出功能，是测量道路横向力系数的高效车载式测试仪器，具有自动、高效、高精度等特点，可即时显示路面横向力系数参数、测试车测试时的速度及所测试的距离等数据，所有原始数据可自动保存，并可自动处理成每5m、10m、100m、1000m的路面横向力系数参数，能直接进入CPMS路面管理系统。

　　5SCRIM横向力系数测试车的优越性

　　SCRIM横向力系数测试车有以下几方面的优越性。

　　5.1充分体现了高效检测设备的优势，其检测效率远比其他几种方式要高得多。一般来讲，加满1罐水能连续检测60km～80km，每天可检测300km左右的单车道路面，这对于路网的检测评价是十分有利的。

　　5.2随着高等级公路特别是高速公路建设的发展，路面摩擦系数的采集方法首先要能保证操作人员及设备的安全性。传统的方法需要中断交通用摆式仪来测量，但在高速公路上中断交通是很困难的，而采用SCRIM方法测量摩擦系数不用中断交通，能在正常的交通流中测得真实、可靠、有效的数据，这就解决了两方面的问题：一方面是数据的采集对操作人员及设备是安全的，另一方面是采集的动态摩擦系数值能更真实地反映路面的实际抗滑能力。

　　5.3路面抗滑不单是解决纵向摩擦系数的问题，有时车辆侧滑引起的交通事故数量也占相当大的比例，特别是在山区，车辆侧滑引发的大的恶性事故就更为突出。所以研制方案里必须考虑到测量结果要能全面反映路面的抗滑能力。由于SCRIM的测量轮与车辆行驶方向成20°夹角，所以它不仅能反映纵向的摩擦系数，而且是一个综合的数据，它既有纵向分量又有横向分量，符合车辆在路面上行驶的实际情况。

　　5.4由于路面横向力系数测定仪（SCRIM）性能优越，1978年十六届世界道路会议推荐在全世界使用该仪器，故该仪器在全世界的拥有量最多，一些国际公路干线路网的抗滑性能评价标准都是以SCRIM测得的数据SFC值做为评定标准的。我国尽管在这方面起步较晚，但可以有一个较高的起点，利用最新技术迎头赶上，这样就能与世界公路同行有一个统一的评定标准，也有利于今后的国际技术交流。