MK6双轮式横向力系数测试仪在高速公路检测中的应用研究
王国忠
(山西省交通建设工程质量检测中心(有限公司) 太原市 030006)
※基金项目：山西省交通厅科技项目(2017-1-18)
随着我国公路通车里程不断增加，路网运营能力不断提升，我国公路建设从设计、施工、管理、运营等多方面均得到长足发展，公路作为人、物等运输承载体因路面抗滑不足而引发的交通事故也倍增，整个社会对安全的关注达到了空前。
表征沥青路面抗滑性能的指标主要有构造深度和摩擦系数两种[1-2]，构造深度的检测主要采用铺砂法、激光法两种方法，摩擦系数的检测有摆式仪、单轮式横向力系数测试仪、双轮式横向力系数测试仪以及动态旋转式摩擦系数测试仪4种[1,3]，国内使用最多的横向力系数测试系统为双轮式横向力系数测试系统，横向力系数测试系统能够充分模拟下雨天最不利条件下路面行车的安全性[4-5]，可以有效反应路面的抗滑能力，在路面施工过程控制、交竣工验收、运营公路检测评价中发挥着不可替代的作用。
虽然横向力系数测试系统在国内得到广泛的应用，但是其测试方法及检测条件并没有统一的标准，《公路路基路面现场测试规程》双轮式横向力系数测试系统测定路面摩擦系数试验方法中，规定其检测适用于新建、改建路面工程的质量验收和无严重坑槽、车辙等病害的正常行车条件下测定沥青路面或水泥路面的摩擦系数[1]。但对于运营阶段的公路，等级不同、方向不同、车道不同横向力系数差异较大[6]，轮迹带横向力系数与横断面其余部位有着明显的区别，高速公路随着车辙深度的增加，车辆横向分布更加集中[7]，采用Mu-Meter系统对路面横向力系数检测过程中，保持测试轮处于轮迹带有一定的难度，导致检测结果与实际路面摩擦系数区别较大，为能够客观反映路面实际横向力系数，研究采用MK6双轮式测试系统进行运营公路抗滑性能检测方法有着重要的意义。
横向力系数采用双轮式横向力系数测试仪逐车道连续检测，输出结果为Mu-meter测值，每5m采集一点，SFC按换算关系得到。测试现场见图1。
图1 MK6双轮式横向力系数测试现场
选取通车年限分别为2年、3年、5年、7年的4车道高速公路各一条，每条选取典型路段长度300m，实测各车道车辙深度，将行车方向靠近中央分隔带的车道定义为超车道，外侧车道定义为行车道，统计有效宽度、有效宽度位置。有效宽度定义为横向特定区间车辆通过的频率达到某一数值，通过国内外文献检索分析，选择车辆经过频率为70%的特定区间，将标线内侧定义为刻度0点；
有效宽度位置定义为有效宽度左侧距离刻度0点的距离。
选取典型断面在车道全断面上喷涂刻度标识车辆通过的位置，车辆轮胎外侧通过刻度的位置定义为通过位置(横向位置)，超车道、行车道分别从0刻度喷涂，刻度间隔为5cm，喷涂时刻度板对准标线内侧，分别用2台摄像机记录车辆通过位置及车辆全貌，喷涂后的路面见图2。
图2 喷涂刻度后的路面
采用三米直尺每隔10m现场实测喷涂刻度断面前后100m的车辙深度，取其平均值作为车辙深度的代表值。在室内人工回放车辆摄像记录，统计分析车辆通过位置，超车道、行车道车辆横向分布见图3、图4。计算有效宽度及有效宽度位置，结果见表1。
图3 超车道车辆横向分布频率图
图4 行车道车辆横向分布频率图
表1 车辙深度与有效宽度统计结果
通过分析可以得知，随着通车年限的增加，高速公路车辙呈增加趋势，超车道车辙深度变化不大，行车道车辙明显增大，见图5；
随着车辙深度的增加有效区间减小，见图6，说明随着渠化交通，车辆行车更加集中，超车道有效宽度变化不大，通车2年与通车7年的最大差别为9.6%，行车道有效宽度明显减小，减小幅度达到44.3%；
随着车辙深度的增加超车道有效宽度位置没有明显的变化，但是行车道有效区间位置明显右移，见图7，说明行车道渠化交通使得车辆靠右行驶，硬路肩的存在为车辆行车安全提供更可靠的保障。
图5 车辙深度与通车年限关系
图6 有效宽度与车辙深度的关系
图7 有效宽度位置与车辙深度的关系
由上述分析可以得知，随着车辙深度增加，渠化交通更加明显，有效宽度位置及有效宽度均在变化，MK6双轮式横向力系数测试仪由于双后轮间距较窄，无法同时采集2条轮迹带数据，只能通过选取代表性的横向区间确定横向力系数，所以对于不同通车年限的公路如何合理选择测试位置至关重要，根据上述确定的有效宽度及位置，采用MK6系统横向每间隔10cm实测横向力系数，横向检测区间为有效宽度区间及左右各20cm，左测试轮与横向位置对齐，检测起点为所选段落前100m，测试轮与起点对齐，检测车辆静止，待听到开始口令后牵引车启动，在100m范围内提速至50km/h，车辆匀速前进，为了保证检测数据的有效性，到达终点后多检测50m左右，在数据处理时选取100～400m范围内的数据作为有效数据，计算该路段代表值，各测5次，将第3、第4、第5次代表值的平均值作为该段路的横向力系数，测试结果见表2、表3。
表2 超车道横向力系数检测结果
表3 行车道横向力系数检测结果
通过分析可以得知，MK6双轮式横向力系数测试仪在进行抗滑性能检测时，测试轮位置与检测结果有着很大的关系，当测试轮位置处于有效宽度区间内10cm时，检测结果变异性较小，通车7年以上的高速公路行车道抗滑性能检测时需慎重选择测试设备。表4为高速公路测试过程中超车道、行车道典型测试位置及有效测试宽度。
表4 典型测试位置及有效测试宽度
选择不同通车年限的高速公路，现场实测超车道、行车道车辙深度，并统计不同通车年限、不同车道的有效宽度及有效宽度位置，分析有效宽度、有效宽度位置随车辙的变化，实测横向不同位置的横向力系数，分析横向力系数与有效宽度的关系，得出如下结论：
(1)随着通车年限的增加，高速公路车辙呈增加趋势，超车道车辙深度变化不大，行车道车辙明显增大。
(2)随着车辙深度的增加有效区间减小，说明随着渠化交通，车辆行车更加集中，超车道有效宽度变化不大，通车2年与通车7年的最大差别为9.6%，行车道有效宽度明显减小，减小幅度达到44.3%。
(3)随着车辙深度的增加超车道有效宽度位置没有明显的变化，但是行车道有效区间位置明显右移。
(4)MK6双轮式横向力系数测试仪在进行抗滑性能检测时，测试轮位置与检测结果有着很大的关系，当测试轮位置处于有效宽度区间内10cm时，检测结果变异性较小。
(5)通车7年以上的高速公路行车道抗滑性能检测时需慎重选择测试设备。
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