巨单高速路面横向力系数影响因素分析

何毅 周勇军 刘旭 李光辉

摘要 巨单高速沥青路面上面层为SMA-13改性沥青玛蹄脂碎石，在交工验收前的路面工程质量检测时，不同检测单位对路面横向力系数检测结果出入较大，不能有效判定路面横向力系数质量，影响检测结果及交工验收。从配合比设计及施工、路面污染、检测设备、冲洗及检测用水、温度等方面着手，分析检测过程中出现的问题，并提出相应的解决措施，对路面横向力系数主要影响因素进行总结，供类似项目参考借鉴。

关键词 沥青路面;交工验收;横向力系数

中图分类号 U416.2 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）05-0067-03

0 引言

国家高速德上线巨野至单县段（鲁晥界）段（以下简称“巨单高速”）于2019年11月下旬开始对已完成的路面进行第三方检测，项目建设单位和省交通厅执法局分别委托一家检测机构进行独立检测，两家检测单位均检测合格后，省交通厅执法局根据合格的检测报告及建设过程监督情况，出具项目质量核验意见，才能进行交工验收，交工验收合格后通车运营。根据相关规程规范，路面横向力系数采用横向力系数检测车进行检测，测值介于45～52之间，而施工过程采用摆式摩擦仪得到的检测值基本在57以上，检测结果出入较大，不能有效判定路面横向力系数质量，影响检测结果及交工验收，将导致较大的社会及经济效益损失。对此，建设单位多次组织专家及参建各方分析论证，查找原因，主要从配合比设计及施工、路面污染、检测设备、冲洗及检测用水、温度等方面着手[1]，分别制定应对措施。最终，路面横向力系数检测结果均评定为合格，巨单高速顺利通过了交工验收，并按期通车运营，现阶段运营情况良好，实现了社会和经济效益目标。

1 工程及路面设计概况

1.1 工程概况

巨单高速位于山东省菏泽市境内，途经郓城县、巨野县、成武县、单县，接德上高速安徽砀山段，全长116.2 km，采用双向四车道高速公路标准，设计速度120 km/h。项目共设桥梁11 369.7 m/67座，互通式立交8处，设置匝道收费站7处，服务区2处，停车区1处，监控分中心1处，养护工区2处。

1.2 路面设计概况

项目收费站广场、服务区停车广场和部分地方道路采用水泥混凝土路面，主线、匝道和部分地方道路采用沥青混凝土路面。沥青混凝土路面设计采用双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状连续体系理论，以路表回弹弯沉值、沥青混凝土层的层底拉应力及半刚性材料层的层底拉应力为设计指标。沥青混凝土路面上面层为SMA-13改性沥青玛蹄脂碎石，设计厚度4 cm，抗滑技术指标横向力系数SFC60≥50，构造深度TC（mm）≥0.50。设计采用双轮组单轴轴载100 kN为标准轴载，标准设计年限为15年。

2 路面横向力系数测试系统

横向力系数测试系统在很多国家被采用，但在测试轮偏角、测试轮荷载、轮胎类型等方面的技术标准却不一致。英国SCRIM系统是这类设备中性能较为优良、使用范围也较广的一种类型。我国标准体系中引入的横向力系数测试系统即是英国的SCRIM系统，因此该方法规定的横向力摩擦系数测定车与英国SCRIM原型设备的基本参数指标保持一致[2]。

横向力系数测试系统自备大容量的蓄水装置，测试轮较耐磨，检测时车速较快，因此可以实现长距离连续快速检测，效率高，符合全线连续检测要求。同时，使用横向力系数检测车检测时，更符合机动车在路面上行驶的真实工作状态，还能反映路面防止车辆在紧急制动或在高速行驶中发生侧滑的能力。因此，横向力系数测试系统的检测结果更能反映路面的整体抗滑性能，检测结果相对客观，与铺砂法测构造深度和摆式仪法测摩擦系数相比，由于横向力检测是在道路的纵向上的连续检测，比前两者的点检测更能反映路面的整体抗滑性能，也避免了人工选点的主观因素，检测结果相对客观[3]。

3 测试结果与分析

3.1 配合比设计及施工

SMA-13改性沥青混合料应采用马歇尔试验方法进行设计，沥青混合料的配合比设计依据施工图及相关规程规范执行，按目标配合比、生产配合比、生产配合比验证三个阶段进行沥青混合料的配合比设计。SMA-13改性沥青混合料的最大理论密度采用计算法，毛体积密度由表干法测定。SMA-13混合料马歇尔试验配合比设计技术要求见表1。

在进行高速公路路面施工前，施工单位委托有资质、业绩的技术咨询单位对沥青混合料目标配合比、生产配合比进行设计，并对生产配合比进行验证，经监理单位批准后开始施工，生产配合比主要材料用量比例见表2。

沥青路面上面层于2019年9月上旬开始施工，11月下旬全部施工完成。施工过程中，由于无法达到横向力系数检测车检测条件，故采用摆式摩擦仪，每200 m测一处进行验证性检测，测值均大于57，构造深度0.9～

1.2 mm，满足规范要求[4]。

3.2 路面污染

巨单高速在进行瀝青路面上面层施工时，同步进行了部分中央分隔带和路侧填土、绿化、排水沟及护栏施工，路面附着较多的粉尘及泥土，部分已填充至空隙，存在不同程度的污染。在横向力系数检测车检测时，路面污染物降低了检测设备与路面的摩擦力，导致横向力系数偏低，影响检测结果。建设单位组织各单位对污染的路面及清洗后的路面分别进行检测，检测结果详见表3。

经过试验对比分析，污染路面比清洁路面的横向力系数偏低近12%。因此在路面横向力系数检测前应对路面进行深度清扫，采用钢丝刷、高压水等措施，同时要禁止施工车辆通行，避免再次污染。

3.3 检测设备

按照相关规程规范要求，路面横向力系数采用横向力系数检测车测试，建设单位委托的第三方检测单位、省厅执法局委托的验证性检测单位、省交通科学研究院进行的检测单位分别采用了三台不同的横向力系数检测车，但三台设备检测结果出入较大，不能作为有效的判定结论。为此，建设单位组织参建各方邀请权威专家分析论证，对横向力系数检测车实行统一标定，在实际测试过程中，设备测试轮胎的材质、老化程度、胎压，接触路面压力，传感器等均有影响。通过三家单位的对比检测，检测结果详见表4。

通过对比分析检测数据，建设单位委托的第三方检测单位及省厅执法局委托的验证检测单位测得的路面横向力系数不满足设计要求。通过对设备查验后发现，建设单位委托的第三方检测单位及省厅执法局委托的验证检测单位用于该项目检测的横向力系数检测车轮胎是2019年年初生产并销售（生产厂商于2019年11月召回了年初生产的轮胎），省交通科学研究院用于该项目的检测轮胎于2018年生产，可能导致检测结果偏差较大。对此，建设单位再次组织各检测单位采用与省交通科学研究院采购的相同批次轮胎重新检测，省交通科学研究院使用第三方检测单位的批次轮胎进行检測，检测结果详见表5。

通过对比分析发现，横向力系数检测车轮胎对结果影响较大，轮胎生产厂家召回了部分轮胎，该批次的轮胎测试结果不能作为评定依据，应该采用省交通科学研究院所使用的合格轮胎进行检测。

3.4 冲洗检测用水

由于路面交叉施工导致的污染，施工单位在施工过程中采取清扫冲洗等措施，冲洗用水均采用道路沿线侧抽取的地表水。项目所在区域气候干燥，冲洗水蒸发速度较快，经过多次的清扫冲洗，路面表面泛白（盐碱），局部路段就像覆盖有薄薄的积雪，手摸有明显的一层薄膜。当横向力系数检测车在路面行进时，薄膜降低了测试轮胎与路面间的摩擦力。对此，建设单位分别采用地表水冲洗路面和自来水冲洗路面，两者得到的横向力系数见表6。

此外，为论证冲洗及测试用水间的差距，建设单位对地表水及自来水进行送样检测，见表7。

通过对比试验，地表水中含有较多的矿物质，采用地表水冲洗路面后形成结晶体，检测用地表水也影响检测结果，这就是冲洗及检测用水导致横向力系数偏低的原因，在矿物含量高的地区进行检测时尽量采用自来水。经查阅相关文献，检测用水量最大影响测试结果3%，根据以往经验，在测试用水量最大时，影响结果最小，该项目检测时开关全部打开，故未对检测用水量进行对比分析。

3.5 检测温度

该项目的检测时间是2019年11月下旬至12月上旬，已进入冬季，气温较低，根据《公路路基路面现场测试规程》（JTGE60—2008）规定，横向力系数SFC值的温度修正测试系统的标准现场测试地面温度范围为（20±5）℃，系统测试要求地面温度控制在8～60 ℃范围内，其他地面温度条件下测试的横向力系数SFC值必须通过表8转换至标准温度下的等效横向力系数SFC值。通过调整检测时间至下午13：00～16：00，由于沥青路面吸热，实测沥青路面的温度达到10 ℃以上，具备路面检测条件。在测试过程中，横向力系数检测车根据现场温度实时对检测结果自动修正。只要在规范允许的检测温度范围内，可实施检测。

4 结语

路面横向力系数作为行车安全的重要指标，在其检测过程中，应尽量减少或避免影响其准确性的因素，确保得到准确可靠的检测数据，为高速公路交工验收、行车安全提供可靠依据。该文结合巨单高速路面横向摩擦力系数检测实例，通过对不同影响因素的对比试验，分析论证，影响该项目横向力系数的主要因素为测试设备，然后是路面污染及冲洗、检测用水。

参考文献

[1]饶志勇， 陈少幸. 路面横向力系数影响因素试验分析[J]. 山西建筑， 2008（8）： 301-302.

[2]公路路基路面现场测试规程： JTG E60—2008[S]. 北京：人民交通出版社股份有限公司， 2008.

[3]许成珩. 路面横向力系数检测常见问题探讨[J]. 黑龙江交通科技， 2012（6）： 38+40.

[4] 公路工程质量检验评定标准（第一册 土建工程）： JTG F80/1—2017[S]. 北京：人民交通出版社股份有限公司， 2018.