CN104992049B - 一种以平面位置数据建立路面抗滑性能模型的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以平面位置数据建立路面抗滑性能模型的方法，该方法通过已知路面的断面交通量以及路面性能指标的横向分布，采用数学方法求解出车轮荷载累计作用次数沿路面的横向分布，进而可以为特定路段建立相对准确的路面抗滑性能预测模型，以辅助该路段的路面养护维修管理决策。该方法有效解决了路面养护管理过程中建立路面性能模型数据量缺乏或不足的问题。为路面的科学管理，降低路面的寿命周期养护费用，延长路面的使用寿命，奠定了良好的基础。该方法可以应用于各等级公路或城市道路的养护维修管理，具有显著的技术优势和社会、经济效益。
Description
技术领域
本发明属于路面养护维修管理技术领域。具体涉及一种以平面位置数据建立路面抗滑性能模型的方法。
背景技术
路面性能模型是制定路面养护计划(优化和选择路面养护时机以及养护措施或处置方法等)和路面设计的重要依据。最常用或者最简单的路面性能模型一般可以表达为路面性能指标(摩擦系数BPN、构造深度TMD和平整度等)与路面通车时间(年或月，t)或车轮荷载通过路面某一断面的累计次数(n)的函数关系。通常需要根据通车若干年的路面性能检测时间序列数据，采用数学的方法(统计回归或随机过程方法)建立路面性能模型，预测路面未来一段时间的路面性能变化，以辅助路面养护维修管理决策。
然而，在实际路面管理过程中，并不总是可以获得理想的路面性能检测时间序列数据，譬如通车时间比较短的新路面，或者有些路段没有时间连续的路面性能检测数据。这些问题都给路面性能模型的建立带来相当大的困难，或者严重影响路面性能模型的准确性。
如何有效解决各等级公路或城市道路路面养护管理过程中建立路面性能模型数据量缺乏或不足的问题，对于路面(养护维修)的科学管理，降低或优化使用路面的寿命周期养护费用，提高路面的性能和服务质量，延长路面的使用寿命，具有重要意义。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种以平面位置数据建立路面抗滑性能模型的方法，以解决各等级公路或城市道路路面养护管理过程中建立路面性能模型数据量缺乏或不足的问题。对于路面(养护维修)的科学管理，降低或优化使用路面的寿命周期养护费用，提高路面的性能和服务质量，延长路面的使用寿命，具有重要意义。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种以平面位置数据建立路面抗滑性能模型的方法，包括步骤：
1)根据路面某一车道交通量资料，换算出该车道断面累计标准轴载作用次数；
2)对所述车道某段的全断面以从左边线为起点，从左往右依次间隔一定距离取若干个测试点，另在硬路肩取一个测试点，对所有测试点采用铺砂法测定路面构造深度TD，并采用摆式仪测定路面摩擦系数BPN；
3)根据现场测试所得路面构造参数与路面摩擦系数，依据公式计算所述车道各个检测点的国际抗滑指数IFI(F60，Sp)，即：
式中，S为测试仪器的滑移速度，FRS为在滑移速度为S时检测所获得的路面摩擦系数，采用摆式仪测定的BPN值；A、B、C为路面摩擦系数测试装置或方法的标定参数，Sp为速度数，Tx为路面构造参数，采用路面构造深度TD；a、b为路面构造参数测定装置或方法的标定参数；
4)采用非线性指数模型Asymptotic模型建立所述车道抗滑性能随荷载作用次数衰减模型，所述Asymptotic模型表达式为：
式中：k1、k2、k3为回归系数，其中k1+k3表征抗滑性能指标初始值，k3表征抗滑性能指标衰减极限值，x为检测点所累计经受标准轴载作用次数。
进一步地，步骤4)中采用非线性指数模型Asymptotic模型建立路面抗滑性能随荷载作用次数衰减模型具体包括：
41)采用现场检测获得路肩的抗滑指标值，包括构造深度TD与抗滑性能BPN，计算抗滑性能指标F60的初始值，即求得表征抗滑性能指标初始值k1+k3；
42)根据我国现有路面养护规范选取构造深度最小值TDmin＝0.45，路面摩擦系数最小值BPNmin＝30，得到抗滑性能指标衰减极限值F60end＝0.1379，即k3＝0.1379；
43)联立方程组求解得到各个测试点的标准轴载次数以及k2：
其中，n为检测点编号，m为该车道断面累计标准轴载作用次数；
44)将所求得的k1、k2、k3代入非线性指数模型Asymptotic模型建立所述车道抗滑性能随荷载作用次数衰减模型。
相比现有技术，本发明针对目前部分通车时间比较短的新路面，或者有些路段没有时间连续的路面性能检测数据难以建立相对准确的路面抗滑性能模型的现状，有效解决了路面养护管理过程中建立路面性能模型数据量缺乏或不足的问题，为路面的科学管理，降低路面的寿命周期养护费用，延长路面的使用寿命，奠定了良好的基础。该方法可以应用于各等级公路或城市道路的养护维修管理，具有显著的技术优势和社会、经济效益。
附图说明
图1为车道内轮迹横向分布频率曲线。
图2为实施例车道全断面荷载作用次数分布直方图。
图3为实施例抗滑指标F60随车辆荷载作用衰减曲线。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
大量有关车辆在路面行驶轨迹的调查发现，车轮沿路面的行驶轨迹在横向具有一定的分布范围，并呈驼峰曲线形式分布，如图1所示。理论上讲，路面性能指标(例如摩擦系数、构造深度等)沿路面横向的分布应该与车辆行驶轨迹的横向分布形式是一致的。因此，如果已知路面的断面交通量，以及路面性能指标的横向分布，就可以通过数学的方法求解出车轮荷载累计作用次数沿路面的横向分布，并进而可以为特定路段建立相对准确的路面性能模型，以辅助该路段的路面养护维修管理决策。
本实施例中，某高速公路全线长度126.548公里，全线按设计速度100公里/小时的双向六车道高速公路技术标准建设，主线采用沥青混凝土路面。该高速公自2011年1月1日建成通车以来实行渠化交通，车辆严格分道行驶。
2014年4月对该高速公路K59+000～K60+000段选取重型车车道采用上述方法进行路面性能的预测，具体步骤如下：
步骤1)：根据路面交通量资料，换算出该车道断面累计标准轴载作用次数为4.45E+06次，既445万次,如表1所示；
表1 车道累积标准轴载换算结果
步骤2)：临时封闭该路段(K59+000～K60+000)重型车车道，选取K59+300全断面以从左边线为起点，从左往右依次间隔30公分取12个测试点，另在硬路肩取1个测试点；对所有13个测试点采用铺砂法测定路面构造深度TD，并采用摆式仪测定路面摩擦系数BPN。检测方法参照《公路路基现场测试规程》(JTG E60-2008)。
步骤3)根据现场测试所得路面构造深度值与路面摩擦系数，依据(公式1)计算路面国际抗滑指数IFI(F60，Sp)，如表2所示。
式中，S为测试仪器的滑移速度，FRS为在滑移速度为S时检测所获得的路面摩擦系数，取摆式仪测定的BPN值，其滑移速度为10km/h；Sp为速度数，Tx为路面构造参数，取手工铺砂法测定的构造深度TD。回归参数A＝0.054，B＝0.009，C＝0，a＝-11.5981，b＝113.6325，S＝10km/h。
表2 IFI抗滑指数计算结果
步骤4)采用非线性指数模型Asymptotic模型建立路面抗滑性能随荷载作用次数衰减模型，Asymptotic模型表达式为：
式中：k1、k2、k3为回归系数。其中k1+k3表征抗滑性能指标初始值，k3表征抗滑性能指标衰减极限值。由于道路路肩所受的荷载次数较少，近似将路肩的抗滑性能视同路面抗滑性能的初始状态，采用现场检测获得路肩的抗滑指标值(包括构造深度TD与抗滑性能BPN)计算F60的初始值，由TD0＝0.88，BPN0＝79，得到F600＝0.3960，既k1+k3＝0.3960。参考我国现有路面养护规范选取TDmin＝0.45，BPNmin＝30，得到F60end＝0.1379，既k3＝0.1379，k1＝0.3960-k3＝0.3960-0.1379＝0.2581；联立方程组(公式3)求解得到各个测试点的标准轴载次数如表3所示以及k2＝-0.0178。
表3 测试点标准荷载作用次数表
从而采用国际抗滑指数IFI的路面抗滑性能随标准荷载作用次数的衰减模型如公式(4)所示，衰减曲线如图3所示。从而，可根该据衰减模型预测某高速检测路段的路面抗滑性能，为日后的养护维修管理决策提供依据：
y＝0.2581·e-0.0178·x+0.1379。 (4)
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种以平面位置数据建立路面抗滑性能模型的方法，其特征在于，包括步骤：
1)根据路面某一车道交通量资料，换算出该车道断面累计标准轴载作用次数；
2)对所述车道某段的全断面以从左边线为起点，从左往右依次间隔一定距离取若干个测试点，另在硬路肩取一个测试点，对所有测试点采用铺砂法测定路面构造深度TD，并采用摆式仪测定路面摩擦系数BPN；
3)根据现场测试所得路面构造参数与路面摩擦系数，依据公式计算所述车道各个检测点的国际抗滑指数IFI(F60，Sp)，即：
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式中，S为测试仪器的滑移速度，FRS为在滑移速度为S时检测所获得的路面摩擦系数，采用摆式仪测定的BPN值；A、B、C为路面摩擦系数测试装置或方法的标定参数，Sp为速度数，Tx为路面构造参数，采用路面构造深度TD；a、b为路面构造参数测定装置或方法的标定参数；
4)采用非线性指数模型Asymptotic模型建立所述车道抗滑性能随荷载作用次数衰减模型，所述Asymptotic模型表达式为:
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式中:k1、k2、k3为回归系数，其中k1+k3表征抗滑性能指标初始值，k3表征抗滑性能指标衰减极限值，x为检测点所累计经受标准轴载作用次数。
2.根据权利要求1所述的以平面位置数据建立路面抗滑性能模型的方法，其特征在于，步骤4)中采用非线性指数模型Asymptotic模型建立路面抗滑性能随荷载作用次数衰减模型具体包括：
41)采用现场检测获得路肩的抗滑指标值，包括构造深度TD与抗滑性能BPN，计算抗滑性能指标F60的初始值，即求得表征抗滑性能指标初始值k1+k3；
42)根据我国现有路面养护规范选取构造深度最小值TDmin＝0.45，路面摩擦系数最小值BPNmin＝30，得到抗滑性能指标衰减极限值F60end＝0.1379，即k3＝0.1379；
43)联立方程组求解得到各个测试点的标准轴载次数以及k2：
<mrow>
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其中，n为检测点编号，m为该车道断面累计标准轴载作用次数；
44)将所求得的k1、k2、k3代入非线性指数模型Asymptotic模型建立所述车道抗滑性能随荷载作用次数衰减模型。
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| "沥青路面抗滑性能衰减试验研究";李天祥;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》;20120315;第2012年卷(第3期);第C034-88页 * |
| "视觉干预延长沥青路面使用寿命的方法与效果";徐明等;《公路工程》;20141231;第39卷(第6期);第96-99页 * |
| "车辆轨迹横向干预对沥青路面抗滑性能影响的研究",;蒋子彬;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》;20170215;第2017年卷(第2期);第C034-321页 * |
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