彌海晨, 王琪, 薛輝, 馮樂
(1.西安公路研究院, 陜西 西安 710065; 2.陜西省交通建設(shè)集團公司西商分公司, 陜西 西安 710025)
為提升隧道內(nèi)水泥混凝土路面抗滑性能,筆者于2016年7、8月對西商高速公路工程中3座長、特長隧道水泥混凝土路面進行了微銑刨。經(jīng)初步試驗,認為相比于常規(guī)銑刨和精銑刨,微銑刨作為全新的隧道內(nèi)水泥混凝土路面抗滑性能提升技術(shù),隧道內(nèi)水泥混凝土路面強度影響小,對交通影響小,可以為后續(xù)“白+黑”罩面提供粗糙下承面,提高層間抗剪力,可以較好地改善隧道內(nèi)水泥混凝土路面的行駛質(zhì)量。
微銑刨是介于普通銑刨(174把刀具)和精銑刨(674把刀具)之間的一種銑刨工藝,將精銑刨機刀具間隔拆除一組,保留337把刀具,主要施工工藝參數(shù):銑刨深度控制在5~8 mm,銑刨機正常工作速度4~5 m/min,銑刨機刀具每8 000~10 000 m2整體更換一次。微銑刨后隧道內(nèi)水泥混凝土路面抗滑性能衰減規(guī)律對于隧道內(nèi)抗滑技術(shù)的合理選擇至關(guān)重要。該文利用西商高速公路工程兩年定期定點跟蹤檢測的近3 000個數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,主要對隧道內(nèi)水泥混凝土路面微銑刨后的路面抗滑性能的重要指標之一——摩擦系數(shù)衰減規(guī)律進行研究。
微銑刨后,西商高速公路觀測期兩年內(nèi)單向平均斷面交通量約為7 500輛/日,總體增長率約3%,總體交通量有變化,但是變化不大,根據(jù)交通荷載等級換算為極重等級??紤]到實體工程中運營管理單位更多的是關(guān)注抗滑性能隨時間的衰減,因此該文將影響因素進行了簡化,用通行時間代替交通量作為考察因素。
第1車道和第2車道主要行駛的車輛為小車,第3車道主要行駛的車輛為貨車。車道類型對摩擦系數(shù)衰減值的影響總體方差分析結(jié)果如表1所示。
由表1可見:4個時間段內(nèi)車道類型對摩擦系數(shù)衰減值的影響總體方差分析結(jié)果中,P值均大于顯著性水平0.05,因此不同車道的摩擦系數(shù)衰減值沒有顯著差異,即4個時間段內(nèi)車道類型對摩擦系數(shù)衰減值沒有顯著影響。這與一般認為貨車對路面摩擦系數(shù)影響較大的認識不一致。分析原因可能為:第3車道的車輛相對較少;貨車經(jīng)常會在其他兩個車道上行駛。
表1 車道類型對摩擦系數(shù)衰減值的影響方差分析結(jié)果
上行為商洛到西安方向,下行為西安到商洛方向,根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果,上、下行交通量相差不大。行車方向?qū)δΣ料禂?shù)衰減值的影響總體方差分析結(jié)果見表2。
由表2可見:4個時間段內(nèi)行車方向?qū)δΣ料禂?shù)衰減值的影響總體方差分析結(jié)果中,P值均大于顯著性水平0.05,因此不同行車方向的摩擦系數(shù)衰減值沒有顯著差異,即4個時間段內(nèi)行車方向?qū)δΣ料禂?shù)衰減值沒有顯著影響。
表2 行車方向?qū)δΣ料禂?shù)衰減值的影響方差分析結(jié)果
不同平曲線半徑(1 500、4 000 m和直線段)對摩擦系數(shù)衰減值的影響總體方差分析結(jié)果見表3。
由表3可見:4個時間段不同平曲線半徑對摩擦系數(shù)衰減值的影響方差分析結(jié)果中,P值大于顯著性水平0.05,因此不同平曲線半徑的摩擦系數(shù)衰減值沒有顯著差異,即4個時間段內(nèi)平曲線半徑對摩擦系數(shù)衰減值沒有顯著影響。
表3 不同平曲線半徑對摩擦系數(shù)衰減值的影響方差分析結(jié)果
1.4.1 總體方差分析
不同縱坡(-1.68%、-1.63%、1.68%和2.39%)對摩擦系數(shù)衰減值的影響總體方差分析結(jié)果見表4。
表4 不同縱坡對摩擦系數(shù)衰減值的影響方差分析結(jié)果
(1) 10~18個月不同縱坡對摩擦系數(shù)衰減值的影響方差分析結(jié)果P值大于顯著性水平0.05。分析其原因,主要是該階段摩擦系數(shù)衰減相對較小;其他3個時間段不同縱坡對摩擦系數(shù)衰減值的影響方差分析結(jié)果P值小于顯著性水平0.05。
(2) 總體上看,不同縱坡的摩擦系數(shù)衰減值有顯著差異。
1.4.2 多重比較方差分析
縱坡對摩擦系數(shù)衰減值的影響多重比較方差分析結(jié)果見表5。
由表5可見:
表5 縱坡對摩擦系數(shù)衰減值的影響多重比較方差分析結(jié)果
(1) 4個時間段內(nèi)縱坡對摩擦系數(shù)衰減值的影響多重比較方差分析結(jié)果P值部分小于顯著性水平0.05,部分大于顯著性水平0.05。因此不同縱坡的路面摩擦系數(shù)衰減值部分有顯著差異。
(2) 以0~24個月為例,兩個下坡路段,坡度相差不大,摩擦系數(shù)差異顯著;兩個上坡路段,坡度相差不大,摩擦系數(shù)差異不顯著;-1.63%下坡路段和兩個上坡路段,摩擦系數(shù)差異顯著;-1.68%下坡路段和兩個上坡路段,摩擦系數(shù)差異不顯著。說明從現(xiàn)有數(shù)據(jù)看,縱坡與路面摩擦系數(shù)衰減規(guī)律性不強;剔除-1.68%下坡路段數(shù)據(jù)后,表現(xiàn)出縱坡越小,摩擦系數(shù)衰減越大,即下坡段摩擦系數(shù)比上坡段摩擦系數(shù)衰減快。
(3) 4個時間段內(nèi),不同縱坡摩擦系數(shù)衰減值的平均值差最大達到10.85 BPN。
(4) 4個時間段內(nèi),在95%的置信度下,-1.63%和2.39%縱坡的摩擦系數(shù)衰減值平均值差的置信區(qū)間范圍分別為:6.73、10.66、5.51、13.57 BPN。即在現(xiàn)有檢測精度下,4個時間段內(nèi)下坡和上坡段路面的摩擦系數(shù)衰減值平均值差最大可能達到大約6.73、10.66、5.51、13.57 BPN。
計算微銑刨后每2個月摩擦系數(shù)的平均值,考察微銑刨后24個月內(nèi)摩擦系數(shù)隨時間的變化,統(tǒng)計分析結(jié)果見表6和圖1、2。
由表6和圖1、2可見:
圖1 微銑刨后24個月內(nèi)摩擦系數(shù)平均值隨時間的變化
圖2 微銑刨后24個月內(nèi)各觀測點摩擦系數(shù)值隨時間的變化
表6 微銑刨后24個月內(nèi)摩擦系數(shù)值隨時間的變化
(1) 微銑刨2~4個月后,路面摩擦系數(shù)平均值趨于穩(wěn)定??疾烀總€觀測點的摩擦系數(shù)隨時間的變化,除個別點外,大部分變化規(guī)律相似。
(2) 不同檢測期樣本的單點摩擦系數(shù)值區(qū)域較大,其差值為15~22 BPN。單個觀測點摩擦系數(shù)值區(qū)域較大的情況下,其衰減表現(xiàn)出大致相似的規(guī)律,說明該規(guī)律具有較高的可靠性。
微銑刨后摩擦系數(shù)初始值與24個月后的摩擦系數(shù)、摩擦系數(shù)衰減值關(guān)系散點圖見圖3、4。
由圖3、4可以看出:
圖3 微銑刨后摩擦系數(shù)初始值與24個月后的摩擦系數(shù)關(guān)系
圖4 微銑刨后摩擦系數(shù)初始值與24個月后的摩擦系數(shù)衰減值關(guān)系
微銑刨后摩擦系數(shù)初始值與24個月后的摩擦系數(shù)值大致呈正相關(guān),即微銑刨后摩擦系數(shù)初始值越大,24個月后的摩擦系數(shù)值也越大,但線性相關(guān)系數(shù)較小,可以認為不相關(guān)。即可以認為初始值與衰減值沒有明顯關(guān)系。
JTJ 073.1—2001《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》中高速公路水泥混凝土路面養(yǎng)護質(zhì)量標準規(guī)定:抗滑值摩擦系數(shù)應(yīng)大于45 BPN;該文實體工程中隧道內(nèi)水泥混凝土路面微銑刨后抗滑性能預(yù)期應(yīng)維持2年。因此該文研究中以使用期24個月后的摩擦系數(shù)達到45 BPN作為摩擦系數(shù)初始值確定標準。
微銑刨后24個月后摩擦系數(shù)衰減值與初始值沒有明顯的相關(guān)性。經(jīng)分析,微銑刨后各個月后摩擦系數(shù)衰減值與初始值也沒有明顯的相關(guān)性。即可認為衰減值具有隨機性,初始摩擦系數(shù)值大或者小兩種特殊情況下,衰減值有可能接近,從而造成初始值小的情況下,摩擦系數(shù)不能滿足要求。該文采用“衰減值平均值+使用一段時間后的要求值”作為摩擦系數(shù)初始值要求??紤]到摩擦系數(shù)衰減值平均值為一個隨機樣本,采用“衰減值平均值95%單側(cè)置信區(qū)間上限+使用一段時間后的要求值”作為摩擦系數(shù)初始值要求,即每次檢測衰減值平均值大于該文樣本的衰減值平均值的概率僅為5%,是小概率事件,因此該要求具有一定的合理性。
微銑刨后每半年的摩擦系數(shù)衰減值統(tǒng)計結(jié)果見表7。按使用24個月后的要求值為45 BPN計算摩擦系數(shù)初始值亦列于表中。由表7可見:
表7 微銑刨后每半年的摩擦系數(shù)衰減值統(tǒng)計結(jié)果
(1) 基于使用期(24個月后)摩擦系數(shù)平均值和衰減值平均值確定的微銑刨后摩擦系數(shù)初始值要求基本一致。
(2) 根據(jù)對觀測點的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果,該實體工程微銑刨后路面摩擦系數(shù)平均值為68.52 BPN,微銑刨后路面可以安全使用24個月左右。
(3) 基于使用期(使用24個月)摩擦系數(shù)衰減值平均值的微銑刨后摩擦系數(shù)初始值的確定,微銑刨后路面摩擦系數(shù)初始值應(yīng)大于68.72 BPN,取整后為大于69 BPN。
在實體工程中,分別采用常規(guī)銑刨、精銑刨和微銑刨3種銑刨工藝對同一隧道內(nèi)水泥混凝土路面的抗滑性能進行提升,經(jīng)過兩年多的定點對比觀測,摩擦系數(shù)整體衰減情況見表8。由表8可見:
表8 不同銑刨工藝銑刨后檢測結(jié)果
(1) 3種銑刨工藝對隧道內(nèi)水泥混凝土路面的摩擦系數(shù)提升效果明顯。
(2) 微銑刨工藝和其他兩種銑刨工藝相比,僅從摩擦系數(shù)一個指標來看,提升效果基本相當(dāng)。但是在研究中發(fā)現(xiàn),微銑刨后對路面構(gòu)造深度改善的持久性和行車的舒適性,顯著優(yōu)于其他兩種工藝。
該文通過對隧道水泥混凝土路面微銑刨后摩擦系數(shù)的長期定點定期跟蹤檢測,研究了水泥混凝土路面微銑刨后摩擦系數(shù)衰減情況,提出了微銑刨后路面摩擦系數(shù)初始值要求。得出以下結(jié)論:
(1) 方差分析結(jié)果表明:車道類型、行車方向、平曲線半徑3個因素對摩擦系數(shù)衰減值沒有顯著影響;不同縱坡的微銑刨后路面摩擦系數(shù)衰減值有顯著差異:縱坡越小,摩擦系數(shù)衰減越大。
(2) 微銑刨2~4個月后,路面摩擦系數(shù)平均值趨于穩(wěn)定,18個月后,路面摩擦系數(shù)平均值衰減明顯。
(3) 微銑刨后初始值與24個月后的摩擦系數(shù)值大致呈正相關(guān),但線性相關(guān)系數(shù)較小。
(4) 基于使用期(使用24個月)摩擦系數(shù)衰減值平均值,確定了微銑刨后路面摩擦系數(shù)初始值應(yīng)不小于69 BPN。