一、前言
气象条件对交通运输的安全运营有着重要影响,雨、雪、冰冻等恶劣气象条件会导致路面摩擦系数降低,从而对公路通行和行车安全产生不利影响。导致路面摩擦系数降低的主要因素是降雨引起的路面积水以及由于降雨和降雪引起的路面结冰,因此在恶劣气象条件下快速检测道路表面的抗滑性能,及时发布消息给驾驶员,使得通行车辆可以及时调整车速,保证车辆制动距离和车辆行驶稳定性,或者选择其他路线行驶,可以有效避免和减少交通事故的发生。
常用的测量路面摩擦系数的试验方法有摆式摩擦系数测定仪测定、横向力系数测试系统测定和动态旋转式摩擦系数测试仪测定,随着道路监测技术的不断发展,非接触式道路表面状态传感器被应用到路面测量上来,提出了路面湿滑系数的概念。路面湿滑系数是利用红外线光谱法,基于路面不同区域对光的吸收差异,区分路面表面的状态,例如干燥、积水、积雪、结冰等,并通过对路面表面状态和检测深度的综合分析,得出代表路面湿滑程度的评价指标,该评价指标被称为湿滑系数(G)。该系数被用于表征路面抗滑性能,与摩擦系数具有相同的意义。
红外遥感路面状态检测器基于光谱对道路表面近距离遥测,其本身带有一个红外发射器对准道路表面选定位置,发射光从被测地点反射入接收器进行整合,区分道路表面的水、雪、冰引起的特定波长的反射,从而输出路面湿滑系数指标。
二、不同路面转态下的湿滑系数
2.1 路面积水对湿滑系数的影响

从图1可以看出:随着积水深度的增长,道路表面湿滑系数逐渐降低,并且在积水深度从1~5mm的增长阶段,湿滑系数下降的幅度较大,从0.80降到了0.50左右,之后随着积水深度的增大,湿滑系数下降幅度减小,趋于平缓。采用摆式摩擦系数测定仪测量路面的摆值发现,在路面积水深度小于1mm时,摆值范围为60~70,路面的抗滑性能较好。路面积水深度为1~6mm时,摩擦系数为60~50,路面的抗滑性能下降,此时如果将对应的湿滑系数发送到行驶在公路上的车辆,就可以提醒驾驶员采取降低车速、保持车距等措施,以提高行车的安全性。
2.2 路面积雪对湿滑系数的影响

从图2可以看出:湿滑系数随着积雪厚度的增大而不断减小,并且湿滑系数降低的幅度较大,从0.80降到了0.10。分析数据可以得出:在路面积雪厚度小于0.40mm的条件下,湿滑系数在0.60以上;当路面积雪厚度为0.40~1.00mm时,湿滑系数保持在0.40左右;当路面积雪厚度大于1.00mm时,湿滑系数骤降到0.10左右,且随着积雪厚度的再增长,湿滑系数基本在0.10上下小范围浮动。
当路面积雪厚度小于1.00mm时,测定的摆值为40~60,当路面积雪厚度大于1.00mm时,测定的摆值为20~40。
2.3 路面结冰对湿滑系数的影响

从图3可以看出:湿滑系数随着结冰厚度的增加急剧下降,相比较于积水和积雪条件下湿滑系数下降的趋势很明显。当结冰厚度达到0.10mm时,湿滑系数已降低到0.50左右;当结冰厚度达到0.40mm时,湿滑系数降低到了0.30左右;当结冰厚度达到0.80mm及以上时,湿滑系数下降到了0.1左右。与积雪条件下相似的现象是,在结冰厚度大于0.80mm并不断增长的过程中,湿滑系数基本保持在0.10左右小范围波动。采用摆式仪在结冰路面上测得了相应的摆值,测得的摆值大部分在30以下,最低摆值为20左右,此时的湿滑系数基本保持在0.10左右,说明此时的路面已相当湿滑,路面抗滑性能基本丧失,应及时发布预警,采取封闭交通、撒布除冰盐等措施来保证交通安全。
三、湿滑系数与摩擦系数(摆值)的关系

从图4可以看出:路面湿滑系数越小,路面摆值越小,路面抗滑性能越差;反之,路面摆值越大,说明湿滑系数越大,路面抗滑性能越好,因此可以用湿滑系数来表征路面的抗滑性能。
四、结论与建议
4.1 结论
(1)湿滑系数随着积水深度的增加而逐渐减小;路面积水对湿滑系数的降低范围有一定限度,当积水深度增长至5.00mm以上时,其湿滑系数降低至0.50左右,并保持平缓。
(2)湿滑系数随着积雪厚度的增加而不断减小,湿滑系数从0.80降低至0.10,当积雪厚度增至1.00mm及以上时,湿滑系数降低至0.10后小幅波动。
(3)湿滑系数随着结冰厚度的增加急剧下降,变化迅速,当结冰厚度达到0.10mm时,湿滑系数已降低到0.50左右;当结冰厚度达到0.80mm及以上时,湿滑系数下降至约0.10后小范围波动。
(4)确定路面湿滑系数G的应用范围为0.10~0.80,并根据湿滑系数将路面抗滑性能分为4个等级。
4.2 建议
在实际工程中应用路面湿滑系数时,可以采用特殊路段固定在公路旁的路面状态检测器和全路段车载式路面状态检测器相结合的方式,在恶劣气象条件下,及时监测路面湿滑系数,通过互联网无线传输技术上传采集到的湿滑系数G,经分析处理,及时发布路面抗滑等级给驾驶人员,以便驾驶员根据不同的路面抗滑等级采取必要的措施,以保证在恶劣气象条件下行车的安全,减少交通事故的发生。