基于路面使用性能的養(yǎng)護對策研究

高文武

(廣東省公路工程質(zhì)量監(jiān)測中心,廣東廣州 510500)

基于路面使用性能的養(yǎng)護對策研究

高文武

(廣東省公路工程質(zhì)量監(jiān)測中心,廣東廣州 510500)

本文從路面使用性能包含的各分項指標入手,詳細講解了各指標的計算方法。結(jié)合現(xiàn)有規(guī)范和技術標準,提出了系統(tǒng)的基于路面使用性能的養(yǎng)護評價標準。最后通過工程實例闡述該標準在道路養(yǎng)護中的應用。

路面使用性能 維修方法 養(yǎng)護評價標準

This paper explains detailedly the calculation method of each index belonged to pavement performance.Combines with the existing norms and technical standards,proposes the maintenance evaluation standard based on pavement performance.Finally,this paper elaborates application of the standard in road maintenance through engineering examples.

Pavement Performance;Maintenance Method;Maintenance Evaluation Standard

1 引言

路面是道路工程的主要工程結(jié)構(gòu)物，在行車荷載和外界環(huán)境因素作用下，路面的使用性能逐漸衰減，當路面損壞到一定程度時，會嚴重影響車輛的行駛質(zhì)量，為了能給道路使用者創(chuàng)造一個舒適快捷的行車環(huán)境，養(yǎng)護決策者需要不斷加大對養(yǎng)護資金的投入，及時進行路面的大、中修養(yǎng)護。對公路管理部門而言，不單是要對局部出現(xiàn)病害的部位進行及時維修，更重要的是如何根據(jù)路面的使用性能下降的趨勢有針對性地采取經(jīng)濟合理的養(yǎng)護策略。本文就此進行初步的理論探討和實例分析。

公路在進行養(yǎng)護時，首先把需要養(yǎng)護的道路劃分為不同的路段，然后對各路段的損壞狀況進行評價，通過評價確定各路段損壞的嚴重程度，并對其進行排序，根據(jù)排序結(jié)果就可以提出路段養(yǎng)護對策的方案。

2 路面使用性能概述

瀝青路面使用性能評價包含路面損壞、平整度、車轍、抗滑性能和結(jié)構(gòu)強度五項技術內(nèi)容。其中，路面結(jié)構(gòu)強度為抽樣評定指標，單獨計算與評定，評定范圍根據(jù)路面大中修養(yǎng)護需求、路基的地質(zhì)條件等自行確定。水泥混凝土路面使用性能評價包含路面損壞、平整度和抗滑性能三項技術內(nèi)容；砂石路面使用性能評價只包含路面損壞一項技術內(nèi)容。各項具體指標分析如下：

2.1 路面結(jié)構(gòu)承載能力(PSSI)

式中：

SSI——路面結(jié)構(gòu)強度系數(shù)，為路面設計彎沉與實測代表彎沉之比；ld——路面設計彎沉(mm)；l0——實測設計彎沉(mm)；a0——模型參數(shù)，采用15.71；a1——模型參數(shù)，采用-5.19。

2.2 路面破損狀況(PCI)

路面損壞狀況采用PCI指標進行評價，PCI被定義為路面綜合破損率(DR)的函數(shù)，具體計算方法如下：

式中：

DR——路面破損率，%；D——路面折合破損面積之和，m2；A——路面實際調(diào)查的總面積，m2；Aij——第i類損壞、第j類嚴重程度的實際破損面積，m2；Wij——第i類損壞、第j類嚴重程度的破損權(quán)重系數(shù)，按標準取值；a0——模型參數(shù)，瀝青路面a0=15.00，水泥路面a0=10.66；a1——模型參數(shù)，瀝青路面a1=0.412，水泥路面a1=0.461。(圖1)

2.3 路面行駛質(zhì)量(RQI)

平整度反映了路面行駛質(zhì)量，它直接影響用戶費用，是路面破壞的潛在因素。在決定罩面厚度時，應考慮路面的平整度。平整度越差，罩面厚度應越大。路面行駛質(zhì)量采用RQI指標進行評價，路面平整度是影響行駛質(zhì)量的一項重要因素，因此RQI指標被定義為路面平整度的函數(shù)，具體計算方法如下：

式中：

IRI——國際平整度指數(shù)，m/km；a0——模型參數(shù)，高速公路和一級公路采用0.026，其他等級公路采用0.0185；a1——模型參數(shù)，高速公路和一級公路采用0.65，其他等級公路采用0.58。(圖2)

2.4 路面車轍深度指數(shù)(RDI)

車轍是瀝青混凝土路面永久變形的累計。研究表明，當車轍大于7.6mm時汽車前輪轉(zhuǎn)向性能降低、車輛橫向顛簸，當車轍大于15mm時對行車安全性有顯著影響。許多國家在制訂養(yǎng)護策略時將車轍作為重要的控制指標，在我國的《公路技術狀況評定標準》(JTG H20-2007)中也對車轍有一定的要求。具體按下式計算：

式中：

RD——車轍深度，mm；RDa——車轍深度參數(shù)，采用20mm；RDb——車轍深度限值，采用35mm；a0——模型參數(shù)，采用2.0；a1——模型參數(shù)，采用4.0。

2.5 路面抗滑(SRI)

路面抗滑能力是影響行車安全的重要因素，抗滑能力的大小決定路面是否需要加鋪抗滑表層。路面抗滑性能用路面抗滑性能指數(shù)

(SRI)評價，具體計算方法如下：

式中：

SRI——橫向力系數(shù)；SRImin——標定參數(shù)，采用35.0；a0——模型參數(shù)，采用28.6；a1——模型參數(shù)，采用-0.105。

3 路面維修養(yǎng)護對策

在實際道路養(yǎng)護中，當路面使用性能降低到一定程度或者低于某一標準就要考慮對其進行某種方式的養(yǎng)護，以提高路面的使用性能。養(yǎng)護標準的高低影響路面的處治時機，也同時影響著養(yǎng)護的里程和費用。高的養(yǎng)護標準將使得路面超前處治，路面的使用性能將會維持在一個比較高的水平。反之，路面使用周期增長，平均性能降低。養(yǎng)護時間與養(yǎng)護標準密切相關。目前《公路養(yǎng)護技術規(guī)范》(JTJ-96)的養(yǎng)護標準是通過普通公路的大量調(diào)查總結(jié)得到的，主要適用于

普通公路。然而我國高速公路普遍采用瀝青混凝土面層，穩(wěn)定材料的半剛性基層，決定它和普通公路的養(yǎng)護標準有很大的不同，我國目前還沒有針對高速公路養(yǎng)護的指導性規(guī)范。高速公路瀝青路面養(yǎng)護維修對策的選擇主要根據(jù)路面使用性能、交通量大小、分項路況評價和道路在路網(wǎng)中的地位，并結(jié)合專家經(jīng)驗和政策因素等綜合確定。分項路況評價包括路面破損狀況、行駛質(zhì)量、路面強度、車轍深度和抗滑性能等方面。

表1 PQI分項指標計算權(quán)重

表2 路面技術狀況評價等級和評價標準

表3 公路技術狀況等級及路面類型構(gòu)成

表4 路面使用性能指數(shù)(PQI)分項指標統(tǒng)計表

表5 主要次差路段統(tǒng)計表

圖1 路面損壞狀況評價模型(PCI)

圖2 路面行駛質(zhì)量評價模型(RQI)

圖3 路面使用性能指數(shù)(PQI)統(tǒng)計圖

圖4 上行K3403+990處路面破損圖

圖5 下行K3408+963處路面破損圖

3.1 評價指標標準

要決定采用何種養(yǎng)護維修方法，首先應對路面性能檢測的結(jié)果進行綜合判斷。綜合判斷可用路面綜合評價指數(shù)PQI作為評價指標，建立各種評價標準的權(quán)重關系。

路面綜合使用性能采用PQI指標來表征，計算方法如下：

式中根據(jù)上述各項指標的評定結(jié)果，將路面技術狀況劃分為優(yōu)、良、中、次、差五個等級，相關評價標準以及檢測和評價指標之間的對應關系如表2所示。

3.2 養(yǎng)護維修方法

(1)一般性養(yǎng)護；對于各項評價指標的值都在優(yōu)，或各評價指標大多在優(yōu)個別在良的高速公路，常采用一般性養(yǎng)護。一般性養(yǎng)護主要是對局部出現(xiàn)的小面積病害進行維修，如對裂縫進行灌縫、對小坑槽進行修補、對局部的擁包進行鏟除、對橋頭跳車部位進行修補等。(2)預防性養(yǎng)護；各項評價指標的值都在良或個別指標在中時(路面強度指數(shù)PSSI最少為良)，采用該法進行養(yǎng)護。常用預防性養(yǎng)護方法有稀漿封層、微表處、薄層(超薄層)罩面等。預防性養(yǎng)護不但能顯著延長高速公路瀝青混凝土路面的使用壽命，減少養(yǎng)護維修費用，而且對維修期間正常交通的干擾相對較小，是一種非常值得推薦的養(yǎng)護維修方法。(3)中修；當大多數(shù)評價指標的值在中，個別指標還處在次，而且路面強度下降較大時就要考慮對路面進行中修。此時，路面基層的強度仍然能滿足通行需求，只是對面層中的某些層面進行銑刨、補強。中修不但費用較高，而且維修期間對交通的干擾也較大。(4)大修；大多數(shù)評價指標的值在中以下，而且路面強度指數(shù)PSSI處在次或差時就要考慮進行大修。大修不但要對面層全部銑刨，而且對基層全部或者部分也要進行銑刨翻新。大修不但耗資巨大、工作量大，而且維修期間對交通的干擾也較大。

4 工程實例分析

以廣東省境內(nèi)某條國道現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)為背景進行基于路面使用性能的養(yǎng)護分析。

4.1 工程概況

起于茂名市信宜市朱砂鎮(zhèn)(K3331+000)，終點位于湛江市徐聞縣海安鎮(zhèn)(K3669+329)，里程長度為338.329km。(表3)

由上表知，該國道主要為水泥路面，路面使用性能分析重點為PQI、PCI、RQI三項指數(shù)。

由于本次檢測未包括路面抗滑性能(SRI)的檢測，在進行路面使用性能指數(shù)(PQI)的計算各路段統(tǒng)一采用假設值SRI=91.5。

4.2 路面使用性能指數(shù)PQI總體評價

根據(jù)《公路技術狀況評定標準》(JTG H20-2007)，對該國道的路面技術狀況進行了評定，其路面使用性能指數(shù)PQI平均值為83，處于“良”等水平，優(yōu)良路率為64.65%，次差路率為15.99%。如圖3，表4所示。

根據(jù)前面提到的養(yǎng)護維修方法的選擇，全線60%以上的路段PQI、PCI指數(shù)為優(yōu)良，只要選擇一般性和預防性養(yǎng)護即可，下面著重統(tǒng)計分析次差路段，并提出養(yǎng)護建議。根據(jù)路面技術狀況評定數(shù)據(jù)，將使用性能指數(shù)PQI或路面破損指數(shù)PCI評價主要為“次、差”的路段進行樁號合并，連續(xù)路段長度大于5公里的次差路段如表5所列，個別典型次差路段的前方圖像詳見圖4、圖5。

從檢評結(jié)果可以看出，該國道路面使用性能指數(shù)PQI均值為83.0，達到良等水平，全線總體情況一般。對于水泥混凝土路面，為使水泥混凝土達到良好的使用狀態(tài)，路面的養(yǎng)護必須是預防性、主動性、超前性和周期性的。只有充足的投入和采取行之有效的主動養(yǎng)護措施，方能使混凝土路面的諸多優(yōu)點得以充分發(fā)揮。

通過前方圖像及現(xiàn)場檢測知，上述次差路段路面主要病害：橫縱縫密布(斷板)，坑槽，坑洞較多，局部有沉陷，部分混凝土板局部或全部破碎。建議對上述次差路段采取大中修路面改善措施，并加強其他路段的日常養(yǎng)護，對較為嚴重的路面裂縫及時采取灌縫措施，對坑槽、坑洞、沉陷和混凝土板破碎等其他病害及時采取鏟除重新修補等措施。

5 結(jié)語

檢測數(shù)據(jù)的有效準確是養(yǎng)護對策的前提，這要求各養(yǎng)護管理單位定期對路面進行系統(tǒng)檢測，及時跟蹤路面的使用狀況。在對高速公路瀝青混凝土路面進行評價時車轍也是一個重要的指標，特別對南方高溫多雨地區(qū)應作為一個基本參數(shù)進行檢測。

養(yǎng)護對策是一個綜合的系統(tǒng)過程，伴隨檢測手段的更新，養(yǎng)護對策體系的建立也勢在必行，這就需要對路網(wǎng)進行長期跟蹤檢測，對大量數(shù)據(jù)進行分析總結(jié)，建立起適應不同地方的公路管理系統(tǒng)。

[1]JTJ 073.1-2001公路水泥混凝土路面養(yǎng)護技術規(guī)范[S].

[2]JTJ H20-2007公路技術狀況評定標準[S].

[3]姚祖康.路面管理系統(tǒng)[M].北京:人民交通出版社,1992.

[4]潘玉利.路面管理系統(tǒng)原理[M].北京:人民交通出版社,1998.