基于層間功能層的水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性分析

滕 紅

(廣西交通投資集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530022)

0 引言

采取在面板與基層間設(shè)置柔性功能層不僅可以緩解應(yīng)力分布，改善水泥混凝土路面層間接觸受力狀況，而且可以防止?jié)B漏水對(duì)基層的沖刷破壞，在水泥面板和基層之間起到很好的彈性緩沖作用。為探索該路面結(jié)構(gòu)的適用性，在六景至欽州港高速公路劉圩至良圻連接線LK3+420～LK4+420鋪筑了試驗(yàn)路。為進(jìn)一步分析該路面結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性，本文采取全壽命周期成本分析方法對(duì)設(shè)置功能層的水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。

1 試驗(yàn)路路面結(jié)構(gòu)

六景至欽州港高速公路劉圩至良圻連接線為水泥混凝路面，試驗(yàn)路采用4 cm厚AC-13瀝青混合料功能層，具體路面結(jié)構(gòu)見表1。

表1 路面結(jié)構(gòu)對(duì)比表

2 全壽命周期成本費(fèi)用分析

路面的全壽命周期一般指路面從施工建成投入使用，到路面狀況損壞嚴(yán)重、功能喪失，必須進(jìn)行下一次結(jié)構(gòu)性整體補(bǔ)強(qiáng)或重建之間的時(shí)間段。

2.1 路面全壽命周期成本組成

全壽命周期路面成本是指在路面全壽命周期內(nèi)路面建設(shè)成本、養(yǎng)護(hù)成本及路面殘值的總和。從整個(gè)社會(huì)效益角度考慮，總費(fèi)用組成中還應(yīng)包括用戶費(fèi)用，而用戶費(fèi)用主要指車輛營(yíng)運(yùn)費(fèi)、延誤費(fèi)、行程時(shí)間費(fèi)及事故費(fèi)等。對(duì)本試驗(yàn)路而言，在路面結(jié)構(gòu)壽命周期末年，原路面結(jié)構(gòu)需要大修重建，折現(xiàn)值以后路面的殘值非常小。因此，壽命周期成本對(duì)比分析中只選擇初始建設(shè)成本、大中修成本、養(yǎng)護(hù)成本。

2.2 成本分析方法

成本分析方法采用費(fèi)用現(xiàn)值法，即采用考慮資金的時(shí)間價(jià)值，把不同方案各種現(xiàn)金流量折算在同一基年(路面建成通車當(dāng)年)下的凈現(xiàn)值后進(jìn)行比較。本文采用i=10%、7.5%和5%對(duì)應(yīng)高、中、低3個(gè)不同水平折現(xiàn)率進(jìn)行分析。分析期也是現(xiàn)值法中一個(gè)很重要的影響因素。本試驗(yàn)路采用了合理的路面結(jié)構(gòu)，路面壽命延長(zhǎng)，分析期應(yīng)該足夠長(zhǎng)，因此，本文路面結(jié)構(gòu)分析期取30年。

2.3 綜合單價(jià)參數(shù)

按照預(yù)算，各路面結(jié)構(gòu)每平米綜合單價(jià)如表2所示。

表2 路面結(jié)構(gòu)綜合單價(jià)對(duì)比表

2.4 初始建設(shè)成本對(duì)比

按雙車道二級(jí)公路考慮，路面寬10.50 m，計(jì)算各路面結(jié)構(gòu)初期建設(shè)成本，如表3所示。

表3 每公里初期建設(shè)成本對(duì)比表

從初期建設(shè)成本來看，4 cm功能層路面結(jié)構(gòu)初期建設(shè)成較高，比設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)成本高約18%，每公里達(dá)到42.8萬元。

2.5 全壽命周期內(nèi)路面日常養(yǎng)護(hù)及大中修成本

分析期內(nèi)各項(xiàng)成本不考慮物價(jià)上漲因素。

2.5.1 日常養(yǎng)護(hù)成本

(1)設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)：主要是裂縫封填、局部接縫灌縫處理、坑槽修補(bǔ)等。據(jù)調(diào)查目前廣西水泥混凝土路面，初期(1～5年)病害發(fā)展較慢，5～10年裂縫病害以平均每年20%左右的速度增長(zhǎng)，10年后必須進(jìn)行大修改造(參考桂柳路、柳南路、南北路等)。考慮到現(xiàn)有水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)相對(duì)之前有了很大改變，估計(jì)病害發(fā)展會(huì)有所減緩，1～8年日常養(yǎng)護(hù)費(fèi)用預(yù)計(jì)為0.5萬元/年，8～15年以每年費(fèi)用按20%的速度增長(zhǎng)，15年后大中修改造加鋪瀝青，此后每年養(yǎng)護(hù)費(fèi)用為1萬元/年。

(2)試驗(yàn)路路面結(jié)構(gòu)，病害發(fā)生將更少，預(yù)計(jì)1～10年內(nèi)路面基本完好，日常養(yǎng)護(hù)費(fèi)用將極少，以0.25萬元/年計(jì)算；11～20年以每年20%的速度增長(zhǎng)；第20年進(jìn)行加鋪改造，此后，每年養(yǎng)護(hù)費(fèi)用為1萬元/年。

2.5.2 大中修成本

(1)設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)：水泥混凝土路面前期中修成本較低，后期病害增多后中修成本急劇增加，擬定每4年中修一次，中修內(nèi)容包括板底灌漿、換板、更換填縫料、錯(cuò)臺(tái)修補(bǔ)等內(nèi)容，根據(jù)資料估計(jì)第1次、第2次中修成本為10萬元/km，第2次為20萬元/km，第3次成本估計(jì)為30萬元/km，第15年需要進(jìn)行大修，全幅加鋪雙層改性瀝青混凝土路面10 cm，舊路面需要徹底維修處理，加鋪層下設(shè)2.5 cm應(yīng)力吸收層或改性瀝青混凝土AC-10調(diào)平層。舊路面維修成本為30萬元/km，調(diào)平層或應(yīng)力吸收層成本為47萬元/km，雙層改性瀝青混凝土加鋪層單價(jià)估算為122.5元/m2，加鋪成本為144萬元/km，全幅1 km路面大修成本總共約221萬元/km。此后，按瀝青混凝土路面方案進(jìn)行中修養(yǎng)護(hù)，第20年罩面，第25年中修。薄層罩面成本單價(jià)估算為35.50元/m2，7.5 m寬路面1 km成本約為26.60萬元/km。中修成本單價(jià)估算為58.80元/m2，全幅1 km路面中修成本約為61.80萬元/km。

(2)試驗(yàn)路路面結(jié)構(gòu)：該方案可以延長(zhǎng)水泥混凝土路面壽命，大修時(shí)間延緩約5年，每4年中修一次，第4年成本為10萬元/km，第8年中修成本為15萬元/km，第12年增加到20萬元/km，第16年增加到25萬/km。第20年進(jìn)行大修，全幅采用5 cmSMA-13+橡膠瀝青粘結(jié)防水層加鋪，舊路面維修成本為30萬元/km，橡膠瀝青粘結(jié)防水層成本為18萬元/km；SMA-13加鋪層單價(jià)估算為70.7元/m2，加鋪成本為83萬元/km，全幅1 km路面大修成本總共約為131萬元/km。此后，按瀝青混凝土路面方案進(jìn)行中修養(yǎng)護(hù)，第25年采用罩面，薄層罩面成本單價(jià)估算為35.50元/m2，7.5 m寬路面1 km成本約為26.60萬元/km。

2.5.3 分析結(jié)果

綜上所述，各結(jié)構(gòu)全壽命周期內(nèi)日常養(yǎng)護(hù)及大中修成本按照不同折現(xiàn)率計(jì)算結(jié)果如表4、表5及圖1所示。

表4 設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)全壽命周期養(yǎng)護(hù)維修成本現(xiàn)值計(jì)算表

表5 試驗(yàn)路路面結(jié)構(gòu)全壽命周期養(yǎng)護(hù)維修成本現(xiàn)值計(jì)算表

圖1 路面結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)維修成本現(xiàn)值對(duì)比柱形圖

從對(duì)比結(jié)果來看：

(1)無論采用哪種折現(xiàn)率，在全壽命周期內(nèi)試驗(yàn)路路面養(yǎng)護(hù)成本均比設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)成本低，全壽命周期內(nèi)試驗(yàn)路養(yǎng)護(hù)成本比設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)成本低約40%左右。

(2)折現(xiàn)值越小，試驗(yàn)路和設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)在全壽命周期內(nèi)養(yǎng)護(hù)成本差值逐漸減小，折現(xiàn)率分別為5%、7.5%和10%時(shí)，二者的差值分別為79.17萬元/km、58.51萬元/km和43.66萬元/km。

2.6 路面全壽命周期總成本分析

將路面結(jié)構(gòu)方案初期建設(shè)成本與分析期內(nèi)養(yǎng)護(hù)維修成本相加，可以得到兩種路面全壽命周期總成本，匯總結(jié)果見表6、圖2。

表6 全壽命周期內(nèi)各路面建養(yǎng)總成本對(duì)比表

圖2 路面結(jié)構(gòu)全壽命周期總成本對(duì)比柱形圖

從結(jié)果來看，

(1)盡管試驗(yàn)路初步建設(shè)成本比設(shè)計(jì)水泥混凝土路面高，但在全壽命周期內(nèi)，按照一定折現(xiàn)率折現(xiàn)后試驗(yàn)路養(yǎng)護(hù)成本比設(shè)計(jì)水泥路面低得多，并且在全壽命周期內(nèi)總成本也比設(shè)計(jì)水泥路面低。

(2)用現(xiàn)值法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析時(shí)，折現(xiàn)率的確定對(duì)其分析結(jié)果影響較大。折現(xiàn)率高，初期投資低的方案往往具有較高的經(jīng)濟(jì)效益；反之，折現(xiàn)率低，初期投資大的項(xiàng)目方案就會(huì)顯得優(yōu)越。當(dāng)i=10%時(shí)，設(shè)功能層的水泥混凝土總成本和已有設(shè)計(jì)水泥混凝土路面差不多，只少0.86萬元；i=7.5%時(shí)，設(shè)功能層的水泥混凝土總成本比已有設(shè)計(jì)水泥混凝土路面少15.71萬元；i=5%時(shí)，設(shè)功能層的水泥混凝土總成本比已有設(shè)計(jì)水泥混凝土路面少36.37萬元。

(3)折現(xiàn)率對(duì)其總成本排序沒有影響，已有設(shè)計(jì)路面水泥混凝土路面平均建設(shè)成本為378.03萬元/km，下設(shè)功能層的水泥混凝土路面平均建設(shè)成本為360.39萬元，比前者低17.64萬元/km。綜上，設(shè)功能層的水泥混凝土路面初期建設(shè)成本比已有設(shè)計(jì)水泥混凝土路面高，但其總成本低，經(jīng)濟(jì)效益好。

3 間接經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 道路使用費(fèi)用

從社會(huì)效益角度考慮，主要是道路使用者即用戶費(fèi)用的節(jié)省。用戶費(fèi)用主要指車輛營(yíng)運(yùn)費(fèi)、延誤費(fèi)、行程時(shí)間費(fèi)及事故費(fèi)等。設(shè)功能層的水泥混凝土路面相對(duì)未設(shè)的水泥混凝土路面，病害出現(xiàn)的時(shí)間將推后，病害嚴(yán)重程度將降低，壽命期路面狀況指數(shù)PCI整體較高，從而能減少車輛部件的磨損、降低車輛油耗，降低事故的發(fā)生率。同時(shí)病害減少后路面維修封閉的時(shí)間和路段也將大大減少，從而降低對(duì)車輛行車速度的影響。

3.2 降低路面管養(yǎng)的壓力

目前，嚴(yán)重制約著水泥混凝土路面發(fā)展的因素是水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)缺少成套養(yǎng)護(hù)設(shè)備，機(jī)械化程度低，造成效率低下，工程質(zhì)量難以保證，養(yǎng)護(hù)成效差，維修時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)交通影響大。設(shè)置功能層后，路面病害減少，特別是嚴(yán)重的斷板脫空、錯(cuò)臺(tái)情況減少，將大大減輕養(yǎng)護(hù)管理的壓力。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)六景至欽州港高速公路劉圩至良圻連接線試驗(yàn)路段設(shè)置4 cmAC-13瀝青混凝土功能層來改善水泥混凝土路面路用性能，并且對(duì)試驗(yàn)路路面結(jié)構(gòu)在全壽命周期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了分析；從建設(shè)初期成本來看，設(shè)置4 cmAC-13瀝青混凝土功能層的水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)成本較高，但是在一定折現(xiàn)率下，全壽命周期內(nèi)試驗(yàn)路路面養(yǎng)護(hù)成本均比設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)成本低約40%左右，并且試驗(yàn)路段總成本也較低；從道路使用費(fèi)用和路面管養(yǎng)壓力方面，對(duì)試驗(yàn)路間接經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了分析，總體經(jīng)濟(jì)效益較好。

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