基于瀝青路面使用性能衰變規(guī)律的養(yǎng)護(hù)規(guī)劃技術(shù)研究

馬 進(jìn)

(廣西交投科技有限公司，廣西 南寧 530022)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，綜合交通體系不斷完善，高速公路養(yǎng)護(hù)資金短缺與公眾出行質(zhì)量要求不斷提升的矛盾日益顯著，如何提升養(yǎng)護(hù)精細(xì)化水平，推行養(yǎng)護(hù)科學(xué)決策是養(yǎng)護(hù)管理人員面臨的主要問題，而科學(xué)分析路面使用性能衰變規(guī)律是養(yǎng)護(hù)科學(xué)決策的關(guān)鍵。

對路面使用性能衰變規(guī)律的研究最早可追溯到20世紀(jì)50年代的美國AASHO試驗(yàn)，而后同濟(jì)大學(xué)孫立軍、劉喜平在分析總結(jié)國內(nèi)外代表性路用性能衰變模型的基礎(chǔ)上，于1995年提出了標(biāo)準(zhǔn)衰變方程，模型如式(1)：

(1)

式中：PPI——路面使用性能指數(shù)PQI或其各分項(xiàng)指標(biāo)；

PPI0——初始指標(biāo)值，一般可設(shè)為100；

y——路齡；

a——路面壽命因子，表示當(dāng)路齡y=a時(shí)，PPI降至63.2，根據(jù)現(xiàn)行養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范，需要對路面進(jìn)行大修；

b——回歸參數(shù)，主要決定路用性能衰變曲線形狀。

本文以廣西某高速公路(以下簡稱A高速)為例，分析其病害主要類型，優(yōu)化路面損壞狀況指數(shù)PCI算法與孫立軍提出的標(biāo)準(zhǔn)衰變方程，分析路面技術(shù)狀況變化趨勢，提出一種基于瀝青路面長期使用性能衰變分析的養(yǎng)護(hù)決策思路。

1 A高速概況

A高速于2006年建成通車，全長46.387 km，設(shè)計(jì)使用年限15年，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100，路面結(jié)構(gòu)為水穩(wěn)碎石基層瀝青路面，瀝青路面厚度為16 cm。經(jīng)過11年運(yùn)營，瀝青路面逐漸出現(xiàn)縱橫向裂縫與坑槽等病害，并于2014-2015年分別對局部路段實(shí)施了上面層銑刨重鋪與加鋪2 cm超薄磨耗層專項(xiàng)維護(hù)工程。

2 優(yōu)化路面損壞狀況指數(shù)算法

根據(jù)《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG H20-2007)規(guī)定的瀝青路面損壞狀況指數(shù)PCI計(jì)算方法，修復(fù)后的病害一律按修補(bǔ)統(tǒng)計(jì)，且權(quán)重僅為0.1，遠(yuǎn)低于路面其他損壞類型權(quán)重(0.6～1)，PCI值主要與未及時(shí)修復(fù)的路面病害面積相關(guān)，無法判斷瀝青路面的主要病害類型及其分布情況。

以A高速2017年路面技術(shù)狀況評定數(shù)據(jù)為例，路面修補(bǔ)面積占所有損壞面積的81%，未修復(fù)的橫縱向裂縫面積比例約為18%，只能反映路面損壞是否得到及時(shí)修復(fù)，并不能完全判斷路面損壞的特點(diǎn)。而依據(jù)2012-2016年日常養(yǎng)護(hù)維修歷史數(shù)據(jù)，修復(fù)的路面損壞基本全部為橫向裂縫與縱向裂縫，比例約為1∶3，坑槽類損壞修復(fù)數(shù)量基本可以忽略不計(jì)，比較清晰地反映了A高速路面損壞特點(diǎn)(見圖1和圖2)。

圖1 路面損壞類型分布(技術(shù)狀況評定)圖

圖2 路面損壞類型分布(歷史維修數(shù)據(jù))圖

鑒于上述分析，依據(jù)A高速歷年各類路面損壞維修數(shù)量，優(yōu)化路面損壞狀況指數(shù)PCI算法，將修補(bǔ)面積按修復(fù)前的病害類型和數(shù)量重新計(jì)算PCI，并以該指標(biāo)預(yù)估路面損壞發(fā)展趨勢。按該算法重新計(jì)算的路面損壞狀況指數(shù)PCI演變數(shù)據(jù)見表1及圖3。

表1 優(yōu)化算法后的PCI演變數(shù)據(jù)表

圖3 優(yōu)化算法后的PCI演變圖

從圖3可以看出，在2014年以前，上行線路面損壞狀況優(yōu)于下行線；2014-2015年下行線路面損壞狀況顯著提升，其原因?yàn)?014-2015年實(shí)施了瀝青路面銑刨重鋪與加鋪超薄磨耗層專項(xiàng)處治，表明優(yōu)化算法后的PCI能準(zhǔn)確反映養(yǎng)護(hù)歷史情況及路面損壞狀況。

3 優(yōu)化路面使用性能標(biāo)準(zhǔn)衰變方程

由于車轍指數(shù)RDI主要受行車荷載與溫度影響，剔除公路沿線區(qū)域氣候變化的影響，車轍指數(shù)RDI僅與累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次有關(guān)。在此假設(shè)下，優(yōu)化車轍指數(shù)RDI的衰變方程，將路齡y更換為累積標(biāo)準(zhǔn)軸次CEASL。車轍指數(shù)RDI、優(yōu)化算法后的路面損壞狀況指數(shù)PCI及行駛質(zhì)量指數(shù)RQI衰變模型如式(2)和式(3)：

(2)

(3)

4 A高速路用性能衰變模型

以2011-2014年路況數(shù)據(jù)擬合路用性能衰變模型，綜合考慮2014年銑刨重鋪路面專項(xiàng)維護(hù)對路用性能的提升效果，用2015-2017年實(shí)際路用性能數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，擬合結(jié)果及驗(yàn)證數(shù)據(jù)如表2～4所示。

表2 路用性能衰變數(shù)據(jù)表

表3 路用性能衰變模型擬合結(jié)果表

表4 路用性能實(shí)際值與預(yù)測值對比表

從表4中可以看出，路面車轍系數(shù)RDI預(yù)測值與實(shí)際值基本吻合，路面損壞狀況指數(shù)PCI預(yù)測值低于實(shí)際值，主要原因?yàn)?014-2015年路面專項(xiàng)處治改變了原有路面結(jié)構(gòu)。

5 A高速路面養(yǎng)護(hù)規(guī)劃

高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)規(guī)劃主要包含各年度日常養(yǎng)護(hù)計(jì)劃與中修養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，其編制思路如下：

(1)根據(jù)A高速的路用性能衰變模型，推導(dǎo)第n年與第n+1年路用性能指標(biāo)值之間的關(guān)系，滾動預(yù)估各公里段下一年路用性能值。

(2)日常養(yǎng)護(hù)計(jì)劃。以預(yù)估的第n+1年與第n年P(guān)CI反算當(dāng)年裂縫數(shù)量，兩者的差值即為當(dāng)年需要在日常養(yǎng)護(hù)中修復(fù)的裂縫數(shù)量。依據(jù)裂縫修補(bǔ)金額與年度日常養(yǎng)護(hù)費(fèi)用占比，預(yù)估當(dāng)年日常養(yǎng)護(hù)計(jì)劃預(yù)算。

(3)中修養(yǎng)護(hù)計(jì)劃。每年對RDI低于80的公里段采取微表處或加鋪超薄磨耗層進(jìn)行處治。

按以上思路，計(jì)算A高速2018-2022年年度養(yǎng)護(hù)預(yù)算，如表5所示。

表5 A高速2018-2022年年度養(yǎng)護(hù)預(yù)算表

6 結(jié)語

(1)通過分析現(xiàn)行路面損壞狀況指數(shù)PCI的算法，認(rèn)為其并不能全面反映路面損壞特點(diǎn)；依據(jù)路面損壞歷史修復(fù)數(shù)據(jù)，優(yōu)化了PCI優(yōu)化算法，其結(jié)果能較準(zhǔn)確地反映養(yǎng)護(hù)歷史狀況。

(2)基于同濟(jì)大學(xué)孫立軍提出的路用性能衰變標(biāo)準(zhǔn)模型，根據(jù)車轍的主要影響因素，優(yōu)化了車轍系數(shù)RDI的衰變模型，并以A高速路面技術(shù)狀況數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，擬合并驗(yàn)證了路用性能衰變模型，路用性能預(yù)測結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)基本吻合。

(3)總結(jié)了一種基于路用性能衰變規(guī)律的中長期養(yǎng)護(hù)規(guī)劃編制方法，為高速公路瀝青路面科學(xué)養(yǎng)護(hù)提供參考。