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    基于檢測數(shù)據(jù)的瀝青路面養(yǎng)護決策方法探索

    2022-01-29 05:45:14肖忠斌楊東張永康
    中國公路 2021年20期
    關鍵詞:甘肅省瀝青路面路面

    肖忠斌 楊東 張永康

    (1.揚州大學建筑科學與工程學院,江蘇 揚州 225000;2.蘇交科集團股份有限公司規(guī)劃研究院,江蘇 南京 210000)

    一、引言

    地處我國西北地區(qū)的甘肅省,四面分別與陜西、新疆、四川、青海、寧夏、內蒙古接壤。甘肅地形分布較為特殊,整體呈現(xiàn)“骨頭”狀,周圍被群山峻嶺所圍繞,地形因受兩側山脈擠壓,地勢自西南向東北傾斜,因為其山地、高原、平川、河谷、沙漠、戈壁等縱橫交錯,使得整體地貌豐富多彩,獨具特色。由于復雜的地理狀況及區(qū)域劃分,甘肅氣候類型包括亞熱帶季風氣候、溫帶季風氣候、溫帶大陸性干旱氣候和高原山地氣候,屬于西北寒旱地區(qū)典型的氣候類型。“十三五”期間,甘肅公路建設實現(xiàn)跨越發(fā)展,截至2020年,甘肅省公路總里程達到15.6萬公里,其中高速(一級)公路突破6000公里,實現(xiàn)了由“瓶頸制約”向“基本適應”的根本性轉變。為主動服務國家和甘肅省交通發(fā)展新需求、新變化、新格局,更好支撐國際國內“雙循環(huán)”發(fā)展格局,甘肅公路將從“建設為主”向“建養(yǎng)并重”發(fā)展。

    公路養(yǎng)護作為建設完成后保證路面質量及使用年限充足的重要手段,近年來被政府和建設單位所重視,因此高效適宜的養(yǎng)護方案對于公路的維護成本、使用年限、養(yǎng)護資金、路面使用性能及公路的可持續(xù)發(fā)展都起著決定性的作用?;谏衔拿枋?,本文以國家檢測體系中路面檢測指標的測定結果為基礎數(shù)據(jù),結合相關法規(guī)、路面交通量、氣候環(huán)境、多年來數(shù)據(jù)的變化趨勢及養(yǎng)護目標等因素的分析,構建瀝青路面養(yǎng)護決策模型,充分獲取、利用國檢基礎數(shù)據(jù),給出科學高效的養(yǎng)護決策方案,實現(xiàn)“精準”的養(yǎng)護過程,為甘肅省“十四五”公路養(yǎng)護工作目標提供強有力的技術支撐。

    二、路面養(yǎng)護決策評價指標

    公路路面養(yǎng)護決策指標評價主要對以下5個方面進行綜合評價,包括路面的結構性能、功能性能、車轍性能、抗滑性能及其結構承載能力。再細化到具體的評價項目分別為瀝青路面損壞、平整度、車轍深度、抗滑性和彎沉5項內容,對應的評價指數(shù)分別為路面損壞狀況指數(shù)(PCI)、行駛質量指數(shù)(RQI)、車轍深度指數(shù)(RDI)、抗滑性能指數(shù)(SRI)和結構強度指數(shù)(PSSI)。瀝青路面使用性能通用評價指標體系如圖1所示。

    圖1.路面養(yǎng)護決策評價指標體系

    (一)路面養(yǎng)護決策指標評價方法

    通常,瀝青路面養(yǎng)護決策指標評價結果分為5個等級,具體劃分標準如表1所示。

    表1.評價等級與標準

    評價層次分為網(wǎng)絡級評價和項目級評價,根據(jù)各個級別的評價分別采用不同的評價指標及評價單元。其中網(wǎng)級評價是對整體路網(wǎng)性能及總體分布狀況的評價,首先將路面的損壞程度、平整度和車轍及抗滑等性能經(jīng)過單獨計算評價后,然后綜合各分項指標加權值形成整個路面使用性能指數(shù)(Pavement Quality or Performance Index,PQI),對于瀝青路面,以上四項的權重一般取0.35、0.4、0.15、0.1。而路面結構強度為抽樣評定指標,一般根據(jù)養(yǎng)護決策需求單獨計算評定。其中路面使用性能指數(shù)(PQI)計算公式如下:

    而項目級評價則是對路面結構性能、功能性能、車轍性能、安全性能及結構承載能力等性能的單獨評價,根據(jù)各路段的具體路面狀況進行系統(tǒng)詳細評定,該評價結果對于后期路面養(yǎng)護區(qū)間的確定和養(yǎng)護方案的制定提供了可靠依據(jù)。

    (二)分項指標評價標準

    瀝青路面養(yǎng)護決策評價指標體系中各指數(shù)評價標準如下:

    1.破損程度

    通常用路面破損狀況指數(shù)(PCI)對路面的損傷程度進行評價,計算公式如下:

    上式中DR表示路面的破損率,即各種損壞的折合損壞面積之和與路面調查面積的比例(%);Ai為第i類路面的損壞面積(m2);A為實際調查的路面長度與有效路面寬度的積(m2);表示第i類路面破損的權重。

    2.行駛質量

    路面的平整度通過路面行駛質量指數(shù)(RQI)來衡量,計算公式如下:

    其中IRI為國際平整度指數(shù)(m/km)。

    3.路面車轍

    通常用路面轍深指數(shù)(RDI)來評價路面車轍深度狀況,計算公式如下:

    其中RD表示路面的轍深(mm);RDa、RDb分別表示轍深度和深限值參數(shù),通常RDa=20mm,RDb=35mm。

    4.防滑性能

    路面的防滑性能通過路面防滑性能指數(shù)(SRI)來評定,計算公式如下:

    其中SFC表示橫向力系數(shù);SRImin表示標定參數(shù),一般取35.0;aD、a1為模型參數(shù),分別取28.6和-0.105。

    5.結構強度

    路面的結構強度由路面結構強度指數(shù)(PSSI)進行評價,計算公式如下:

    式中SSI表示路面的結構強度系數(shù);Id表示路面設計彎沉(mm);I0表示實測代表彎沉(mm)。

    綜上所述,鑒于PQI反映路面性能的綜合性,PCI是反映路況最直接的指標,結合甘肅省高速公路與國省道現(xiàn)有檢測數(shù)據(jù)的實際狀況,采用路面質量指數(shù)PQI、路面狀況指數(shù)PCI兩項指標進行養(yǎng)護路段劃分。

    三、瀝青路面養(yǎng)護決策方法

    (一)指標預測模型

    瀝青路面性能指標預測作為養(yǎng)護決策的基礎,可以為交通基礎設施建設設計和相關資源的分配提供依據(jù)。因此,高效合理準確地預測公路瀝青路面性能,對于后期路面路況和配置服務水平的提前熟知,養(yǎng)護及預養(yǎng)護的優(yōu)先權的分配,養(yǎng)護及預養(yǎng)護策略的高效制定,養(yǎng)護成本的節(jié)約,以及提高效費比都會發(fā)揮巨大的作用。瀝青路面性能指標衰減過程一般有凹形曲線、凸形曲線及反S形曲線3種典型模式。分析整個甘肅省路面性能變化模式,由于受存在地域、路面結構、交通量等各種因素的影響,因此無法采用單一的模型代表不同路段的性能衰減趨勢。因此,本文參考國內外已大量使用的性能衰減方程,采用雙參數(shù)模型預測瀝青路面性能指標。

    式中,Y表示路面性能指數(shù)(PCI、PQI等);Y0表示初始路面性能指數(shù);t表示路齡;α、β表示標定參數(shù)。

    (二)養(yǎng)護決策模型

    《公路瀝青路面養(yǎng)護設計規(guī)范》(JTG 5421-2018)中提出了對路面不同指標情況下的路況預防養(yǎng)護和修復養(yǎng)護。對甘肅省公路建養(yǎng)歷史、交通總體狀況、養(yǎng)護等級、具體養(yǎng)護工程及未來5年養(yǎng)護發(fā)展目標等因素進行綜合考慮,構建適用于甘肅公路的高效化養(yǎng)護決策模型,如表2所示。

    表2.瀝青路面養(yǎng)護決策模型

    四、甘肅省瀝青路面養(yǎng)護決策方案

    (一)甘肅省瀝青路面養(yǎng)護現(xiàn)狀

    基于2015年~2020年的歷年檢測數(shù)據(jù),甘肅省國省干線公路網(wǎng)中高速公路、普通國道、普通省道PQI值和PCI值的發(fā)展規(guī)律如表3、表4所示。近年高速公路的PQI值相對穩(wěn)定,基本均在90以上,且路況相對更佳;普通國省道PQI值波動較大,但近兩年總體呈下降趨勢。近年高速公路PCI值相對穩(wěn)定在88~390之間,且高速公路、普通國道、普通省道PCI值整體為上升趨勢。

    表3.干線公路PQI近年發(fā)展規(guī)律

    表4.干線公路PCI近年發(fā)展規(guī)律

    (二)甘肅省瀝青路面發(fā)展趨勢

    根據(jù)甘肅省干線公路PQI和PCI近幾年的現(xiàn)狀數(shù)據(jù),并利用路面養(yǎng)護決策指標預測模型,計算得到甘肅省干線公路未來5年瀝青路面使用性能指標PQI和PCI值,詳見表5、表6。

    表5.干線公路PQI近5年預測值

    表6.干線公路PCI近5年預測值

    (三)甘肅省瀝青路面養(yǎng)護決策方案

    根據(jù)上文指標預測結果,利用瀝青路面養(yǎng)護決策模型,計算得到甘肅省未來5年高速公路、普通國道、普通省道的養(yǎng)護決策方案,詳見表7。

    表7.甘肅省干線公路養(yǎng)護決策方案

    五、結語

    甘肅省公路發(fā)展已進入養(yǎng)護重要階段,科學合理的養(yǎng)護決策方案對甘肅省公路養(yǎng)護質量的提升至關重要。因此,本文以國檢體系中路面性能指標檢測結果為基礎數(shù)據(jù),通過構建指標預測模型和養(yǎng)護決策模型,得到甘肅省未來5年的公路路面養(yǎng)護決策方案,可有效促進甘肅省公路長期可持續(xù)發(fā)展。

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