基于檢測數(shù)據(jù)的瀝青路面養(yǎng)護決策方法探索

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。