宣大高速公路水泥混凝土路面使用性能評(píng)價(jià)

范瑛宏 彭 鵬 侯子義 閆倩倩

（1.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院 北京 100088； 2.河北工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院 天津 300401）

1 水泥混凝土路面評(píng)價(jià)原則及指標(biāo)

1.1 評(píng)價(jià)原則

為了公路養(yǎng)護(hù)管理工作的順利進(jìn)行，科學(xué)地評(píng)定公路技術(shù)狀況和服務(wù)水平，交通部公路科學(xué)研究院主編了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)［1］，這樣可以使得公路的檢測(cè)和評(píng)定工作趨于科學(xué)化、規(guī)范化和制度化。首先，評(píng)定工作應(yīng)遵循客觀、科學(xué)和高效的原則，并利用先進(jìn)的檢測(cè)和評(píng)價(jià)手段，以保證檢測(cè)和評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。其次，各級(jí)交通主管部門(mén)及公路管理機(jī)構(gòu)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)評(píng)定工作的監(jiān)督，同時(shí)積極完善相關(guān)的規(guī)章制度。然后根據(jù)評(píng)定的結(jié)果，制定養(yǎng)護(hù)方案，積極實(shí)施預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。并且在進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)定的過(guò)程中，還應(yīng)遵守國(guó)家和行業(yè)的其他標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和路面檢測(cè)技術(shù)的提高，各國(guó)制定的路面檢測(cè)方法及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的不同，選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)和建立的評(píng)價(jià)模型也各不相同。

在我國(guó)的規(guī)范中，水泥混凝土路面的使用性能指數(shù)（PQI）包括路面損壞狀況指數(shù)（PCI）、路面行駛質(zhì)量指數(shù)（RQI）、路面抗滑性能指數(shù)（SRI）、路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)（PSSI）4個(gè)指標(biāo)。各個(gè)指標(biāo)的值域?yàn)?～100，某項(xiàng)指標(biāo)的值越大，則說(shuō)明路面該項(xiàng)性能越好。

2 路面使用性能的評(píng)價(jià)方法

目前，我國(guó)對(duì)路面使用性能的評(píng)價(jià)方法為多指標(biāo)和綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)相結(jié)合的方法，主要有4類(lèi)，分別為：基于回歸模型法的評(píng)價(jià)方法（如PSI，PQI，MCI和我國(guó)的PQI）、基于系統(tǒng)分析法的路面評(píng)價(jià)方法（如層次分析法、模糊數(shù)學(xué)）、基于灰色理論的評(píng)價(jià)方法以及集對(duì)分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等［2］。

在我國(guó)的規(guī)范中，對(duì)于水泥混凝土路面使用性能評(píng)價(jià)包括PCI，RQI，SRI 3項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，分別乘以權(quán)重進(jìn)行求和，按下式計(jì)算：

式中：wPCI，wRQI，wSRI分別為PCI，RQI，SRI的權(quán)重值。

PQI的值域?yàn)?～100，且其值越大越好。根據(jù)PQI值及各分項(xiàng)指標(biāo)評(píng)定路面的等級(jí)見(jiàn)表1。

表1 路面狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

3 宣大高速公路工程實(shí)例分析

本文結(jié)合宣大（宣化－大同）高速公路改建項(xiàng)目，采用相關(guān)方法，分別計(jì)算得出路面損壞狀況指數(shù)、路面行駛質(zhì)量指數(shù)和路面抗滑性能指數(shù)和路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)，確定了宣大高速公路使用性能水平，并有針對(duì)性地提出了養(yǎng)護(hù)維修的方法。

3.1 路面使用性能調(diào)查

（1）進(jìn)行路面損壞狀況的調(diào)查。本次調(diào)查采

用人工方法對(duì)重載方向進(jìn)行調(diào)查，對(duì)所有的行車(chē) 道進(jìn)行損壞類(lèi)型和嚴(yán)重程度的實(shí)地調(diào)查，見(jiàn)表2。

表2 路面損壞狀況調(diào)查數(shù)據(jù)

在本次路面損壞狀況調(diào)查中，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的填縫料損壞、拱起和修補(bǔ)的病害，故未在表中列出。

根據(jù)公式計(jì)算：

式中：各符號(hào)含義見(jiàn)規(guī)范［1］，分別計(jì)算得出每k m的PCI值和DR值，見(jiàn)表2。取PCI的平均值來(lái)評(píng)價(jià)宣大公路的路面損壞狀況，PCI＝31.4＜60，DR＝59.8。根據(jù)該結(jié)果，可以確定宣大公路的路面損壞狀況非常嚴(yán)重。

（2）對(duì)宣大公路的路面平整度進(jìn)行檢測(cè)。平整度的測(cè)量方法有很多，本次調(diào)查采用車(chē)載式激光平整度儀測(cè)定重載方向的平整度。激光平整度儀采集的數(shù)據(jù)為路面的相對(duì)高程值，是以100 m為計(jì)算區(qū)間長(zhǎng)度并用IRI標(biāo)準(zhǔn)程序計(jì)算的值［3］。由于激光平整度儀采集的數(shù)據(jù)量較大，所以只將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果列于表3。

表3 路面平整度數(shù)據(jù)表

根據(jù)公式計(jì)算：

式中：各符號(hào)含義見(jiàn)規(guī)范［1］，可以計(jì)算各段的RQI值列于上表中，并求得IRI＝2.412，RQI＝87.785，由此可以確定宣大公路的平整度處于良好水平。

（3）用擺式儀測(cè)定路面摩擦系數(shù)，以評(píng)定路面在潮濕狀態(tài)下的抗滑能力。為了計(jì)算SRI的值，根據(jù)已有的研究成果，將測(cè)定的擺式摩擦系數(shù)的值換算為橫向力系數(shù)SFC的值，考慮由于精度及其他因素的影響，可能會(huì)造成一定的誤差，但是這個(gè)誤差是允許的，因此，通常采用換算公式Fb＝0.959 3Fs＋5.245［4］進(jìn)行換算。重載方向測(cè)定的擺式摩擦系數(shù)的數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 路面擺式摩擦系數(shù)表

式中：各符號(hào)含義見(jiàn)規(guī)范［3］，計(jì)算得出BPN＝51.4，SFC＝48.1，SRI＝86.2，由此可以確定宣大公路的抗滑性能處于良好水平。

（4）根據(jù)公式（1）（其中對(duì)于水泥混凝土路面ωPCI＝0.5，ωRQI＝0.4，ωSRI＝0.1），計(jì)算得出宣大公路（重載方向）的路面使用性能PQI＝0.5×31.4＋0.4×87.785＋0.1×86.2＝59.434＜60，故宣大公路路面的使用性能已經(jīng)處于較差的水平。根據(jù)公式計(jì)算：

（5）對(duì)宣大公路進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)的評(píng)定，采用落錘式彎沉儀進(jìn)行路面彎沉值的測(cè)定。以下選擇的測(cè)試路段通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理計(jì)算得出各個(gè)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)彎沉代表值，設(shè)計(jì)彎沉值為35 mm。

根據(jù)公式計(jì)算：

式中：各符號(hào)含義見(jiàn)規(guī)范［3］，計(jì)算得出PSSI的值，見(jiàn)表5。

表5 路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)及相關(guān)數(shù)據(jù)

由表5可見(jiàn)，計(jì)算得出宣大高速公路的路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)的平均值為71.97＞70，處于中等水平，因此，宣大公路的路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度處于足夠的水平。

3.2 路面養(yǎng)護(hù)維修措施

根據(jù)宣大高速公路現(xiàn)有的路面使用性能指數(shù)PQI的值，對(duì)于較嚴(yán)重的路面（重載方向）需進(jìn)行路面的大中修或加鋪或改建，而對(duì)輕載方向可以采取專(zhuān)項(xiàng)的矯正性養(yǎng)護(hù)。

輕載方向的矯正性養(yǎng)護(hù)，可采取的措施有：瀝青砂或密級(jí)配瀝青混凝土補(bǔ)平夯實(shí)、環(huán)氧樹(shù)脂砂漿修補(bǔ)、混凝土稀漿封層、瀝青砂或密級(jí)配瀝青混凝土進(jìn)行順接等［5］。而對(duì)重載方向的路面損壞嚴(yán)重的應(yīng)進(jìn)行大修或改建。對(duì)于部分嚴(yán)重的水泥混凝土路面板可以采取整板置換；對(duì)于路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度足夠的情況下，可以采取加鋪瀝青層的方式進(jìn)行修復(fù)；對(duì)于路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不滿足要求的路段，則需進(jìn)行翻修。

對(duì)于不同的養(yǎng)護(hù)維修措施，還需要考慮成本問(wèn)題，最終確定的養(yǎng)護(hù)措施應(yīng)符合成本效益最低且能達(dá)到預(yù)期的修復(fù)水平的原則。通過(guò)對(duì)宣大高速公路原有路面的病害分析及各項(xiàng)數(shù)據(jù)的對(duì)比，并考慮到輕重載的差異，確定宣大高速公路重載方向采用加鋪瀝青面層的方式，輕載采用矯正性專(zhuān)項(xiàng)養(yǎng)護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)調(diào)查和計(jì)算，得出宣大高速公路的路面損壞狀況處于較差的水平，平整度和抗滑性能處于良的水平，而路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度處于中等水平。

（2）宣大高速公路路面的使用性能指標(biāo)PQI的值為59.434，因此，現(xiàn)有的路面使用性能處于較差的水平，對(duì)路面采取適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)措施勢(shì)在必行。

（3）針對(duì)宣大公路的現(xiàn)有路面使用性能，以及交通荷載的分布情況，對(duì)于輕載方向建議采用專(zhuān)項(xiàng)的矯正性養(yǎng)護(hù)措施，而對(duì)于重載方向則建議進(jìn)行加鋪瀝青面層的處治方法。

［1］ JTG H20－2007公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：人民交通出版社，2007.

［2］ 黃文雄，譚利英，鄧麗娟.公路路面使用性能評(píng)價(jià)方法研究［J］.交通科技，2003（4）：97-100.

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［4］ 王 驍，馬天麗，傅燕峰.橫向力系數(shù)測(cè)定車(chē)與擺式儀檢測(cè)方法的相關(guān)性分析［J］.黑龍江交通科技，2012（11）：158-159.

［5］ 左世娟.水泥混凝土路面病害分析和養(yǎng)護(hù)對(duì)策［J］.黑龍江交通科技，2002（4）：24-26.