基于路面使用性能的養護對策研究

高文武

(廣東省公路工程質量監測中心,廣東廣州 510500)

基于路面使用性能的養護對策研究

高文武

(廣東省公路工程質量監測中心,廣東廣州 510500)

本文從路面使用性能包含的各分項指標入手,詳細講解了各指標的計算方法。結合現有規范和技術標準,提出了系統的基于路面使用性能的養護評價標準。最后通過工程實例闡述該標準在道路養護中的應用。

路面使用性能 維修方法 養護評價標準

This paper explains detailedly the calculation method of each index belonged to pavement performance.Combines with the existing norms and technical standards,proposes the maintenance evaluation standard based on pavement performance.Finally,this paper elaborates application of the standard in road maintenance through engineering examples.

Pavement Performance;Maintenance Method;Maintenance Evaluation Standard

1 引言

路面是道路工程的主要工程結構物，在行車荷載和外界環境因素作用下，路面的使用性能逐漸衰減，當路面損壞到一定程度時，會嚴重影響車輛的行駛質量，為了能給道路使用者創造一個舒適快捷的行車環境，養護決策者需要不斷加大對養護資金的投入，及時進行路面的大、中修養護。對公路管理部門而言，不單是要對局部出現病害的部位進行及時維修，更重要的是如何根據路面的使用性能下降的趨勢有針對性地采取經濟合理的養護策略。本文就此進行初步的理論探討和實例分析。

公路在進行養護時，首先把需要養護的道路劃分為不同的路段，然后對各路段的損壞狀況進行評價，通過評價確定各路段損壞的嚴重程度，并對其進行排序，根據排序結果就可以提出路段養護對策的方案。

2 路面使用性能概述

瀝青路面使用性能評價包含路面損壞、平整度、車轍、抗滑性能和結構強度五項技術內容。其中，路面結構強度為抽樣評定指標，單獨計算與評定，評定范圍根據路面大中修養護需求、路基的地質條件等自行確定。水泥混凝土路面使用性能評價包含路面損壞、平整度和抗滑性能三項技術內容；砂石路面使用性能評價只包含路面損壞一項技術內容。各項具體指標分析如下：

2.1 路面結構承載能力(PSSI)

式中：

SSI——路面結構強度系數，為路面設計彎沉與實測代表彎沉之比；ld——路面設計彎沉(mm)；l0——實測設計彎沉(mm)；a0——模型參數，采用15.71；a1——模型參數，采用-5.19。

2.2 路面破損狀況(PCI)

路面損壞狀況采用PCI指標進行評價，PCI被定義為路面綜合破損率(DR)的函數，具體計算方法如下：

式中：

DR——路面破損率，%；D——路面折合破損面積之和，m2；A——路面實際調查的總面積，m2；Aij——第i類損壞、第j類嚴重程度的實際破損面積，m2；Wij——第i類損壞、第j類嚴重程度的破損權重系數，按標準取值；a0——模型參數，瀝青路面a0=15.00，水泥路面a0=10.66；a1——模型參數，瀝青路面a1=0.412，水泥路面a1=0.461。(圖1)

2.3 路面行駛質量(RQI)

平整度反映了路面行駛質量，它直接影響用戶費用，是路面破壞的潛在因素。在決定罩面厚度時，應考慮路面的平整度。平整度越差，罩面厚度應越大。路面行駛質量采用RQI指標進行評價，路面平整度是影響行駛質量的一項重要因素，因此RQI指標被定義為路面平整度的函數，具體計算方法如下：

式中：

IRI——國際平整度指數，m/km；a0——模型參數，高速公路和一級公路采用0.026，其他等級公路采用0.0185；a1——模型參數，高速公路和一級公路采用0.65，其他等級公路采用0.58。(圖2)

2.4 路面車轍深度指數(RDI)

車轍是瀝青混凝土路面永久變形的累計。研究表明，當車轍大于7.6mm時汽車前輪轉向性能降低、車輛橫向顛簸，當車轍大于15mm時對行車安全性有顯著影響。許多國家在制訂養護策略時將車轍作為重要的控制指標，在我國的《公路技術狀況評定標準》(JTG H20-2007)中也對車轍有一定的要求。具體按下式計算：

式中：

RD——車轍深度，mm；RDa——車轍深度參數，采用20mm；RDb——車轍深度限值，采用35mm；a0——模型參數，采用2.0；a1——模型參數，采用4.0。

2.5 路面抗滑(SRI)

路面抗滑能力是影響行車安全的重要因素，抗滑能力的大小決定路面是否需要加鋪抗滑表層。路面抗滑性能用路面抗滑性能指數

(SRI)評價，具體計算方法如下：

式中：

SRI——橫向力系數；SRImin——標定參數，采用35.0；a0——模型參數，采用28.6；a1——模型參數，采用-0.105。

3 路面維修養護對策

在實際道路養護中，當路面使用性能降低到一定程度或者低于某一標準就要考慮對其進行某種方式的養護，以提高路面的使用性能。養護標準的高低影響路面的處治時機，也同時影響著養護的里程和費用。高的養護標準將使得路面超前處治，路面的使用性能將會維持在一個比較高的水平。反之，路面使用周期增長，平均性能降低。養護時間與養護標準密切相關。目前《公路養護技術規范》(JTJ-96)的養護標準是通過普通公路的大量調查總結得到的，主要適用于

普通公路。然而我國高速公路普遍采用瀝青混凝土面層，穩定材料的半剛性基層，決定它和普通公路的養護標準有很大的不同，我國目前還沒有針對高速公路養護的指導性規范。高速公路瀝青路面養護維修對策的選擇主要根據路面使用性能、交通量大小、分項路況評價和道路在路網中的地位，并結合專家經驗和政策因素等綜合確定。分項路況評價包括路面破損狀況、行駛質量、路面強度、車轍深度和抗滑性能等方面。

表1 PQI分項指標計算權重

表2 路面技術狀況評價等級和評價標準

表3 公路技術狀況等級及路面類型構成

表4 路面使用性能指數(PQI)分項指標統計表

表5 主要次差路段統計表

圖1 路面損壞狀況評價模型(PCI)

圖2 路面行駛質量評價模型(RQI)

圖3 路面使用性能指數(PQI)統計圖

圖4 上行K3403+990處路面破損圖

圖5 下行K3408+963處路面破損圖

3.1 評價指標標準

要決定采用何種養護維修方法，首先應對路面性能檢測的結果進行綜合判斷。綜合判斷可用路面綜合評價指數PQI作為評價指標，建立各種評價標準的權重關系。

路面綜合使用性能采用PQI指標來表征，計算方法如下：

式中根據上述各項指標的評定結果，將路面技術狀況劃分為優、良、中、次、差五個等級，相關評價標準以及檢測和評價指標之間的對應關系如表2所示。

3.2 養護維修方法

(1)一般性養護；對于各項評價指標的值都在優，或各評價指標大多在優個別在良的高速公路，常采用一般性養護。一般性養護主要是對局部出現的小面積病害進行維修，如對裂縫進行灌縫、對小坑槽進行修補、對局部的擁包進行鏟除、對橋頭跳車部位進行修補等。(2)預防性養護；各項評價指標的值都在良或個別指標在中時(路面強度指數PSSI最少為良)，采用該法進行養護。常用預防性養護方法有稀漿封層、微表處、薄層(超薄層)罩面等。預防性養護不但能顯著延長高速公路瀝青混凝土路面的使用壽命，減少養護維修費用，而且對維修期間正常交通的干擾相對較小，是一種非常值得推薦的養護維修方法。(3)中修；當大多數評價指標的值在中，個別指標還處在次，而且路面強度下降較大時就要考慮對路面進行中修。此時，路面基層的強度仍然能滿足通行需求，只是對面層中的某些層面進行銑刨、補強。中修不但費用較高，而且維修期間對交通的干擾也較大。(4)大修；大多數評價指標的值在中以下，而且路面強度指數PSSI處在次或差時就要考慮進行大修。大修不但要對面層全部銑刨，而且對基層全部或者部分也要進行銑刨翻新。大修不但耗資巨大、工作量大，而且維修期間對交通的干擾也較大。

4 工程實例分析

以廣東省境內某條國道現場檢測數據為背景進行基于路面使用性能的養護分析。

4.1 工程概況

起于茂名市信宜市朱砂鎮(K3331+000)，終點位于湛江市徐聞縣海安鎮(K3669+329)，里程長度為338.329km。(表3)

由上表知，該國道主要為水泥路面，路面使用性能分析重點為PQI、PCI、RQI三項指數。

由于本次檢測未包括路面抗滑性能(SRI)的檢測，在進行路面使用性能指數(PQI)的計算各路段統一采用假設值SRI=91.5。

4.2 路面使用性能指數PQI總體評價

根據《公路技術狀況評定標準》(JTG H20-2007)，對該國道的路面技術狀況進行了評定，其路面使用性能指數PQI平均值為83，處于“良”等水平，優良路率為64.65%，次差路率為15.99%。如圖3，表4所示。

根據前面提到的養護維修方法的選擇，全線60%以上的路段PQI、PCI指數為優良，只要選擇一般性和預防性養護即可，下面著重統計分析次差路段，并提出養護建議。根據路面技術狀況評定數據，將使用性能指數PQI或路面破損指數PCI評價主要為“次、差”的路段進行樁號合并，連續路段長度大于5公里的次差路段如表5所列，個別典型次差路段的前方圖像詳見圖4、圖5。

從檢評結果可以看出，該國道路面使用性能指數PQI均值為83.0，達到良等水平，全線總體情況一般。對于水泥混凝土路面，為使水泥混凝土達到良好的使用狀態，路面的養護必須是預防性、主動性、超前性和周期性的。只有充足的投入和采取行之有效的主動養護措施，方能使混凝土路面的諸多優點得以充分發揮。

通過前方圖像及現場檢測知，上述次差路段路面主要病害：橫縱縫密布(斷板)，坑槽，坑洞較多，局部有沉陷，部分混凝土板局部或全部破碎。建議對上述次差路段采取大中修路面改善措施，并加強其他路段的日常養護，對較為嚴重的路面裂縫及時采取灌縫措施，對坑槽、坑洞、沉陷和混凝土板破碎等其他病害及時采取鏟除重新修補等措施。

5 結語

檢測數據的有效準確是養護對策的前提，這要求各養護管理單位定期對路面進行系統檢測，及時跟蹤路面的使用狀況。在對高速公路瀝青混凝土路面進行評價時車轍也是一個重要的指標，特別對南方高溫多雨地區應作為一個基本參數進行檢測。

養護對策是一個綜合的系統過程，伴隨檢測手段的更新，養護對策體系的建立也勢在必行，這就需要對路網進行長期跟蹤檢測，對大量數據進行分析總結，建立起適應不同地方的公路管理系統。

[1]JTJ 073.1-2001公路水泥混凝土路面養護技術規范[S].

[2]JTJ H20-2007公路技術狀況評定標準[S].

[3]姚祖康.路面管理系統[M].北京:人民交通出版社,1992.

[4]潘玉利.路面管理系統原理[M].北京:人民交通出版社,1998.