高速公路路基養護評價方法研究

摘要：目前國內外對高速公路路基的養護檢測非常重視。其主要對路基病害的嚴重程度進行評價，雖說各國都已經開始重視高速公路路基的養護檢測，但是到目前為止還沒有一套用于初步診斷路基性能的高速公路網路基養護評價方法。本文分析了路基破壞的特性及成因，探討了高速公路路基養護評價方法。

關鍵詞：高速公路；路基養護；評價方法

據報道，我國高速公路里程突破45000公里，在我國鋪筑的4萬公里高速公路中，除了少數幾條高速公路在使用10余年后仍然只需通過表面處理就可恢復路面的使用性能外，其余的基本上都達不到設計年限就需要“大修”，普遍發生了早期破壞。一些高速公路建成通車后不久，短的幾個月，長的2-3年，就不得不進行大面積維修。早期修建的一些高速公路，在沒有達到設計年限的情況下，也開始進行大修。

一、路基破壞的特性及成因分析

1.基層。高速公路的半剛性基層厚度多在20cm左右，采用水泥穩定碎石（或礫石）或石灰粉煤灰穩定碎石（或礫石）。半剛性底基層厚20-40cm，采用的材料有石灰土、水泥土、二灰土、二灰砂、二灰和水泥石灰土等。半剛性材料層的總厚度通常不超過60cm，最薄為40cm。半剛性材料路面的承載能力取決于半剛性材料層的質量和厚度因素，如果基層或底基層質量不好或不均勻性大，不能形成一個完整的整體，容易導致瀝青路面產生局部破損。在路面設計和施工都符合要求的情況下，半剛性路面的結構性破壞常發生在行車道的輪跡帶上。在輪跡帶上先產生縱向細小裂縫，而后產生通過輪跡帶的橫向裂縫，最后發展成網裂和形變。

2.填土路堤路基產生縱向不均勻沉降，使路面頂面產生波滾式的不平整。其產沉降的原因：一是原土地基產生固結變形，在填筑路堤之后，地基受到加載作用，產生壓縮變形。二是路堤本身產生固結變形，是與填土高度、土的性質和壓實度密切相關。

二、高速公路路基養護評價方法

1.指標體系。路基主要包括路肩、邊坡、排水設施和擋土墻4個部分。此4部分的功能各不相同，但它們又互相聯系共同為整個公路系統服務。因此，路基的評價指標體系應從路肩、邊坡、排水設施和擋土墻4個部分分別展開。

（1）路肩是保證道路路基、路面整體穩定性和排除路面水的重要結構，同時也是為確保臨時停車所需兩側余寬的重要組成部分。路肩養護的好壞直接關系到路基路面強度、穩定性和行車的安全暢通。當路肩出現輕微破損時，影響了路面的平整度和堅實性，并且會在車載及自然因素的作用下急劇演化成嚴重破損。嚴重破損的出現不僅是影響了路肩的使用性能，還會對路肩的穩定性構成威脅，從而對路面結構的強度和穩定性產生影響。此外，路肩養護除了保證無缺損外，還要保證路肩清潔、無雜物。路肩不清潔或者有雜物會使路面產生積水，無法保證臨時停車，還有可能在自然因素的作用下把雜物吹人路面而產生交通事故，影響行車安全。因此，路肩的破損和清潔狀況反映了路肩整體性能的好壞。

（2）邊坡的功能是保護路基邊坡表面免受雨水沖刷，防治路基病害、保證路基穩定。當邊坡出現沖溝、缺口等輕微破損時，會使雨水進入邊坡土層從而加劇了邊坡的破損。當邊坡破損較嚴重時，邊坡的穩定性受到了影響，并且雨水會直接進入路基土層從而降低了路基土的強度和回彈模量，影響了路基的穩定性。因此，邊坡的缺損狀況反映了邊坡使用性能的好壞。

（3）排水設施的主要作用是將路基范圍內的土基濕度降低到一定限度以內，保持路基常年處于干燥狀態，確保路基路面具有足夠的強度和穩定性。如果排水設施排水不順暢或者被堵塞，那么道路用地范圍的水將無法完全被排除，進而使路基路面產生病害而影響了路基路面的強度和穩定性。此外，當排水設施出現破損時，不但影響了排水設施的及時排水，而且會對路基邊坡產生沖刷從而影響了路基邊坡的穩定性。所以，排水設施的排水順暢程度和破損程度反映了排水設施的整體性能。

（4）擋土墻的主要作用是支撐天然邊坡或人工填土邊坡以保證土體的穩定。當擋土墻出現嚴重破損時，會產生擋土墻傾斜、坍塌進而失穩，從而影響道路使用者的行車安全性。因此，擋土墻的破損狀況反映了擋土墻整體性能的好壞。

（5）通過以上功能和破損分析并結合路基養護的基本要求，確立了路基的評價對象（路肩、邊坡、排水設施和擋土墻）和各對象的評價指標。

2.路基評價指標體系分為目標層、對象層和指標層3層。對象層的4個對象（路肩、邊坡、排水設施和擋土墻）是目標層（路基）的4個影響因素。每個對象的影響因素是其所對應的指標層的評價指標，例如路肩的影響因素是缺損度和清潔度，邊坡的影響因素是缺損度等。通過對影響因素的加權分析建立了高速公路路基的養護評價模型。

3.參數的標定方法。采用了主客觀相結合的評價方法。主觀評價是根據專家的個人經驗，對高速公路路基的性能狀況按照相應的評價等級進行評價，從而獲得主觀評價分值。客觀評價是根據相應的數據采集方法對高速公路路基的實際損壞狀況進行記錄評價。在獲得了主觀評分值和客觀評分值之后，建立起兩者之間的主客觀聯系，利用線性回歸的方法來標定各模型的參數。

4.數據采集。各評價指標的評價分值是通過數據采集來得到的。為了有效地對路基數據進行采集，建立了路基狀況調查表，通過此表可以獲得路基的客觀評價分值。為了增強調查表的實用性和可操作性，多次實地調查應用、反復修改，并利用單因素方差分析法驗證了表格的合理性。為了標定高速公路路基評價模型，建立了主觀評分表。主觀評分表是利用養護工程師的經驗和知識對路基及各評價對象（路肩、邊坡、排水設施和擋土墻）的總體性能進行評分。選取了30個高速公路路段，比較均勻的分布在高速公路網內，路段的選取長度為1km，利用數碼照相機及攝像機記錄原始數據，并使用路基狀況調查表和主觀評分表進行人工現場采集數據。

5.某高速公路路基養護評價模型

（1）模型結果和模型檢驗。根據模型參數的標定方法，采集的30個高速公路路段數據進行回歸分析得到路基評價模型為：第一，分別是路肩、邊坡、排水設施和擋土墻的評價模型。第二，評價模型都通過檢驗，模型的殘余標準差分別為1.29、1.73、2.46和1.82。這表明在95%的置信度水平下利用評價模型來計算路肩、邊坡、排水設施和擋土墻的評價分值時具有±2 的誤差，也就是分別具有±2.58、±3.46、±4.92和±3.64范圍的最大誤差。通過各評價對象的評價模型和評價指標分值可計算得到路肩、邊坡、排水設施和擋土墻的模型計算值。在95%的置信度水平下利用路基評價模型來計算路基的評價分值時具有±1.78的誤差。

（2）模型的合理性。為了驗證模型的合理性，對模型計算值與主觀評分值進行相關性分析路肩、邊坡、排水設施、擋土墻和路基的模型計算值與主觀評分值的正比例函數系數分別為1.0013、0.999 5、1.006 3、0.9981和0.9953，絕對誤差都在±1%的范圍內。所以模型計算值能很好地代替主觀打分值，也就是說路基評價模型能很好地反映路基的損壞狀況。

通過研究提出了一套從指標體系、數據采集到參數標定全過程的、適用于高速公路路基的網級評價方法。本方法用于對路基性能做初步診斷和評價，能夠為進一步養護管理提供依據，具有簡單易操作的特點，并在實際應用中取得了良好的效果。

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