檢測規(guī)模及檢測周期對高速公路大中修決策的影響研究

王方杰

（林同琰國際工程咨詢（中國）有限公司，重慶市 401121）

檢測規(guī)模及檢測周期對高速公路大中修決策的影響研究

王方杰

（林同琰國際工程咨詢（中國）有限公司，重慶市 401121）

高速公路瀝青路面技術狀況檢測數(shù)據(jù)是其大中修工程養(yǎng)護決策的依據(jù)，檢測數(shù)據(jù)能否客觀、真實地反映路面使用性能會對大中修決策產(chǎn)生重要影響。為進一步研究抽樣檢測方案對檢測數(shù)據(jù)的影響情況，選取適用于高速公路檢測的抽樣方法，對比研究不同抽樣規(guī)模和檢測周期下檢測數(shù)據(jù)變異性的發(fā)展規(guī)律，得到了基于路用性能指標特性的合理抽樣規(guī)模，確定了不同檢測周期對路用性能指標預測影響的顯著性，為高速公路檢測方案、性能預測及大中修決策提供參考。

高速公路；大中修；路用性能指標；抽樣規(guī)模；檢測周期

0 引言

經(jīng)過將近二十多年的高速發(fā)展，我國早期修建的高速公路已經(jīng)或即將達到使用年限，大批高速公路處于大中修或者改擴建的狀態(tài)。路面技術狀況檢測為路面使用性能預測提供原始數(shù)據(jù)，是制定合理的高速公路大中修養(yǎng)護決策的依據(jù)[1]。

由于技術、經(jīng)濟條件的限制，路面檢測不可能對整條高速公路路段進行全面的檢測，為了減少檢測時間、節(jié)省檢測資金，在一些大中修工程前，會采取抽樣檢測的方法對原有路面進行檢測，即選取若干路段進行抽樣檢測，以樣本點的技術狀況推測整條公路的技術狀況[2]。若瀝青路面抽樣檢測方案不夠科學、合理，必將影響檢測數(shù)據(jù)的準確性，進而無法客觀、真實地反映舊路面實際使用性能，最終影響大中修方案的決策。

現(xiàn)有研究對路面性能抽樣檢測方案研究較少，本文基于京津唐高速檢測數(shù)據(jù)，對比分析不同抽樣規(guī)模和檢測周期對高速公路路面性能檢測數(shù)據(jù)和性能預測的影響，確定科學合理的檢測方案，使檢測結果既可以客觀反映公路技術狀況，又可以最大程度地降低檢測成本。

1 不同檢測抽樣方法分析

目前統(tǒng)計學中主流的抽樣方法有兩種：簡單隨機抽樣和等距抽樣。簡單隨機抽樣法是最簡單最基本的抽放方法，當市場調(diào)研范圍有限，或調(diào)查對象情況不明、難以分類，或總體單位之間特性差異程度小的情況下采用此法效果較好。對于路面技術狀況指標的檢測，由于路線長度的不確定性，不能準確確定隨機抽樣規(guī)模，且簡單隨機抽樣的隨機性導致抽樣檢測點位置零散，檢測時準確定位抽樣點帶來的附加工作任務繁重[3]。等距抽樣相對于簡單隨機抽樣方式最主要的優(yōu)勢就是經(jīng)濟性。等距抽樣方式比簡單隨機抽樣更為簡單，花的時間更少，并且花費也少，適合于公路路面技術狀況檢測，故本文采用等距隨機抽樣方案。

根據(jù)我國《公路技術狀況評定標準》（JTG H20-2007）規(guī)定，路面使用性能評價指標檢測最小單位長度如表1所列。

表1 路面使用性能評價指標檢測最小單位長度一覽表

按照表1的抽樣檢測方案，雖然可以保證檢測結果的可靠性，但是不能保證檢測成本的經(jīng)濟性。根據(jù)統(tǒng)計原理，由部分小路段檢測數(shù)據(jù)（例如100 m，200 m，500 m）來推斷整段（1 km、2 km或更長路段）路面的使用性能，推斷錯誤在所難免。對于抽樣檢驗，無法絕對避免錯誤，但可以通過合理的樣本容量（抽樣規(guī)模）和抽樣周期將錯誤發(fā)生的概率降到最低。

2 不同抽樣規(guī)模下檢測結果可靠性分析

抽樣規(guī)模也稱作樣本容量，進行路況檢測時抽檢規(guī)模可定義為抽檢路段長度占路段總長度的百分比。抽樣方案設計時必須明確規(guī)定合適的抽樣規(guī)模，抽樣規(guī)模過小，會導致統(tǒng)計分析結果的穩(wěn)定性較差；抽樣規(guī)模過大，會增加不必要的數(shù)據(jù)搜集成本。我國路面使用性能評價模型中主要有PCI、RQI、RDI、SRI四種指標，重點分析該4指標采用不同抽樣規(guī)模時對檢測結果造成的影響。

在《公路技術狀況評定標準》（JTG H20-2007）中規(guī)定的抽樣規(guī)模基礎上適度縮小抽樣規(guī)模，具體如表2所列。

表2 路面檢測指標抽樣規(guī)模一覽表

2.1 不同抽樣規(guī)模下檢測數(shù)據(jù)的變異性分析

對2012年京津唐高速不同抽檢規(guī)模下路面使用性能檢測數(shù)據(jù)結果進行分析，如表3所列。

表3 2012年河北省京津唐高速不同抽檢規(guī)模的變異水平一覽表

從3可以看出，抽樣規(guī)模不同時，抽樣結果存在一定的變異性，減小抽樣規(guī)模的抽樣檢測樣本偏差明顯變大，DR的最大偏差為12.96%，IRI的最大偏差為7.35%，RD的最大偏差為5.48%，SFC的最大偏差為0.64%，樣本的方差變化幅度相對較小，DR、IRI、RD的變異系數(shù)出現(xiàn)了大幅波動，波動范圍在6.5%～24.6%，只有SFC的變異系數(shù)保持平穩(wěn)。

跑步運動不僅是自我與外部社會生活世界的互動，也是自我與心靈內(nèi)部精神世界的對話。當與心靈對話時，在自由漫跑情境中，通過身體的律動、空間的開放、環(huán)境的自然、心境的自為，跑步運動扮演了抵制工具理性束縛的角色，使感性生命力得到釋放。

從抽樣數(shù)據(jù)偏差分析，當抽樣規(guī)模Ⅱ時，京津唐高速各項路面檢測數(shù)據(jù)的偏差量在可接受范圍內(nèi)；當采用抽樣方式Ⅲ（抽樣距離為50 m）時，PCI檢測超出了允許的最大偏差；當采用抽樣方式Ⅴ（抽樣距離為100 m）時，平整度檢測時超出了允許的最大偏差；當采用抽樣方式Ⅴ（抽樣距離為90 m）時，車轍檢測時超出了允許的最大偏差；只有抗滑指標在各個抽樣方式下的抽樣檢測結果均滿足最大偏差要求。

2.2 不同抽樣規(guī)模下檢測數(shù)據(jù)偏差分析

對2009～2012年京津唐高速IRI抽樣檢測數(shù)據(jù)進行歸一化處理，抽樣規(guī)模Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ下IRI分布如圖1～圖3所示。

圖1 抽樣規(guī)模Ⅰ下IRI檢測數(shù)據(jù)分布圖

圖2 抽樣規(guī)模Ⅱ下IRI檢測數(shù)據(jù)分布圖

圖3 抽樣規(guī)模Ⅲ下IRI檢測數(shù)據(jù)分布圖

從圖1～圖3可以看出，標準抽樣規(guī)模下，IRI變化范圍分別為：25%～300%、25%～300%和25%～250%，隨著檢測樣本容量的減少，抽樣規(guī)模Ⅱ的IRI變化范圍與標準抽樣規(guī)模一致，而抽樣規(guī)模Ⅲ則會出現(xiàn)“失真”錯誤。說明采用抽樣規(guī)模Ⅱ替代標準抽樣可以大致反映原路面實際狀況，但抽樣規(guī)模Ⅲ會使路面中病害點的漏檢機會大大增加。

對2009～2012年京津唐高速車轍變化進行分析。按照車轍的大小，劃分了6個范圍，分別為0～2mm、2～4 mm、4～6 mm、6～8 mm、8～10 mm和10 mm以上。不同抽樣方式下車轍變化如表4所列。

從表4可以看出，在不同的抽樣規(guī)模下，抽樣結果總體上都符合車轍衰變規(guī)律，即隨著時間推移，車轍深度逐步加深，但不同抽樣規(guī)模下，車轍在不同的范圍內(nèi)存在一定差別。例如，2010年標準抽樣下該路段車轍在6～8 mm之間的占全路段27.6%，而抽樣規(guī)模Ⅱ、Ⅲ則分別為23.3%、24.3%，兩者之間相差4.35%、3.35%。

由以上分析可知，抽樣規(guī)模對檢測數(shù)據(jù)精度有直接影響，當抽樣規(guī)模縮小時，抽樣結果可靠水平會相對降低。當高速公路整體技術狀況水平較高時，適當?shù)乜s小抽樣規(guī)模也可以滿足精度要求，能夠反映路面檢測指標。

表4 2009～2012年京津塘高速車轍分布一覽表 %

3 不同檢測周期對路面性能預測的影響

現(xiàn)有規(guī)范對我國高速公路路面性能檢測規(guī)定為定周期檢測，但由于在環(huán)境及荷載的不斷作用下，路面性能逐漸衰減，且衰減速率不斷增加，各種病害產(chǎn)生的概率和頻率都明顯提高[4]。對于不斷變化的路面狀況，相同的檢測周期勢必造成檢測數(shù)據(jù)差異性較大，不能真實地反應路面性能狀況，難以做出正確的大中修決策[5]。因此，除抽樣規(guī)模外，路面檢測周期是影響抽樣檢測數(shù)據(jù)準確性的重要因素。

3.1 不同檢測周期對路面性能預測的影響

本文通過對京津塘高速IRI指標觀測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，研究檢測周期對路面性能預測的影響。IRI指數(shù)預測模型如式（1）所示。

式中：IRI為國際平整度，m/km；t為路齡；a&b為回歸常量。

采用京津唐高速某段2006～2012年7年間IRI的檢測數(shù)據(jù)，如表5所列。

表5 不同年份平整度檢測數(shù)據(jù)一覽表

根據(jù)不同路齡時的檢測數(shù)據(jù)，以2006年為基年設定不同的檢測周期，依據(jù)式（1）形式擬合IRI預測模型，如表6所列。

如表6所列，檢測周期不同，IRI預測模型及精度都會發(fā)生變化。檢測周期還對檢測數(shù)據(jù)的標準偏差有直接影響，檢測周期越長，檢測數(shù)據(jù)標準偏差越大，路面性能預測模型的準確性越差，檢測周期越短，檢測數(shù)據(jù)越能反應路面實際性能情況。由以上分析可得，檢測周期對路面性能預測有著重要影響。

表6 不同檢測周期時IRI的預測模型一覽表

3.2 不同檢測周期對路面壽命預測的影響

壽命預測是瀝青路面性能預測的重要內(nèi)容。取IRI限值為5.0 m/km，根據(jù)表6中的預測模型計算得到不同檢測周期下路面預測壽命的變化情況，具體如表7所列。

表7 不同檢測周期對路面預測壽命的影響一覽表

由表7可以看出，由于檢測年限及數(shù)據(jù)量限制，此次計算預測壽命隨檢測周期變化并不十分明顯，但仍能看出，當檢測周期增大后路段的預測壽命低于檢測周期較短時計算所得的預測壽命值。若認為檢測周期為1 a時的檢測數(shù)據(jù)反映的是“實際”路況，則檢測周期變大后，路面的使用壽命將會估計過低。

現(xiàn)路面管理與設計中所采用的路面使用性能預測、壽命預測模型一般為經(jīng)驗模型[6]。因此，路面檢測數(shù)據(jù)是建立與修正性能預測模型的關鍵。顯而易見，性能預測模型的精度取決于數(shù)據(jù)的準確性。因此，在道路大中修決策過程中，應綜合檢測費用的經(jīng)濟性，根據(jù)路面的使用狀況、建養(yǎng)歷史確定和調(diào)整合理的檢測周期。

4 結論

路面使用性能檢測數(shù)據(jù)對路面養(yǎng)護決策至關重要。性能預測和實際情況的差異受檢測誤差、抽樣方式、抽樣規(guī)模和檢測周期等因素的影響。本文在對路面檢測數(shù)據(jù)進行分析的基礎上，研究了路面檢測抽樣規(guī)模和檢測周期對瀝青路面性能預測的影響，得到如下結論：

（1）抽樣檢測在一定程度能夠用來評價路面使用狀況，但檢測結果的可靠性受檢測抽樣規(guī)模和檢測周期的影響。

（2）不同抽樣規(guī)模的檢測結果總體符合路面性能衰變規(guī)律，但檢測數(shù)據(jù)會隨著檢測抽樣規(guī)模的縮小而出現(xiàn)“失真”。抽樣檢測時，在經(jīng)過實際調(diào)查論證的前提下，可以適當縮小抽樣規(guī)模，節(jié)約資金，但不能無條件地縮小抽檢規(guī)模。

（3）檢測周期對路面使用性能預測和壽命預測都有影響。較長的檢測周期會使預測結果有更大的不確定性，但當檢測數(shù)據(jù)變異性低時，可適當增大檢測周期。

[1]楊書祥,馬士賓.公瀝青路面結構可靠性分析與維修[M].北京：中國建材工業(yè)出版社,2013:94-104.

[2]王國亮,王建民.工程質(zhì)量評定中計數(shù)型抽樣檢驗方案制訂的連續(xù)化方法[J].公路交通科技,2012,29(7)：26-31.

[3]許期賢.談談百分比抽樣，統(tǒng)計抽樣與隨機抽樣[J].四川標準化與計量,1992,14(2)：48-52.

[4]申曉靜.基于路面使用性能可靠性的檢測周期優(yōu)化研究[D].河北工業(yè)大學,2012.

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[6]王佳.高速公路瀝青路面使用性能評價與預測決策研究[D].長沙：長沙理工大學,2006.

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1009-7716（2017）04-0194-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.057

2017-01-17

王方杰（1981-），男，河南安陽人，碩士，高級工程師，從事道路工程設計工作。