關于貴州某高速公路瀝青路面預防性 養護方案決策分析

(1貴州省建筑設計研究院有限責任公司， 貴州 貴陽 550081；2貴州建通建設工程有限公司， 貴州 貴陽 550081)

1 前言

針對瀝青路面的工程特點，我國《公路瀝青路面養護技術規范》(JTJ 073.2-2001)要求，公路養護管理部門必須對各等級的瀝青路面制定合理的預防性養護計劃，采取周期性的預防性養護措施。瀝青路面與其他工程項目不同，它在道路開放運營早期就會出現不同程度和范圍路面病害，如裂縫、坑槽等。一旦這些早期病害得不到合理而有效地處治，路面損壞就會進一步加劇，并最終導致路面壽命大大低于設計壽命；如能夠在路面病害出現早期就采取適當的預防性養護措施，不但可以有效延緩路面破壞的速度，而且還可以將路面服務水平保持在較高水平，進而達到延長路面壽命的目的。因此，在適宜的時間，采取科學、合理的預防性養護方案對于瀝青路面的預防性養護工作具有十分重要的意義。

本文以貴州某高速公路為例，利用其它研究論文[1]中的預防性養護模型為基礎，對某高速公路的養護決策進行分析與論證。

2 預防性養護方案決策的影響因素與方法

瀝青路面預防性養護方案的選擇主要涉及到經濟、技術、施工、氣候環境和養護部門養護能力等多個方面的因素，是一個多因素、多目標、多層次的決策問題[2]。因此，在選擇預防性養護方案時必須綜合考慮各個因素的影響，以及制定出科學而合理的方案，達到預防性養護的效果。

決策樹、決策矩陣法、費用效益法和壽命周期費用法是目前瀝青路面預防性養護中較常用方案決策方法。

決策樹和決策矩陣法一般是根據當地類似工程經驗，并且主要考慮技術因素建立的。但是由于不同道路所處的環境不盡相同，交通量、路面結構也存在差異，并且難以考慮多種因素的組合，因此移植性較差[3]。

費用效益法就是以效益費用比作為評價預防性養護效果的標準。在路面工程中常以采取預防性養護后路面壽命或性能指標曲線下增加的面積作為效益[3]。通過對比各方案的費用效益比，選出其中比值最大即為最優方案[4]。這種方法主要考慮了預防性養護措施的經濟效益，而忽視了路面實際的路況對決策的影響，因此選出的方案往往是最經濟的而非最優的。

壽命周期費用法(Life- Cycle Cost )是一種以項目的壽命周期作為費用計算的分析期來分析項目效益的經濟分析方法。對于路面大中修工程，壽命周期具有良好的適用性[5]。同時，在掌握路面長期路用性能檢測數據的情況下，對預防性養護方案選擇也有很好的效果。

3 某高速預防性養護決策

結合貴州某高速公路右幅 K96+000～K116+000路段實測數據，運用已建立的瀝青路面使用性能衰變方程計算預測結果，并用費用現值法進行經濟評價，以此來確定最佳養護方案。

3.1 采取預防性養護措施前衰變曲線的確定

根據文獻[1]得到的瀝青路面使用性能衰變模型，結合該高速公路右幅K96+000～K116+000段前四年的檢測數據，可以得到該高速使用性能的各指標衰變方程(圖 1～圖 6)。

圖1 預防性養護前PSSI的衰減曲線

圖2 預防性養護前RQI的衰減曲線

圖3 預防性養護前RD的衰減曲線

圖4 預防性養護前CR的衰減曲線

圖5 預防性養護前LR的衰減曲線圖

6 預防性養護前SFC的衰減曲線

3.2 預防性養護時機的確定

通過對貴州某高速公路右幅 K96+000～K116+000路段控制指標和觸發指標的數據的分析，結合預測模型繪制的衰減曲線，可以非常清晰的了解該路面各個指標現在所處情況以及未來發展趨勢。從PSSI衰減曲線圖1中可以看出在路齡約為8年時，PSSI下降到控制值以下，既是PSSI大于控制指標；從預測圖2中可以看出某高速公路右幅K96+000～K116+000路段的RQI下降比較緩慢，在預測期內不會達到控制指標。以上兩個控制指標在第8年以前均未達到控制值，所以在8年前可以采取預防性養護措施進行養護。

從預測圖3中可以看出某高速公路右幅K96+000～K116+000路段的裂縫率上升較快，在預計路齡為5年時，裂縫率將達到觸發值；從預測圖4中可以看出該高速公路右幅 K96+000～K116+000路段的車轍將進入一個快速增長階段，在預計路齡為7年時，車轍深度將達到觸發值；從預測圖5中可以看出該高速公路的路面損壞LR將進入一個快速增長階段，在預計路齡為7年時，路面損壞LR將達到觸發值；從預測圖6中可以看出該高速公路的橫向力系數在預計路齡為7年時將達到觸發值。

綜合以上控制指標和觸發指標的預測結果，可以確定預防性養護時間的區間為路齡第5年～第8年。

3.3 預防性養護方案的擬定

根據貴州某高速右幅K96+000～K116+000的前期檢測資料，路齡為第5年時裂縫率首先達到養護觸發值，可對應采取的預防性養護措施有，霧封、乳化瀝青稀漿封層等。第 7年時車轍、路面破損和橫向力系數達到養護觸發值，此時可采取的預防性養護措施有超薄磨耗層、微表處等。據此本文擬定三種預防性養護方案：

A：第五年采取霧封層，第七年采取超薄磨耗層；

B：第五年采取霧封層，第七年采取微表處；

C：第五年采取超薄磨耗層。

根據本文文獻[1]提出的預防性養護標準，以PSSI和RQI為控制指標，當他們的值低于83時就不能采取預防性養護措施，需要進行大中修。因此，本文設定當PSSI和RQI值低于控制值時采取中修罩面。

3.4 采取預防性養護后路面中修時間的確定

根據圖2、圖3可知，在預測期內PSSI的衰減值明顯大于RQI，即PSSI達到控制值的時間早于RQI，因此可選取PSSI值為預防性養護后中修時間確定的控制指標。

由霧封層、微表處和超薄磨耗層三種預防性養護試驗段檢測數據可以得到三種養護措施實施后PSSI的衰變方程及各年的預測值：

霧封層：PSSI(k+1)=85.8273e-0.0097k；微表處：PSSI(k+1)=85.8889e-0.0156k；超薄磨耗層：PSSI(k+1)=85.6835e-0.0132k。

根據未采取預防性養護前PSSI的衰變方程，可以確定出采取預防性三種養護方案后PSSI的衰減趨勢，如圖7。

圖 7 采取不同預防性養護措施后PSSI衰變趨勢圖

根據圖7可知，對于采取方案A養護措施的路段，在采取第一次預養措施后第6年，PSSI值降到82.35，說明此時路面應采取中修措施；對于方案B養護方案，在采取第一次預養方案后第6年路面PSSI降到82.57，說明道路應采取中修措施；對于方案C方案的路段，在采取措施后第4年PSSI降低到82.57，說明道路應采取中修措施。

3.5 預防性養護方案費用現值計算

本文計算采用費用現值法，將采取不同預防性養護養措施投入的資金折統一現到公路初建年分。為了簡化預防性養護方案費用計算過程，本文計算時不考慮初期建設費用、日常性養護費用、用戶費用和分析期末的殘值，只考慮方案中的所投入的預防性養護費用和大中修費用，所以費用現值的計算公式可以簡化成公式1[6-7]。

通過計算各方案的費用現值，可清楚地體現出采取不同預防性養護措施和推遲中修時間所產生的經濟效益。

根據我國建設部和交通部發布的《公路建設項目經濟評價方法與參數》規定，公路建設項目的貼現率不高于8%，不低于6%，本文貼現率采用8%。結合貴州省公路建設和養護實際工程資料，霧封層、超薄磨耗層和微表處的價格擬定為元 9元/m2、25.8元/m2、19.89元/m2，中修罩面工程費用為388.85元/m2。

為比較采取三種預防性養護措施方案的費用現值，本次計算中分析期選定為預防性養護后中修時間最晚的的年限，即11年，貼現率為8%，同時，將各方案的預防性養護費用和中修罩面費用統一折現換算到公路初建年份，計算各個預防性養護方案的費用現值，可得出：采取不同預防性養護措施的方案都推遲了路面中修的時間，方案A、B都推遲了三年，方案C推遲了一年；采取方案A、B的費用現值明顯低于未采取預防性養護措施的方案；方案C的費用現值與未采取措施的方案接近，但是方案C中修時間比未采取時晚了一年，從整體效益角度考慮也要優于未采取預防性養護的方案。

因此從長遠角度考慮，采取預防性養護措施可以降低路面的養護維修費用，推遲中修時間；通過三種不同預防性養護方案的PSSI衰變曲線還可以看出，采取預防性養護措施，延緩了路面結構強度衰變速度，進而延長了路面的使用壽命。此外，在進行預防性養護方案選擇時，不僅要選擇合理的養護措施，還要考慮不同養護措施組合所產生的經濟效益。

4 結論

本文以貴州省某高速公路右幅 K96+000～K116+000路段為研究對象，利用瀝青路面性能衰變模型對該路段各個指標的衰變規律進行預測，以預防性養護評價標準為依據，確定了預防性養護時機；以霧封、超薄磨耗層和微表處三種預防性養護處治措施效果為基礎，結合某高速公路右幅 K96+000～K116+000路段性能預測結果，確定了三種不同的預防性養護方案；利用壽命周期費用分析法中的費用現值法，比較了不采用預防性養護方案的費用現值和采取超薄磨耗層、霧封+微表處、霧封+超薄磨耗層三種預防性養護措施的費用現值。此高速公路工程的預防性養護工程，較為切合實際，具有一定的代表性。

[1]吳棟 田小革 董凡榮. 基于灰色理論的瀝青路面使用性能預測模型[D]，中外公路，2017.10

[2]姚飛. 高速公路瀝青路面的預防性養護技術研究[D]：[長沙理工大學碩士學位論文]. 長沙：長沙理工大學，2010.

[3]JTJ073-2007. 公路技術狀況評定標準[S]. 北京:中國交通出版社，2008.

[4]季節冰凍區高等級公路瀝青路面預防性養護適用性研究[R]. 沈陽：遼寧省交通科學研究，遼寧省高速公路管理局，2009.

[5]伍祥松. 高速公路瀝青路面使用性能預測及預防性養護對策研究[D]：[重慶交通大學碩士學位論文]. 重慶：重慶交通大學，2013.

[6]王浩. 灰色系統理論在高速公路瀝青路面養護管理決策中的應用研究[D]：[重慶 交通大學碩士學位論文]. 重慶：重慶交通大學，2008.

[7]王國曉，安景峰，陳榮生. 灰色理論在路面使用性能預測中的應用[J]. 公路交通科技，2002，（3）