高速公路瀝青路面養護機械優化配置與評價體系的分析

馬昌勇

（中交路橋建設有限公司海外分公司）

1 引言

經歷了十數年的建設，國內高速公路里程及分布逐漸完善，一方面新建公路里程不斷增加，另一方面既有高速公路的維修養護作業也引起公路管理部門的關注，養護維修作業急需發展和改進。簡便、迅速、高效率、高標準的完成維修養護，保證公路功能，是現在急需解決的問題。

2 瀝青路面的機械化養護

高速公路瀝青路面在實際運營時，因為車輛荷載與環境因素的多重作用，導致平整度、路面強度等隨著時間延長逐漸衰退，進而產生裂隙、坑洞等，都將影響著車輛的正常行駛。因而保證公路路面的使用功能，才能確保高速公路通行車輛的安全穩定，保證群眾日常出行的安全性和舒適性。

2.1 瀝青路面狀況

路面狀況又稱路面使用性能，具體為路面在調查及評估路面的表面狀況及內在情況。按照路面狀況對于車輛行駛中穩定性及舒適性的影響，把路面狀況具體分為四部分：路面是否平整、強度是否達到要求、抗滑能力是否符合標準及路面是否破損。對路面狀況進行評價需求的信息有：國際平整度指數、路面破損率、彎沉及橫向力系數。圖1為路面使用性能評價指標關系圈。

圖1 路面使用性能綜合評價指標圖

國內將路面破損狀況通常分為四類：裂隙、松散、形變及其他，具體破壞程度間表1我國瀝青路面破損及其分類。

2.2 養護技術

按路面損壞類型差異及損壞程度差異，要使用不同的維修養護方式。高速公路瀝青路面的養護方式有以下幾種：預先性養護、矯正性養護及路面整體翻修。

2.2.1 預先性養護

預先性養護一般是能夠保護路面及緩解因為車輛荷載及環境因素多重作用導致的路面狀況衰退且能增加路面使用年限的措施，一般適用于為實際損壞或者只發生輕度損壞的路面。

2.2.2 矯正性養護

矯正性養護是為改善某種因素影響路面狀況而使用的措施，適用于破損已經產生但是僅限于部分破損的路面。矯正性養護分為以下部分：路面裂縫修補與路面局部坑洞松散修補。

表1 國內高速公路瀝青路面破損分類

圖2 稀漿封層施工技術圖

圖3 坑洞、松散修補施工技術圖

（1）路面局部坑槽松散等修補

從圖3能夠看出：坑槽、松散等局部修補方式難度較高，但實際施工過程中使用一臺養護車即可完成作業，因此使用該方式對瀝青路面進行養護比較高效簡便。

（2）裂縫修補

裂縫修補作為常見的瀝青路面修復作業，適用于需要進行填充修補的裂縫，主要有縱向、橫向及塊狀裂縫和反射裂縫。對于此類裂縫，需及時進行修復作業，圖4為裂隙修補技術圖。

圖4 裂隙修補技術圖

2.2.3 路面翻修

對于路面已經產生大范圍損壞，形成了全面的結構破壞，路面使用性能衰退或不能繼續使用的狀況，就要在特定深度范圍內進行路面面層的重建工作。翻修路面過程中本著節約成本和資源的原則，一般要考慮廢料再生問題。以及修復及再生方式的差異，路面翻修通常分為三類：場拌再生技術、冷銑刨-熱鋪技術及就地再生技術。圖5為冷銑刨-熱攤鋪施工工藝流程圖。

圖5 冷銑刨-熱攤鋪施工工藝流程圖

2.3 再生技術

再生技術主要通過對舊的瀝青路面記性破壞、粉碎、再生之后將其與新瀝青進行攪拌混合，從而生產出符合建設標準的再生瀝青路面材料，適用于路面新建施工及養護修補工作。表2為高速公路瀝青路面再生技術選擇。

表2 高速公路瀝青路面再生技術選擇

就地再生技術有著施工進度快的優點，但相比于場拌再生，就地再生材料的質量控制難度很大，使用的機械設施也較為復雜，所以現在主要使用的再生方式為場拌再生。

3 養護機械優化配置

養護機械優化配置作為機械化養護施工體系的重要部分，直接的表現了養護機械合理使用，主要包括養護機械優化配置的實際內容、有關技術標準、要求、采用的原理及實際作業方式，進一步表現為機械化養護的質量、施工時間及施工成本的優化。

3.1 養護機械化

養護機械化，即為高速公路瀝青路面的養護修復工作大部分的作業交由技術性能參數相互協作的配套機械完成。經過具體的施工組織管理，相關機械系統在既定施工環境中能靠最優技術經濟方式確保養護工作的效率及指廊。機械化養護是一個系統化的工程，它受相關規定的制定、資金的多少、養護機械的選擇、施工技術的選擇等多方面的影響。

養護機械化強化了瀝青路面養護維修設備的系統性和協調性，應在養護維修技術、路面類型、道路位置等進行參考，確立高速公路養護機群系統，系統的重點是確保養護機械充分發揮效益，但在實際施工過程中也會存在某些程序需要人工完成的現象。

①養護機械的配置選擇應達到養護施工相關要求及實際施工環境條件，機械化施工一定要滿足養護施工質量及效率，還要進行程序化的組織管理體制；②養護機械使用及管理過程也要滿足機械使用規律，充分發揮機械的技術經濟效益。做到以上兩方面，才能在保證養護質量的同時，保證養護機械的效率。

3.2 養護機械設備優化配置

養護機械設備優化配置是指把機械化養護施工系統作為研究目標，通過概率統計學、隨機服務理論、運籌學、模擬仿真的方式，收集、分析、計算系統參數，從而選擇最佳的優化方式，促使系統的各個機械設施在技術參數達到協調作用，實際施工中相互合作，進而形成合理的、高效的、高收益的機械化養護系統。

機械化養護系統的最佳配置有幾部分組成：①按照實際施工環境，選擇機械系統優化配置方案；②通過分析機械系統的優化配置，對機械系統的選擇，優化選擇和實際條件進行決定；③確定機械系統優化配置方案。

以某高速公路養護路段年均作業量為瀝青路面10cm計算，寬度為9m，施工期為四個月，按以上條件選配養護機械。

3.2.1 攪拌設備的選擇

A——施工面積，m2；

H——路面厚度，m，H=0.1m；

D——瀝青拌合物壓實密度，t/m3，D=2.4t/m3；T——預計養護時間，T=120d；

Q——開工日系數，取Q=0.8（不考慮節假日）；L——每天平均工作時長，h，L=8h。代入數據得：P=28（t/h）。

按以上計算可得出，只需一臺生產效率為30t/h的攪拌機械。

3.2.2 刨銑設備的選擇

按公式QX=S（/T·k·t）計算

其中：S——需要進行刨銑的面積，m2；S=104m2；

T——預計施工期限，d，T=120d；

K——時間利用系數；

T——每日平均工作時長，h，t=8h。

假設選擇的刨銑機工作性能為：刨銑寬度1.5m；刨銑速度為20m/h；刨銑深度為0.3m。

平均每天及其生產能力由 qx=b·v·h·k。由以上數據可得n=QX/qx=2。

3.2.3 攤鋪設備的選擇

攤鋪設備選擇，首先要保證的是施工質量，滿足以上要求后，依據公式，攤鋪工作性能要達到攪拌設備的1.3～1.5倍。因此，選擇攤鋪設備應選擇工作能力為45t/h，攤鋪寬度為4.5m的攤鋪設備，所需數量為一臺。

3.2.4 瀝青加熱設施的選擇

瀝青加熱設備應先考察其加熱性能，以茂名60瀝青為標準，考慮相關施工要求，假設瀝青加熱設備生產能力為2.5t/h，因此可以選擇供熱能力為1.05·106kJ/h的加熱設施。

3.2.5 壓路機類型選擇

壓路機與攤鋪設備相同，都要滿足施工質量的前提。

假設現場溫度為25℃，攤鋪速度5m/min，路幅寬度10．75m，己選用CC21型振動壓路機振動復壓4遍，試確定其配備數量。

氣溫25℃時，設碾壓作業段長為80m，由經驗取壓路機壓實有效時間利用系數KB=0.7；碾壓速度選用5km/h；又已知CC21型振動壓路機的碾輪寬度b=1．4m，經計算可得需要三臺壓路機。

3.2.6 運料自卸車

運送車輛需常備三到四臺，也可以按工程量，采用社會車輛，達到節省施工成本的目的。按有關工序，需配置5t瀝青油罐車一臺及4t裝載機一臺。

4 養護機械配置的評價體系分析

在高速公路瀝青路面機械化養護方案的選擇過程中，怎樣對相關養護設備類型及數量的選擇是復雜而重要的問題。在確定瀝青路面的破損狀況及交通量、研究路面養護規律、依照養護施工作業量的多少確定設施配置選擇、選用合理的機械養護體系情況下，確保養護修復工作的質量、效率及效益。而對養護機械體系的研究和選擇，不僅要參考技術工藝難度問題，同時要對社會、經濟、施工環境等多方面的因素進行思考。大多數情況下，高速公路瀝青路面養護機械配置方案的抉擇要從效益、環境、環保等多方面進行考慮。配置方案不僅能達到養護施工需求，節省施工成本，獲得最優經濟效益，還要在施工質量及周邊環境保護方面進行確保。這就是多屬性決策問題。高速公路養護管理單位應按照有關評定標準，對高速公路瀝青路面的機械化養護配置方案進行評定及選擇。

通過屬性權重數據難以預知所有事件，所以多屬性決策問題特點如下：屬性權重信息不完全性會導致決策方案選擇的不確定性，因此，只憑借現有信息對養護機械配置方案進行選擇，就會發生方案不適合實際施工狀況的現象。

5 結束語

對國內高速公路瀝青路面養護修補工藝及養護機械配置現狀進行研究，通過分析瀝青路面養護管理部門、施工單位及施工機械單位之后，發現瀝青路面養護機械優化配置急需改善。隨著社會的發展和技術的進步，高速公路瀝青路面養護，受到施工材料和施工機械配置的進步的影響也會逐步發展，在這些環節進行把控，能夠促進國內道路路面養護施工質量和經濟效益，從而保證民眾出行的安全性，保證民眾的生命財產安全。

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