高速公路瀝青路面大修方案和時機控制研究

朱 勇 劉泉菲

(長沙理工大學交通運輸工程學院， 湖南 長沙 410004)

0 引言

隨著我國高速公路總里程數和交通流量快速增長，高速公路建設步入路面養護、大修的高峰期。由于長期超載超限、氣候變化及養護管理人員對于高速公路路面養護意識和水平較低，迫使路面裂縫、車轍、坑槽等現象嚴重，使得高速公路路面養護大修方案選擇及時機控制變得尤為重要，國內外一些學者們也開展了相關的研究。20世紀80年代末期，由美國教授Hundson提出的養護管理系統PMS[1-2]使路面管理得到完善，降低了道路的養護成本同時提高了路面的使用性能。田海寧[3]從全壽命周期成本角度闡述了在選擇養護投資方案時應該綜合考慮初期設置費用及后期的養護費用等因素。李峰[4]基于支持向量機對路面行駛質量指標進行預測和分析，結合交通量數據判別大修的合理時機。

1 路面養護全壽命周期及衰變模型

1.1 路面養護全壽命周期概念

高速公路項目全壽命周期，即從項目立項開始經過建設運營到退出服務的整個過程。其路面養護全壽命周期指從某次路面養護完成到項目不能滿足需要而進行報廢的時間。其中有：

式中PQI指表征某時刻路況性能綜合指標，路面完好程度即PCI，RDI指表征路面車轍系數，RQI指表征路面抗滑性能，SRI指表征路面抗滑性能，Wi表示相應性能所占權重。隨著路面使用時間增加，各路面狀況指數會隨之下降。如圖 1所示為路面養護全壽命周期為

圖1 全壽命周期路面性能變化示意圖

1.2 衰變模型

對路面的養護指標進行計算時，引入效果費用比作為計算指標。養護周期內的效果有兩層含義：第一層表示養護某時刻測出的即時效果，通常從 100逐步下降；另一層表示壽命周期效果，即□PQI是累積產生效果值。在路面性能衰變模型選擇時，基于經驗的統計回歸法避免了復雜的力學等分析，操作相對簡單。參照衰變模型如公式(2)-公式(4)，對于累積效果值進行測算并用效果費用比指標進行比較。

2 實例分析

選取某高速公路瀝青路面左行路段1.6km在時刻2015年的性能指標為標準，該高速采用雙向六車道設計，每條車道寬3.5m。高速公路已投入運營8.7年，所以t0=2010年，當時該右行路段測得路況指數分別為：PCI = 82.27，RDI= 74.68，RQI = 84.95，SRI = 85.29，權重分別為:0.35，0.15，0.4和0.1。下面運用壽命周期效果費用指標進行養護方案的選擇，3種典型養護對策有現場熱再生(60元/m2}，罩面(90元/m2}，銑刨(160元/m2}，養護作業量為16800 m2。按照公式(1)-(4)測算各養護對策措施效果如表1所示。

表1 養護措施效果比較

表2 養護措施效果變化情況

從表 2中可知，熱再生方案隨著單價變化具有較高的敏感程度，在方案選擇時應該及時注意養護單價的變化情況，應該保證整體上具有更好的實施效果，對于單價變化影響明顯的方案提出針對性保障措施。其次以大修時間為自變量，方案單價、權重均保持不變，而路況指數也隨著大修時間延長而降低。如表3、圖2所示，前面針對效果費用比最大為原則選用的熱再生方案，接著根據公式推算出隨著大修時間延長1年、2年、3年或者提前1年產生的不同的路況指數。

從圖3可知，2015年后，選用熱再生方案路面路況指數RDI、RQI、SRI均產生一定程度下降，路面狀況指數下降導致后期維護成本必然增加。通過 MATLAB輸入不同大修時間計算出項目壽命期的實際效益，不同大修時間所產生的壽命周期效益如表4。

表3 不同大修時間路況指數

圖3 不同大修時間路況指數變化趨勢

表4 不同大修時間養護措施效果

□RQI 368.86 403.39 433.02 457.89 478.23□SRI 324.87 354.15 379.38 400.70 418.33

由計算可得，選擇2014年大修所得壽命周期收益為□PQI = 337.35；以普通高速公路20年為計算期，則整個計算期效益為876.23；同理2015年、2016年、2017年、2018年分別效益為845.54、812.29、777.40、741.76。分析可知，2015年后，計算期效益會大幅下降，同時由于性能下降所帶來的維護成本增加，導致效果費用比固然下降，所以項目大修時間在7.7-8.7年之間進行比較適合。

3 結論

文章從路面養護全壽命周期角度出發，選取適合的路面大修的衰變模型，通過分析對比高速公路項目從立項時刻開始到大修時刻的效果費用，可以針對性選出適合某次大修的確切方案，同時分析方案單價變化對效果費用的影響以更好觀測方案壽命周期成本的變化。

[1]晏飛. 高速公路日常養護管理系統開發與應用[D].長安大學,2016.

[2]張豐焰,周偉,李雪. 公路養護管理系統在公路養護工程造價管理體系中的定位研究[J]. 公路,2007,(04):123-12

[3]田海寧.全壽命周期費用成本分析在吐烏大高速公路大修方案選擇中的應用[J].公路交通科技:應用技術版, 2010(12):143-145.

[4]李峰. 基于支持向量機在役路面大修時機評定方法研究[J]. 公路工程, 2015,40(3):195-198.

[5]Anastasopoulos P C, Mccullouch B G, Gkritza K, et al. A Cost Savings Analysis of Performance-Based Contracts for Highway Maintenance Operations[J]. Journal of Infrastructure Systems, 2010, 16(4):251-263.