基于瀝青路面使用性能衰變規律的養護規劃技術研究

馬 進

(廣西交投科技有限公司，廣西 南寧 530022)

0 引言

隨著社會經濟的快速發展，綜合交通體系不斷完善，高速公路養護資金短缺與公眾出行質量要求不斷提升的矛盾日益顯著，如何提升養護精細化水平，推行養護科學決策是養護管理人員面臨的主要問題，而科學分析路面使用性能衰變規律是養護科學決策的關鍵。

對路面使用性能衰變規律的研究最早可追溯到20世紀50年代的美國AASHO試驗，而后同濟大學孫立軍、劉喜平在分析總結國內外代表性路用性能衰變模型的基礎上，于1995年提出了標準衰變方程，模型如式(1)：

(1)

式中：PPI——路面使用性能指數PQI或其各分項指標；

PPI0——初始指標值，一般可設為100；

y——路齡；

a——路面壽命因子，表示當路齡y=a時，PPI降至63.2，根據現行養護技術規范，需要對路面進行大修；

b——回歸參數，主要決定路用性能衰變曲線形狀。

本文以廣西某高速公路(以下簡稱A高速)為例，分析其病害主要類型，優化路面損壞狀況指數PCI算法與孫立軍提出的標準衰變方程，分析路面技術狀況變化趨勢，提出一種基于瀝青路面長期使用性能衰變分析的養護決策思路。

1 A高速概況

A高速于2006年建成通車，全長46.387 km，設計使用年限15年，設計標準軸載BZZ-100，路面結構為水穩碎石基層瀝青路面，瀝青路面厚度為16 cm。經過11年運營，瀝青路面逐漸出現縱橫向裂縫與坑槽等病害，并于2014-2015年分別對局部路段實施了上面層銑刨重鋪與加鋪2 cm超薄磨耗層專項維護工程。

2 優化路面損壞狀況指數算法

根據《公路技術狀況評定標準》(JTG H20-2007)規定的瀝青路面損壞狀況指數PCI計算方法，修復后的病害一律按修補統計，且權重僅為0.1，遠低于路面其他損壞類型權重(0.6～1)，PCI值主要與未及時修復的路面病害面積相關，無法判斷瀝青路面的主要病害類型及其分布情況。

以A高速2017年路面技術狀況評定數據為例，路面修補面積占所有損壞面積的81%，未修復的橫縱向裂縫面積比例約為18%，只能反映路面損壞是否得到及時修復，并不能完全判斷路面損壞的特點。而依據2012-2016年日常養護維修歷史數據，修復的路面損壞基本全部為橫向裂縫與縱向裂縫，比例約為1∶3，坑槽類損壞修復數量基本可以忽略不計，比較清晰地反映了A高速路面損壞特點(見圖1和圖2)。

圖1 路面損壞類型分布(技術狀況評定)圖

圖2 路面損壞類型分布(歷史維修數據)圖

鑒于上述分析，依據A高速歷年各類路面損壞維修數量，優化路面損壞狀況指數PCI算法，將修補面積按修復前的病害類型和數量重新計算PCI，并以該指標預估路面損壞發展趨勢。按該算法重新計算的路面損壞狀況指數PCI演變數據見表1及圖3。

表1 優化算法后的PCI演變數據表

圖3 優化算法后的PCI演變圖

從圖3可以看出，在2014年以前，上行線路面損壞狀況優于下行線；2014-2015年下行線路面損壞狀況顯著提升，其原因為2014-2015年實施了瀝青路面銑刨重鋪與加鋪超薄磨耗層專項處治，表明優化算法后的PCI能準確反映養護歷史情況及路面損壞狀況。

3 優化路面使用性能標準衰變方程

由于車轍指數RDI主要受行車荷載與溫度影響，剔除公路沿線區域氣候變化的影響，車轍指數RDI僅與累計標準軸次有關。在此假設下，優化車轍指數RDI的衰變方程，將路齡y更換為累積標準軸次CEASL。車轍指數RDI、優化算法后的路面損壞狀況指數PCI及行駛質量指數RQI衰變模型如式(2)和式(3)：

(2)

(3)

4 A高速路用性能衰變模型

以2011-2014年路況數據擬合路用性能衰變模型，綜合考慮2014年銑刨重鋪路面專項維護對路用性能的提升效果，用2015-2017年實際路用性能數據進行驗證，擬合結果及驗證數據如表2～4所示。

表2 路用性能衰變數據表

表3 路用性能衰變模型擬合結果表

表4 路用性能實際值與預測值對比表

從表4中可以看出，路面車轍系數RDI預測值與實際值基本吻合，路面損壞狀況指數PCI預測值低于實際值，主要原因為2014-2015年路面專項處治改變了原有路面結構。

5 A高速路面養護規劃

高速公路瀝青路面養護規劃主要包含各年度日常養護計劃與中修養護計劃，其編制思路如下：

(1)根據A高速的路用性能衰變模型，推導第n年與第n+1年路用性能指標值之間的關系，滾動預估各公里段下一年路用性能值。

(2)日常養護計劃。以預估的第n+1年與第n年PCI反算當年裂縫數量，兩者的差值即為當年需要在日常養護中修復的裂縫數量。依據裂縫修補金額與年度日常養護費用占比，預估當年日常養護計劃預算。

(3)中修養護計劃。每年對RDI低于80的公里段采取微表處或加鋪超薄磨耗層進行處治。

按以上思路，計算A高速2018-2022年年度養護預算，如表5所示。

表5 A高速2018-2022年年度養護預算表

6 結語

(1)通過分析現行路面損壞狀況指數PCI的算法，認為其并不能全面反映路面損壞特點；依據路面損壞歷史修復數據，優化了PCI優化算法，其結果能較準確地反映養護歷史狀況。

(2)基于同濟大學孫立軍提出的路用性能衰變標準模型，根據車轍的主要影響因素，優化了車轍系數RDI的衰變模型，并以A高速路面技術狀況數據為基礎，擬合并驗證了路用性能衰變模型，路用性能預測結果與實際數據基本吻合。

(3)總結了一種基于路用性能衰變規律的中長期養護規劃編制方法，為高速公路瀝青路面科學養護提供參考。