廣西高速公路瀝青路面預防性養護時機分析

韋相云

摘要：文章通過分析廣西38段運營高速公路近年來的養護投入與效果、交通量情況、通行車輛類型變化情況等，探討高速公路瀝青路面預防性養護時機的確定方法和不同養護時機的措施選擇，以期能夠增強高速公路運營決策者、養護部門的認識，促進高速公路養護工作由被動向主動轉變，由粗放向集約提升，由全面向精準轉化，使得預防性養護模式得以科學、合理、適時地推廣應用到廣西高速公路瀝青路面的養護中，實現高速公路運營綜合效益最大化。

關鍵詞：高速公路;路面;預防性養護;必要性;措施

中圖分類號：U491 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.08.011

文章編號：1673-4874（2019）08-0037-06

0引言

截至2017年底，廣西高速公路通車總里程突破5000km，達到5259km，其中瀝青路面道路占80%以上，屆時，高速公路網已覆蓋廣西所有地級市和89%的縣（市、區）級節點。

通過對廣西近五年38個高速公路路段3900km的232個節點斷面交通量變化、通行車型占比變化的統計、分析，發現各年度總體交通量、小客車交通量、貨車交通量增長的通車里程和節點數量均大于下滑的通車路段和節點數量。其中，小客車通行占比最低為28%、平均占比約57%，平均占比逐年增長;貨車通行占比最低為11%、平均占比約38%，平均占比各年保持在36%～39%;客車通行占比出現多個路段的零占比，并且平均占比在逐年大幅下降。由此分析得出，高速公路已成為社會公眾出行、社會貨物流通運輸的重要通道。高效的通行效率、舒適安全的路面行車環境不僅是高速公路運營主體追求的目標和責任，也是眾多高速公路使用者的根本要求。

目前，廣西高速公路網日趨完善，高速公路建設由高速增長階段轉入持續平穩增長階段，高速公路養護也隨之進入由小規模向大規模及小投入向大投入、高投入轉化的時期，而高速公路運營主體尚處于還本付息雙高峰的發展階段。因此預防性養護的時機和養護措施的合理選擇不僅對延緩路面破壞，保持或改善路面使用性能、延長路面使用壽命起到至關重要的作用，而且對于轉變高速公路運行主體或決策者的養護思維和觀念，提升養護意識，樹立科學的預防性養護理念也十分重要。在適當的時機采取科學的措施對相關路段進行主動性、計劃性、合理性的養護，不僅能緩解養護資金不足的壓力，更能實現高速公路運營的社會綜合效益最大化：使用者滿意、政府主管部門認可、運營者獲益。

1預防性養護是降低運營成本、提高服務水平、增加運營收入的重要保障

由于高速公路建設具有投資大、回收期長、運營成本高、交通量增長緩慢、運營收入單一及增長不足的特性，因此以高速公路建設運營為主業的企業或主體，均處于高負債的經營狀態，并且絕大多數高速公路運營企業或主體的資產負債率高達90%以上，較好的也僅能維持在70%～80%。過高的負債率不僅會降低高速公路運營企業的盈利水平，而且會影響其在銀行、金融機構的授信和信用評級，導致其融資能力下降。尤其在運營收入不足的情況下，資金成本的不斷增加，授信的不足，會直接影響其對新項目的建設投入、運營項目養護投入以及技術創新投入，使企業生存和可持續發展面臨巨大的挑戰。因此，以高速公路建設運營為主業的企業或主體如何“養好路、保暢通、促增長（交通量）”是解決企業生存與發展的根本。

1.1養護費投入構成及效果

通過對近五年廣西38段高速公路運營養護費用的投入構成分析（見圖1）可知，五年中小修養護費約占養護費投入總額的34%，中修養護費約占養護費投入總額的57%，大修養護費約占養護費投入總額的9%;其中路面養護費約占養護費投入總額的60%。由圖2可知，小修養護費呈逐年增加趨勢，但2015年、2016年因分別有兩個路段由于實施交通管制的中修養護，造成交通量下滑，減少通行費收入達2億多元，未能全面實現運營養護的最佳費用效益目標。

1.2不同養護模式對道路結構功能、路面使用性能的影響

基于在養護系統所檢測到的具有代表性的38段高速公路，8家單位25個養護部門，對近十年的養護后路面使用性能數據及路況變化情況進行梳理，分析出不同養護觀念、不同養護模式下道路結構功能、路面使用性能的衰變規律以及道路使用壽命變化規律（如圖3所示）。

從圖3可以看出，在高速公路瀝青路面的設計使用年限內，一段質量合格的路面，由于養護方式、時間、措施、技術的不同，對于防止道路出現結構破壞、修復路面性能損壞、延長道路運營期限產生不同的效果，從而直接關系到企業運營效益和養護費用的成本控制。分析結果表明：

（1）以“不壞不養、以修代養、重修輕養、不壞不修、壞路先修”的傳統觀念和養護模式進行養護的路段，道路建成運營2～3年后，道路結構性破壞、路面功能性損壞均出現加速變化。盡管投入養護資金，但是由于錯過最佳養護時期，導致養護工程量加大、費用增加、周期延長，從而對交通量及道路的使用功能造成較大影響，使得小修節點提前約1年、中修節點提前約2年、大修節點提前約3年，養護費用比正常的養護投入高出1～2倍。由于道路出現不可逆的根本性結構破壞，加上超載現象，道路的實際使用壽命將比設計使用壽命減少2～3年，因此多數企業無法在合理的運營年限內實現回收投資這一最基本的經營目標。

（2）參照公路工程養護指南，根據道路運營的時間，按照日常3年小修、5年中修、10年大修的節奏進行養護的路段，道路結構性破壞、路面功能性損壞的衰減趨勢一致，速度相當，養護費用投入與預算相當。中修節點時的投入大（見圖1）、維修范圍廣，路段的通行效率降低，使得車流量在養護期間急劇下滑，若養護時間過長將造成通行費收入的大幅度減少。路段的運營壽命在接近設計使用年限時難以實現可控養護成本投入下的持續順延，企業所預期的溢出運營收入目標更難以保障。

（3）在路段建成通車運營之初根據路段交付的質量評定、所處區域的氣候特征、初級交通量及通行車輛類型等情況，結合周邊已運營路段的運營養護數據和經驗，制定以符合預期經濟效益目標為原則的預防性養護方案，并從養護技術庫中選擇符合運營路段路況特征的多個養護措施，根據實測觀察、經驗判斷、專家評定等多維方式，進行全面觀測、系統評價、效益分析之后，對不同的路面早期病害類型發生的時間、區域、嚴重程度進行分析，并采取適合的處置方式、措施和技術進行精準養護，路面早期出現的裂縫、車轍、龜裂、沉陷、泛油、坑槽等質量通病能得到及時處置，可有效控制道路路況由功能性病害向結構性病害發展，道路結構性破壞的衰減得到減緩，路面功能性損壞的衰減曲線也呈現鋸齒形的平緩下降趨勢。通過前期修復和降低路面的功能性損壞程度，可有效控制路面不良狀況的進一步惡化，延緩路面破壞和結構性損壞，延遲路面中修約2～3年、大修或重修約3～5年，延長路面的正常使用壽命約4～6年。養護投入較按正常節點養護的投入節約約10%～20%，對于交通量流失影響約在2%以下，幾乎未造成通行費減少，路面整體維護費用在生命周期中最低，可為企業實現“應收每分不少、支出每分有效”以及“3年無小修、5年不中修、10年不大修”的運營目標提供根本保障。

2預防性養護可有效降低廣西區域氣候特征對路面損壞的影響

廣西是全國降水量較多的地區之一，年降雨量在1000～2800mm之間，大部分地區年平均降水量為1200～2000mm，4～9月間降雨量占年降雨量的75%，雨季恰好與熱季重疊。而且常因季風進退失常造成降雨和氣溫變化大，水澇災害出現頻率大。水是危害公路結構穩定的主要自然因素，水損害也是瀝青路面的主要破壞形式之一。

公路是完全暴露在自然環境中的工程，其路面更是直接遭受氣溫變化、雨雪侵害和車輛荷載作用的功能性結構層。而瀝青路面又對氣溫變化、雨雪侵害和車輛荷載作用特別敏感。因此，瀝青道路建成通車前期，無論交通量的大小，行駛車輛類型如何，在氣溫、雨雪以及基層的應變收縮的影響下，均會出現低溫開裂和反射性裂縫等路面縱橫向微裂縫。當雨水從這些早期微裂縫滲入瀝青路面結構內部時會使瀝青粘附性減小，加上廣西雨熱同季（雨季恰好與熱季重疊）的特點，使得滲入瀝青路面的水溫變高，更進一步加劇了集料表面瀝青膜的剝離，削弱瀝青混凝土粘結力，再在行車荷載的反復作用下使水產生流動，產生動水壓力進而使剝落的瀝青流失，被裹挾流動出瀝青路面內部，造成路面松散、剝離、脫落、坑槽、基層破壞等病害。

對廣西近年新通車的一些高速公路瀝青路面的前期路況觀測發現，盡管通車初期道路日均斷面交通量僅有800～2000輛，其中貨車為97～1000輛，但路面出現早期微裂縫的現象卻十分普遍：沿海地區路段出現的范圍、裂縫寬度和長度最為突出，其次則為山區路段，微丘區路段相對最少。而對于在雨季到來前和貨車交通量增大前，未能及時發現和處置的早期微裂縫，隨著裂縫滲水量的不斷加大、夏季路面溫度升高、重車荷載的反復作用，單條裂縫就會很快發展為小塊網裂，開始出現白漿（唧漿），進而使路面出現車轍、松散、坑槽等嚴重病害，有些甚至出現局部的結構性破壞。這不僅使得養護費用成倍增加，維修面積不斷擴大，而且在新通車道路路面的重新開槽處置、創銑罩面，給不了解水損害特性的公眾造成誤解，帶來諸多不必要的負面影響，從而損害高速公路運營主體的社會形象。

而預防性養護的實施可有效應對路面早期出現的病害，控制因區域氣候引起的功能性病害向結構性病害發展，降低或阻斷道路的結構性破壞，減少區域氣候對路面結構的不良影響。

3預防性養護是應對交通量自發性變化和促進路內誘發增長的長效措施

交通量不僅是路面性能變化的主要影響因素，也是路面占用率的重要指標，更是通行費收入的根本來源。因此，保持路面安全舒適的行車環境，提供全幅行車道最大通行空間，以確保運營路段良好的交通狀態，是維持和提高運營路段交通量的前提。

3.1交通量自發性變化

交通量自發性變化，是一種整體性的自然變化，受到國家和區域宏觀經濟環境的影響，也反映民眾生活水平的變化以及出行方式的變化。通行車輛類型的變化，除了反映社會產業變化、區域經濟結構調整、公眾生活方式改變之外，更反映了運營路段的路面作用荷載的變化、路面空間占用密度對路面性能結構和車道有效通行率的影響。

通過對廣西近五年38個高速公路路段232個節點斷面交通量變化、通行車型占比變化的統計、分析，發現各年度總體交通量、小客車交通量、貨車交通量增長的通車里程和節點數量均大于下滑的通車里程和節點數量（如表1～3所示），反映了小客車是交通量增長的主要車型、貨車次之。客車交通量呈現逐年急劇下滑的趨勢，反映了客車受到高鐵開通、小汽車保有量的增長等外部因素的影響，改變了公眾的出行方式，高速公路的服務群體和對象也將發生根本性的改變（見表4）。

通過對廣西近五年38個高速公路路段232個節點斷面通行車型占比，以及同級占比幅度的通車里程長度等的統計、分析，發現小客車通行占比最低28%、平均占比約57%，平均占比逐年增長;貨車通行占比最低11%、平均占比約38%，平均占比各年保持在36%～39%;客車通行占比出現多個路段的零占比，并且平均占比在逐年大幅下降（見表5～7）。

3.2同區域路網內各路段間交通量變化

同區域路網內各路段交通量變化，是一種主動引導、吸引式的誘發增長，是高速公路運營主體在區域交通總量中的競爭力和運營實力的體現，是對所運營路段的管養技術水平和服務水平的體現。同時，路網內的各運營路段間的交通量變化，既反映道路使用者從成本角度考量的行車經濟路線選擇，更是對高速公路運營主體在所運營路段提供良好交通狀態的能力以及服務水平的認可。

從表1～3的統計、分析可以看出，隨著河都路、桂來路、百靖路、靖那路、灌鳳路、來馬路、馬平路、柳武路、崇靖路、三柳路、岑水路、梧柳路等高速公路的建成通車，2016年通行效率要求高的小客車以及運輸成本高的貨車進行不同程度的效率路線、經濟路線的選擇，從而引起路網內路段間交通量轉移、分化十分嚴重，出現多個路段和節點斷面交通量下滑，但部分路段交通量快速增長的情形。2017年路網內交通量轉移、分化的嚴重程度減弱，但路網內各路段之間的交通量依然出現此消彼長的內部誘增、轉移的局面，使得運營主體的運營通行費收入發生不同程度的波動。

從交通量及通行車型變化情況的統計分析可知，廣西高速公路在當前及今后一段時間，將主要成為小客車、貨車出行的主要交通線路，前者對高速公路路幅空間占用大，后者對高速公路路面荷載作用大。若未能選擇恰當的路面養護模式，提供良好的交通通行環境，往往會造成高速公路大面積擁堵、長時間滯留以及路面超荷載疲勞破壞的重大病害等不利的運營情況的發生，引發社會的強烈反響，增加運營主體的管養成本，被動轉移管養路段交通量而降低通行費收入。因此，維修時間短、占用路面少，能確保最長的通車時間、最大的路面空間，提前防治路面病害。保持路面通行能力的預防性養護模式，可以滿足道路使用者（駕駛員與旅客）對道路交通在快速、舒適、方便、經濟和安全等方面保持良好的運營條件和狀態的要求，同時高速公路運營主體能夠為其提供良好甚至優異的服務水平，滿足其出行效率和心理期望。

4預防性養護時機的確定及措施的選擇

目前，國內外對于預防性養護時機確定的理論方法研究較多，包括破壞指數法（DI）、路面功能失效時間法、路面受損評分法、效益費用評估法、生命周期評估法、路面老化指標法、排序法、決策矩陣法、決策樹法、最佳費用效益法等。但大多數方法均選取單一或少數指標作為分析、評價的基礎，而對于如何合理、科學地確定預防性養護時機問題尚未提及，并且方法確定與預防措施選擇不能進行良好的結合，往往出現時機選擇與措施的脫節，從而未能實現最佳的預防性養護效果。

在實踐中，一般認為基于工程經濟的全壽命周期的費用一效益分析法是比較合理、適用的分析方法，但在確定具體路段的預防性養護時機和措施時，運營、管養單位或部門應根據日常路況的檢測數據、外觀質量變化、交通量變化、通行車型占比等情況，由專業管理人員進行直觀分析。結合路段通車運營時間，采用費用一效益分析法從理論層面分析評估養護投資效益，結合養護方案的專家論證等一體多維的方式確定預防性養護的時機和方式，可對不同的路面病害進行快速決策、及時防治。

預防性的選擇是由時機決定的，而非是由措施所決定的。但時機與措施以及決策機制的同步融合，方可實現預防性養護的最佳效果和最大效益。由于不同的道路交通量，不同的區位氣候特征，不同的路面結構組合，不同的道路通車時間，不同的養護管理經驗和水平，不同的養護決策機制等因素，使得預防性養護時機的確定、措施的選擇、決策的機制等均有所不同，不可一概而論。一般情況下，在道路未出現結構性破壞之前，路面功能性技術指標還處于良好的狀況之下，只是出現可能造成功能性衰減的一些前期征兆病害時進行干預性養護措施。表8是結合近年來在高速公路路面養護過程中，總結出來的不同預防性養護時機一般所對應的養護措施以及相對應的養護決策機制。在實踐中，發現路面病害前期征兆時，應采取前置性的預防性養護維修措施，如裂縫填充、霧封層、微表處等，有效地彌補路面結構層透水等多種功能性缺陷，使整個路面結構得到合理維護。通過快速決策、及早處治、措施適當，達到延緩路面損壞速度、延長路面養護周期、降低全壽命周期養護費用的養護目的，均取得良好的經濟效益、社會效益。

5結語

預防性養護是有效降低運營成本、提高服務水平和增加運營收入的重要保障。選擇適當的養護時機和預防性養護方法不僅可以有效降低路面功能性結構性的損壞，還能有效應對區域氣候、交通量自發性變化對路面產生的不利影響。通過對預防性養護方法的分析，將費用一效益分析法與養護方案的專家論證等一體多維的方式相結合，合理確定預防性養護的時機和方式，可對不同的路面病害進行快速決策，及時防治，合理解決運營主體投資收益與公眾對快速安全出行要求不斷提高之間的矛盾，實現高速公路運營多主體間的雙贏、多贏。