灰色聚類(lèi)法在省道瀝青路面使用性能評(píng)價(jià)中的應(yīng)用★

陳悅新 呂興琴 曹 偉

(1.南通理工學(xué)院建筑工程學(xué)院，江蘇 南通 226002; 2.南通理工學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，江蘇 南通 226002; 3.海安市交通運(yùn)輸局，江蘇 南通 226600)

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅猛增長(zhǎng)，頒布的關(guān)于公路養(yǎng)護(hù)尤其是瀝青路面方面的規(guī)范，已經(jīng)跟不上時(shí)代的發(fā)展。因此對(duì)瀝青路面評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行研究就顯得尤其重要。

1 現(xiàn)有瀝青路面使用性能評(píng)價(jià)方法

現(xiàn)行養(yǎng)護(hù)規(guī)范規(guī)定一級(jí)公路的路面性能由路面破損狀況、車(chē)轍深度、平整度、抗滑性能和路面結(jié)構(gòu)承載能力等五個(gè)因素共同決定的[1,2]，二級(jí)公路及以下的路面使用性能由路面破損狀況、平整度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等三個(gè)指標(biāo)共同決定。各自的評(píng)分原則(其值越大，表示路況越好)，如表1所示[3]。

表1 公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

因江蘇地區(qū)省道以二級(jí)公路居多，所以將重點(diǎn)研究路面破損狀況、平整度、車(chē)轍和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等四個(gè)指標(biāo)。

1.1 瀝青路面的破損狀況(PCI)

PCI=100-a0DRa1

(1)

(2)

其中，DR為折合后的總破損面積與調(diào)查面積的比值，%；Ai為第i類(lèi)路面損壞的面積，m2；A為路面調(diào)查總面積，m2；wi為第i類(lèi)路面損壞的權(quán)重；a0為瀝青路面采用15.00；a1為瀝青路面采用0.412；i為路面病害形式；i0為瀝青路面病害形式總和采用21。

1.2 瀝青路面的平整度(RQI)

(3)

其中，IRI為國(guó)際平整度指數(shù)；a0為一級(jí)、二級(jí)公路選取的數(shù)值分別為0.026，0.018 5；a1為一級(jí)、二級(jí)公路選取的數(shù)值分別為0.65，0.58。

1.3 車(chē)轍深度指數(shù)(RDI)

(4)

其中，RD為車(chē)轍深度；RDa為車(chē)轍深度參數(shù)，選取數(shù)值20 mm；RDb為車(chē)轍深度限值，選取數(shù)值35 mm；a0為模型參數(shù)，選取數(shù)值2.0；a1為模型參數(shù)，選取數(shù)值4.0。

1.4 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度(PSSI)

(5)

其中，a0為模型參數(shù)，數(shù)值選用15.71；a1為模型參數(shù)，數(shù)值選用-5.19。

1.5 瀝青路面使用性能評(píng)價(jià)方法

現(xiàn)行規(guī)范中，瀝青路面使用性能是由綜合評(píng)價(jià)值PQI決定的，其值越大，說(shuō)明性能越好。計(jì)算公式如下：

PQI=wPCIPCI+wRQIRQI+wRDIRDI+wSRISRI

(6)

其中，高速公路、一級(jí)公路WPCI,WRQI,WRDI,WSRI分別取0.35,0.4,0.15,0.1；二、三、四級(jí)公路WPCI,WRQI,WRDI，WSRI分別取0.6，0.4，0，0。

傳統(tǒng)評(píng)價(jià)模型不能較真實(shí)的反映路面使用性能的實(shí)際狀況。本文將從此角度出發(fā)，對(duì)該模型的以下缺陷進(jìn)行完善：1)綜合評(píng)價(jià)值相差小而評(píng)價(jià)結(jié)果相差較大；2)傳統(tǒng)模型所得的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果與路面實(shí)際狀況關(guān)聯(lián)性較少。

2 運(yùn)用灰色聚類(lèi)理論對(duì)路面使用性能進(jìn)行評(píng)價(jià)

本文將采用基于三角白化權(quán)函數(shù)的灰色聚類(lèi)模型來(lái)評(píng)價(jià)路面的使用性能[4]。具體評(píng)價(jià)步驟如下：

1)明確項(xiàng)目路段的評(píng)價(jià)對(duì)象、評(píng)價(jià)指標(biāo)以及評(píng)價(jià)灰類(lèi)。將項(xiàng)目路段劃分為t個(gè)聚類(lèi)評(píng)價(jià)對(duì)象、n個(gè)聚類(lèi)評(píng)價(jià)指標(biāo)(n分別為破損狀況、平整度、車(chē)轍、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度4個(gè)影響因素)、m個(gè)不同評(píng)價(jià)灰類(lèi)(m分別為優(yōu)、良、中、次、差5個(gè)灰類(lèi))。

2)明確每個(gè)聚類(lèi)評(píng)價(jià)指標(biāo)的閥值，見(jiàn)表2,表3。

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表

表3 白化權(quán)函數(shù)的閥值表

3)計(jì)算每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)關(guān)于優(yōu)、良、中、次、差等5個(gè)灰類(lèi)的聚類(lèi)權(quán)值。

(7)

表4 灰色聚類(lèi)權(quán)值表

4)確定各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)白化權(quán)函數(shù)的方程表達(dá)式：

yj=fjk

(8)

其中，fjk為第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)關(guān)于第k個(gè)灰類(lèi)的三角白化權(quán)函數(shù)方程式，具體公式見(jiàn)式(9)～式(13)：

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

其中，x為PCI值。

PCI,RQI,RDI,PSSI4個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表都是相同的，故PCI,RQI,RDI,PSSI這4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的三角白化函數(shù)表達(dá)式是相同的。

5)求聚類(lèi)值。為防止其他指標(biāo)對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響，增加權(quán)重系數(shù)wj，PCI,RQI,RDI的wj取1，PSSI的wj取2。灰類(lèi)聚類(lèi)值的表達(dá)式如下：

(14)

6)對(duì)評(píng)價(jià)段落(即評(píng)價(jià)對(duì)象)聚類(lèi)分析，找出該段落所有灰色聚類(lèi)值中的最大值。

3 案例分析

以S264揚(yáng)州段K227+000～K230+200為例，全長(zhǎng)3.2 km，項(xiàng)目路段路面調(diào)查結(jié)果匯總表如表5所示，兩種模型計(jì)算結(jié)果如表6所示。

表5 S264揚(yáng)州段K227+000～K230+200路面調(diào)查結(jié)果匯總表

表6 S264江都段路面綜合評(píng)價(jià)計(jì)算結(jié)果

通過(guò)傳統(tǒng)評(píng)價(jià)模型可知，K227+000～K230+200三個(gè)段落的綜合計(jì)算結(jié)果分別為83.7，83，81.2，表示路面使用性能應(yīng)該較好，與灰色聚類(lèi)模型所得結(jié)果相反。

4 結(jié)語(yǔ)

本文在介紹了傳統(tǒng)瀝青路面使用性能的評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)上，提出灰色聚類(lèi)的評(píng)價(jià)模型，給出該模型下評(píng)價(jià)省道路況的具體步驟，并對(duì)模型評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠度進(jìn)行分析驗(yàn)算，得出了采用灰色聚類(lèi)模型方法評(píng)價(jià)更貼近實(shí)際的結(jié)果。