高速公路瀝青路面技術(shù)狀況評價指標分析

曹明明， 陳金蓉， 張洲洋， 陳陽， 黃晚清

(1.四川省交通勘察設(shè)計研究院有限公司， 四川 成都 610041;2.四川成渝高速公路股份有限公司成雅分公司, 四川 成都 610021)

JTG 5210-2018《公路技術(shù)狀況評定標準》于2019年5月1日正式實施，相較于JTG H20-2007《公路技術(shù)狀況評定標準》，針對高速公路瀝青路面技術(shù)狀況評價，該規(guī)范在指標分級方法、評價指標體系和分項指標測試方法等方面進行了修正或完善，對具有爭議的計算方法進行了調(diào)整(如車轍計算公式)，以使瀝青路面技術(shù)狀況評價結(jié)果更符合現(xiàn)場實際工況，更有助于指導(dǎo)瀝青路面養(yǎng)護維修決策。但對于該規(guī)范新引入的一些評價指標和理念應(yīng)用于高速公路瀝青路面技術(shù)狀況評價存在一定爭議，如文獻[3]認為JTG H20-2007在計算高速公路路面損壞指數(shù)PCI時不再重復(fù)計入車轍損壞面積并不合理；文獻[4]認為路面跳車指數(shù)和修正的路面車轍指標均更符合瀝青路面養(yǎng)護工作需求，但應(yīng)采用裂縫率、修補率等指標補充評價路面破損狀況。鑒于此，該文基于對JTG 5210-2018中高速公路瀝青路面技術(shù)狀況評價體系的分析，逐個分析修正后各分項指標應(yīng)用于高速公路瀝青路面技術(shù)狀況評價的合理性和值得商榷之處，提出相應(yīng)建議，并對裂縫率和修補率計算方法進行探討。

1 高速公路瀝青路面技術(shù)狀況評價體系

JTG 5210-2018《公路技術(shù)狀況評定標準》采用綜合指標路面技術(shù)狀況指數(shù)PQI及相應(yīng)分項指標(主要包括路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)PSSI、路面損壞指數(shù)PCI、路面車轍深度指數(shù)RDI、路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI、路面抗滑性能指數(shù)SRI、路面跳車指數(shù)PBI和路面磨耗指數(shù)PWI)進行瀝青路面技術(shù)狀況評定(見圖1)，等級劃分標準見表1，其中高速公路瀝青路面PCI評定優(yōu)良等級分界線由JTG H20-2007的92調(diào)整為90，其余劃分標準未發(fā)生變化。

圖1 JTG 5210-2018中瀝青路面技術(shù)狀況評價指標體系

表1 高速公路瀝青路面各指標等級劃分標準

JTG H20-2007瀝青路面技術(shù)狀況評定分項指數(shù)中并無路面跳車指數(shù)PBI和路面磨耗指數(shù)PWI。此外，JTG 5210-2018對路面車轍深度指數(shù)RDI和路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)PSSI(采用路面彎沉標準值)計算公式進行了修正，其余原有各分項指標計算公式未作調(diào)整。

由于新增了PBI和PWI，JTG 5210-2018對PQI計算公式中各分項指標權(quán)重進行了調(diào)整，其中路面抗滑性能指數(shù)SRI和PWI在瀝青路面技術(shù)狀況評價中為二選一，兩指標分項權(quán)重仍采用0.1。JTG 5210-2018評價高速公路路面舒適性采用PBI(新增)和RQI兩個指標，將JTG H20-2007中RQI分項權(quán)重0.4拆分為PBI分項權(quán)重0.1和RQI分項權(quán)重0.3，其余各指標權(quán)重未發(fā)生變化(見表2)。

表2 高速公路瀝青路面PQI計算中各分項指標權(quán)重對照

2 瀝青路面單項評價指標

2.1 瀝青路面破損狀況評價指標

PCI指標計算公式在新舊規(guī)范中一致，差別在于JTG 5210-2018對部分路面病害損壞程度的判斷標準進行了調(diào)整，如塊狀裂縫病害輕重分界線的裂縫寬度由JTG H20-2007的3 mm調(diào)整為2 mm；坑槽病害判斷標準增加了坑槽深度標準，輕重程度的坑槽深度標準分界線為25 mm；路面修補損壞統(tǒng)計中不再計入長度大于5 m的整車道修復(fù)部分面積。

PCI指標計算權(quán)重系數(shù)中增加了自動化檢測換算系數(shù)，對各病害不再區(qū)分輕重等損壞程度，統(tǒng)一按病害類型采用同一換算系數(shù)，主要用于機器自動識別各類病害的統(tǒng)計分析。自動化檢測換算系數(shù)與人工調(diào)查權(quán)重系數(shù)的對照見表3。由表3可知：自動化檢測換算系數(shù)大于等于病害損壞程度重對應(yīng)的人工調(diào)查權(quán)重系數(shù)，且縱橫向裂縫自動化檢測換算系數(shù)是人工調(diào)查權(quán)重系數(shù)的2倍。自動化檢測基于對圖像自動識別的平面圖像和激光位移檢測的相對變形采用自動化或人工交互方式對破損數(shù)量等進行統(tǒng)計，其識別準確性受道路狀況影響較大，并不容易識別寬度較小的未修補裂縫病害，與裂縫相似的非裂縫陰影和太陽光對裂縫病害統(tǒng)計干擾較大，且成像所得裂縫不明顯，難以準確確定裂縫長度，對具有三維立體特征的坑槽、松散、沉陷、波浪擁包等病害基本無法準確識別。因此，JTG 5210-2018采用相對較大的自動化檢測換算系數(shù)以減小識別率低導(dǎo)致的路面破損率和實際路況差別較大的問題。

表3 瀝青路面損壞權(quán)重及換算系數(shù)

另外，JTG 5210-2018中指出，路面車轍損壞采用自動化設(shè)備檢測時，PCI計算中不計入車轍病害，單獨采用RDI予以評定；而采用人工調(diào)查時，PCI計算中計入車轍病害。可理解為后者不再考慮RDI，將至少存在以下3個問題：1) 瀝青路面無其他病害時，高速公路和一級公路采用自動化設(shè)備檢測，PCI計算中不計入車轍病害，PCI評定等級為優(yōu)。而二、三、四級公路(后稱低等級公路)采用人工調(diào)查，PCI計算中計入車轍病害，以20 m為評定單元(車道寬為3.75 m)，假設(shè)該路段存在20 m輕度車轍(車轍深度為10～15 mm)，PCI為67.8，若為20 m重度車轍，PCI為60.2，PCI評定等級均為次，將導(dǎo)致低等級公路PCI評價等級更低。而PCI是現(xiàn)階段瀝青路面狀況評定和養(yǎng)護決策重點參考指標之一，顯然存在值得商榷之處。2) 低等級公路PQI計算中僅考慮PCI和RQI兩個指標，采用自動化檢測后，車轍病害該如何考慮，規(guī)范并沒有明確說明，且低等級公路PCI權(quán)重系數(shù)為0.6，車轍的計入方法對PQI計算影響較大。3) 同一路段，僅有車轍病害的條件下，僅考慮PCI和RDI兩項指標，其余各指標均為100，人工調(diào)查時PQI計算中不計入RDI且車轍深度僅在PCI計算中考慮，自動化設(shè)備檢測時PCI計算中不計入車轍，且車轍深度僅在RDI計算中考慮，并考慮在PCI和RDI中均考慮車轍因素的影響，PQI計算結(jié)果見表4。由表4可知：車轍僅在RDI中考慮并不計入PCI中時，嚴重低估了車轍對PQI結(jié)果的影響，而車轍深度在20 mm以內(nèi)時，PQI計算中不計入RDI且車轍深度僅在PCI計算中考慮的工況與PCI和RDI均計入車轍因素計算的PQI值基本接近，但車轍深度較大時，后者評定的PQI更低，其值與低等級公路PQI計算公式計算結(jié)果更接近。

綜上，從車轍病害對路用性能、行車安全和行車舒適性的影響及車轍深度和PQI評價的協(xié)調(diào)角度，建議高等級瀝青路面無論采用何種方式測試車轍病害，PCI均應(yīng)計入車轍病害。

表4 PQI計算結(jié)果對比

JTG 5210-2018采用的PCI不失為一項綜合指標，但其并沒有對病害提出對應(yīng)的細分指標體系，應(yīng)用于養(yǎng)護后評估和養(yǎng)護維修方案優(yōu)選時仍易出現(xiàn)相應(yīng)路段PCI評定結(jié)果為良或優(yōu)，而路面實際存在嚴重修補不良或裂縫集中等病害。因此，需補充一些輔助分項指標(如裂縫率、修補率等)，使評定結(jié)果符合實際路況的同時更具有指導(dǎo)價值。

修補率:修補不良對路面平整度影響較大，小面積修補受施工條件和材料質(zhì)量的限制，施工質(zhì)量往往較差，且修補處與舊路面結(jié)合處往往黏結(jié)較差，水分易通過此處滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，同時此處荷載傳遞作用較差，易造成修補混合料單獨受力，導(dǎo)致路面服役壽命縮短。JTG 5210-2018中指出，長度大于5 m的整車道修復(fù)不計為路面修補損壞，以此為依據(jù)，統(tǒng)計非整車道修復(fù)面積或長度≤5 m的整車道修復(fù)面積及塊狀和條狀修補個數(shù)，其中條狀修補個數(shù)可作為裂縫類統(tǒng)計，形成修補率和塊狀修補個數(shù)兩個統(tǒng)計指標。修補率=(非整車道修復(fù)面積+長度≤5 m的整車道修復(fù)面積)/路面檢測或調(diào)查面積×100。

裂縫率:瀝青路面裂縫主要包括橫向裂縫、縱向裂縫、龜裂和塊裂，半剛性瀝青路面橫向反射裂縫往往較普遍，但其對路面服役壽命和路用性能的影響相對龜裂和塊裂較小，尤其在裂縫邊未出現(xiàn)沉陷或支縫前往往病害程度較輕，可通過灌縫等方式予以簡單處治。因此，根據(jù)是否出現(xiàn)沉陷或支縫將裂縫率指標分為輕度裂縫率(裂縫未伴隨明顯沉陷和支縫)和重度裂縫率(裂縫伴隨沉陷和支縫)，裂縫率為縱向裂縫、橫向裂縫的面積(裂縫長度×0.2 m)與龜裂和塊裂面積之和占所調(diào)查路面面積的百分比。

2.2 瀝青路面車轍狀況評價指標

瀝青路面車轍深度指數(shù)RDI計算公式的修訂是JTG 5210-2018最顯著的變化之一，修訂對照見表5。由表5可知：在采用臨時表征符號X后，RDI新舊規(guī)范計算形式基本一致，差別在于各參數(shù)的取值，導(dǎo)致新舊規(guī)范體系下采用同一個車轍深度計算的RDI存在差異(見圖2)。

由圖2可知：除車轍深度RD=20 mm時新舊規(guī)范RDI計算結(jié)果均等于60外，其余在同一車轍深度下，JTG 5210-2018計算RDI值均大于JTG H20-2007計算RDI值，即同一車轍深度下，JTG H20-2007評定的路面車轍狀況更惡劣。RD≥35mm時，按JTG H20-2007計算，RDI=0；而按JTG 5210-2018計算，RD≥40 mm時，RDI=0。一般而言，RD≥10 mm時才認為瀝青路面出現(xiàn)了車轍，此時按JTG H20-2007計算，RDI=80(已為評定等級良和中的分界線)；按JTG 5210-2018計算，RDI=90。而新建路面現(xiàn)場測試車轍值多為1～3 mm，運營一段時間后，在車輪的沖擊和磨耗作用下，RD接近10 mm的情況比比皆是。如某高速公路下行方向，即使在車流量較小的工況下，在通車不到2年后測試瀝青路面車轍，RD≥8 mm的路段共9.51 km，其最大值為19.19 mm。同時，從安全角度，7.6～10 mm為路面容許車轍深度，具體值根據(jù)車輛軸重適當調(diào)整。綜合行車安全、車轍病害發(fā)展歷程及維修養(yǎng)護頻次和費用，JTG H20-2007對車轍的評價過于嚴格，并不合理。

表5 車轍深度指數(shù)RDI計算公式的修訂對照

圖2 RDI新舊規(guī)范計算結(jié)果對照

2.3 瀝青路面舒適性評價指標

JTG 5210-2018采用路面跳車指數(shù)PBI和路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI評價瀝青路面舒適性，前者主要評價路面局部異常凹凸狀況，后者反映行車方向上整體凹凸偏差情況。路面跳車主要為由路面坑槽、推移擁包和沉陷等損壞引起的車輛突然顛簸，嚴重影響行車舒適性，對行車安全帶來隱患，顛簸引起的車輛動荷載對路面的破壞作用更大，同時會增加車輛磨耗和油耗。但坑槽、推移擁包和沉陷等病害已在PCI中統(tǒng)計，故規(guī)范主要關(guān)注路面與橋隧等構(gòu)造物間異常連接引起的路面跳車，而該類跳車指標主要用于指導(dǎo)局部病害維修養(yǎng)護，對路面維修養(yǎng)護后評估研究并無參考價值。

新舊規(guī)范中RQI計算方法一致，JTG 5210-2018新增的PBI基于路面縱斷面高差的變化Δh(通過10 m范圍內(nèi)行車方向上100個高程數(shù)據(jù)中最大高程與最小高程之差，每10 m統(tǒng)計1處)劃分跳車程度，通過評定路段內(nèi)各跳車程度與單位扣分進行計算，且計算路面高差變化前需消除路面縱坡的影響，剔除橋梁伸縮縫等可能存在的異常值。由于跳車程度為輕度時，PBI計算中該處并不扣分，所以PBI計算結(jié)果受制于中度(5 mm≤路面縱斷面高差<8 mm)和重度跳車程度(路面縱斷面高差≥8 mm)。但JTG 5210-2018并沒有明確PBI從10 m結(jié)果匯總至1 km時應(yīng)如何計算，若根據(jù)1 km內(nèi)所有跳車處數(shù)統(tǒng)計扣分計算PBI，假定1 km內(nèi)存在2處重度跳車和1處中度跳車，計算得PBI=-25，顯然不合理。若采用Δh平均值或PBI平均值等重新評定，易導(dǎo)致以1 km為評定單元統(tǒng)計結(jié)果多為優(yōu)，并不能體現(xiàn)該區(qū)域內(nèi)路面跳車狀況。因此，以1 km為評定單元的PBI并無意義。

基于以上原因，在路面綜合評定指標PQI計算中建議不引入PBI，仍按JTG H20-2007的計算方法計算PQI，單獨列出1 km內(nèi)重度、中度跳車處數(shù)作為補充指標。

2.4 瀝青路面結(jié)構(gòu)強度評價指標

新舊規(guī)范關(guān)于路面技術(shù)狀況指數(shù)PQI的計算中均不考慮路面結(jié)構(gòu)強度PSSI，且路面結(jié)構(gòu)強度檢測多以抽樣檢測為主，抽樣測試比例應(yīng)不低于其列養(yǎng)里程的20%。

PSSI計算所用路面彎沉標準值的計算方法與JTG H20-2007路面設(shè)計彎沉的計算方法基本一致(僅車型分類存在差異)，實質(zhì)性差別在于計算中交通量數(shù)據(jù)(設(shè)計車道上的當量設(shè)計軸載累計作用次數(shù))選取的計算周期不同，JTG H20-2007以瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計年限為準，JTG 5210-2018以新改建瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限或瀝青路面結(jié)構(gòu)性修復(fù)設(shè)計年限為準，后者要求在瀝青路面發(fā)生結(jié)構(gòu)性修復(fù)時根據(jù)結(jié)構(gòu)性修復(fù)設(shè)計年限來計算。往往結(jié)構(gòu)性修復(fù)后，衰減的路面結(jié)構(gòu)強度得到補強，設(shè)計強度與原新改建時存在差別，采用結(jié)構(gòu)性修復(fù)設(shè)計對應(yīng)的路面彎沉標準值更合理。

2.5 瀝青路面抗滑性能評價指標

JTG 5210-2018采用路面抗滑性能指數(shù)SRI和路面磨耗指數(shù)PWI評價瀝青路面抗滑性能，前者計算公式與JTG H20-2007一致，后者為JTG 5210-2018新增指標。由于路面橫向力系數(shù)SFC和路面構(gòu)造深度MPD為二選一指標，且MPD采用斷面類檢測設(shè)備進行檢測，可采用多功能檢測車綜合信息采集系統(tǒng)與路面損壞、平整度、車轍和跳車等一并檢測，不需要額外投入設(shè)備。而SFC需采用專門的橫向力系數(shù)檢測車，該設(shè)備價格昂貴，可能導(dǎo)致在委托方對路面抗滑性能無特定檢測方法要求的情況下，檢測單位優(yōu)先選擇MPD。

PWI以無磨耗車道中線、同質(zhì)路基或交工驗收時路面構(gòu)造深度檢測值為基準，以其與車道左輪跡帶和右輪跡帶中路面構(gòu)造深度小值的差值函數(shù)來表征路面表面的磨損狀況。自動化構(gòu)造深度MPD測量主要通過將測量斷面劃分為多個測量位置的光切面(常選用10 cm×10 cm)，在每個光切面輪廓線中選取基準線和其Z坐標值的均值h0，并將基準線對稱分為2段，確定各段上的Z坐標值的最大值h1和h2，根據(jù)式(1)確定該斷面的MPD值，所有測量斷面光切面MPD的均值則為該測量路面斷面的MPD值，進而根據(jù)MPD和路面構(gòu)造深度MTD間良好的線性關(guān)系估算MTD值。PWI計算值實質(zhì)上為路面表觀構(gòu)造的磨耗值，其準確性受測試設(shè)備水平、測試環(huán)境、路面瀝青混合料類型、路面紋理狀況和污染狀況及無磨耗基準面選取等影響較大。

(1)

圖3為成雅(成都—雅安)高速公路2018年測試路面抗滑性能指數(shù)SRI和2019年測試路面磨耗指數(shù)PWI對比。該路段在該年度內(nèi)未經(jīng)過罩面或養(yǎng)護處治，但明顯2018年測試的上行方向SRI(均值為81.48)評定路況抗滑等級低于2019年P(guān)WI(均值為95.61)評定等級，而下行方向2019年測試PWI呈現(xiàn)較大波動，PWI均值為85.38，略高于SRI均值84.16。結(jié)合現(xiàn)場情況，同一路段，SRI和PWI測試結(jié)果相關(guān)關(guān)系的規(guī)律性并不強，受路況特征和測試環(huán)境等條件的影響較大，且相對而言前者測試結(jié)果對路況的評價更嚴格。

JTG D50-2017《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，路面構(gòu)造深度MTD與橫向力系數(shù)SFC為瀝青路面抗滑性能需同時滿足的指標。評價瀝青路面抗滑性能不同國家采用不同的指標體系，如英國采用橫向力系數(shù)，澳大利亞采用構(gòu)造深度和橫向力系數(shù)，美國大多數(shù)地區(qū)采用構(gòu)造深度、車速和動態(tài)摩擦系數(shù)的復(fù)合指標法，但鮮有采用單一指標構(gòu)造深度來獨立評價瀝青路面的抗滑性能。MTD為瀝青路面的宏觀構(gòu)造，其值主要受制于礦料級配，其大小與路面排水特性密切相關(guān)，及時排除路表水可有效防止車輛出現(xiàn)滑水現(xiàn)象，該指標表征路表的粗糙特征，并不能表征路表的微觀構(gòu)造；而SFC反映加載車以60 km/h速度行駛在潮濕路面上時縱向和側(cè)向的摩擦特性，體現(xiàn)輪胎與路面間的連續(xù)滑動摩阻力，兩指標反映的物理意義并不相同。因此，建議高速公路瀝青路面抗滑性能評價中對MTD與SFC均進行測試，以兩者中最不利值計算PQI。

圖3 路面抗滑性能指數(shù)SRI和路面磨耗指數(shù)PWI測試結(jié)果對照

3 結(jié)論

(1) JTG 5210-2018瀝青路面技術(shù)狀況評價體系中增加了路面跳車指數(shù)PBI和路面磨耗指數(shù)PWI，PBI主要反映瀝青路面與構(gòu)造物間連接處的局部凹凸狀況，以1 km為評定單位時該指標并不實用，建議PQI計算體系中不納入該指標，單獨按1 km跳車程度處數(shù)度量。

(2) 瀝青路面技術(shù)狀況評價體系觸發(fā)指標除采用綜合指標PQI和分項指標PSSI、PCI、RDI、RQI、SRI外，建議增加修補率、裂縫率等描述病害狀況的輔助指標，并在高速公路瀝青路面PCI計算中加入車轍因素的影響。

(3) JTG 5210-2018修正后的RDI計算公式和路面結(jié)構(gòu)強度PSSI計算方法更合理，能更好地評價瀝青路面技術(shù)狀況，有效指導(dǎo)瀝青路面養(yǎng)護維修決策。

(4) 路面構(gòu)造深度MTD與橫向力系數(shù)SFC表征瀝青路面抗滑性能的不同誘因，兩者的相關(guān)關(guān)系并不強，單一采用路面磨耗指數(shù)PWI評價瀝青路面抗滑性能值得商榷，建議采用路面抗滑性能指數(shù)SRI和PWI中最不利值計算PQI進行評價。