重載交通高速公路大中修養護方案經濟性分析

陳 濤,洪盛祥,蔡海泉

(蘇交科集團股份有限公司，南京 211100)

近年來，隨著國民經濟和民眾生活水平日益提高，機動車保有量逐年上升，截至2017年，全國機動車保有量已達到3.101億輛[1]。機動車保有量增加的同時，高速公路交通量也逐年上升。為了適應交通發展需求，部分雙向4車道、雙向6車道高速公路將擴建成雙向8車道。

高速公路上車輛行駛速度快、車流量大，大中修養護施工和交通組織較為困難[2]，雙向8車道重載交通高速公路由于車道多、交通量大、路況復雜等因素，大中修養護施工時交通組織極為困難，同時，不同的養護方案對交通組織方式、收費營收和車輛通行的影響不同，所帶來的經濟性影響也不相同，這就對養護方案設計提出了更高的要求[3]。目前，國內對高速公路大中修養護方案的經濟性研究，大多是關于普通高速公路的養護方案經濟效益和社會效益分析[4]，從經濟性角度對雙向8車道重載交通高速公路養護方案相關研究較少。因此，有必要針對雙向8車道重載交通高速公路大中修養護方案的經濟性進行研究，綜合考慮養護成本經濟性、交通組織方式經濟性和收費營收經濟性等因素，比選出經濟性最優的養護方案。

本文以雙向8車道重載交通滬寧高速公路江蘇段為研究對象，從經濟性角度出發，對工程常用養護方案的養護成本、交通組織方式經濟性和施工封閉收費損失進行比較分析，以綜合經濟性評價指標比選經濟性最優的養護方案，旨在在經濟性方面為雙向8車道重載交通高速公路制定大中修養護策略提供借鑒和參考。

1 養護方案設計

目前重載交通高速公路大中修養護主要采用銑刨重鋪和加鋪罩面兩種方式。一般而言，雙向8車道重載交通高速公路，常見大中修的養護方案是雙車道維修或者半幅維修，而大中修中單車道(如第二車道)大面積封閉養護方式因其交通組織困難較為少見[5]。

雙向8車道重載交通高速公路第一、二車道主要為客車通行，第三、四車道為貨車通行，由于貨車重載作用，通常第三、四車道路況相對較差，第一、二車道路況相對較好，因此銑刨重鋪方案往往是第三、四車道同時維修養護，相比分車道養護，可減輕交通組織帶來的經濟、安全和出行等方面的壓力。高速公路管養單位對路面出現的病害養護及時，養護技術也在持續進步，因此相比低等級道路，高速公路路況保持良好，大中修養護很少出現銑刨重鋪3層的養護策略，重載交通高速公路大中修銑刨重鋪主要是銑刨重鋪單層和雙層的方案。江蘇省重載交通高速公路大中修加鋪罩面目前主要是2～3 cm 薄層罩面和4 cm左右普通罩面。

因此，結合目前國內高速公路養護方式和養護材料，本試驗設計了4種大中修養護方案，大中修養護方案如表1所示。

表1 大中修養護方案

2 養護成本經濟性比較

加鋪罩面養護方式可以同時解決半幅全斷面路面的車轍、抗滑性不足、平整度不足等常見病害[6-7]。銑刨重鋪養護方式雖然也可以解決上述問題，且單車道的銑刨重鋪方式初期養護成本比半幅加鋪罩面成本低，但是銑刨重鋪只能解決銑刨重鋪車道的病害，隨著同斷面未進行銑刨重鋪車道的路況逐年衰減，后期仍然要對同斷面未進行銑刨重鋪車道進行養護維修，投入養護資金[8]。銑刨重鋪和加鋪罩面兩種養護方式各有優勢，但長遠的經濟效益不盡相同。

本節主要測算分析期內不同養護方案管理部門的養護總成本，包括初期建設費用、養護工程費用和路面殘值，見式(1)。由于不同養護方案的日常養護費用差距較小，本文不作考慮。

MTC=IMC+MEC-SV

(1)

式中，MTC為分析期內養護總成本，元；IMC為分析期內初期養護成本，元；MEC為分析期內養護工程成本，元；SV為路面殘值，元。

結合滬寧高速公路養護管理的歷年工程實際經驗，銑刨重鋪單層養護方式的使用壽命約為5年，銑刨重鋪雙層養護方式的使用壽命約為8年，加鋪2.5 cm SMA-10瀝青混合料罩面養護方式的使用壽命約為6年，加鋪4 cm SMA-13瀝青混合料罩面養護方式的使用壽命約為10年。本試驗計算經濟成本，分析期取15年，路段長度為4 km。

2.1 初期養護成本

為分析不同養護方案的經濟性，首先對不同養護方案的初期成本投入進行測算。養護材料、施工等費用指導價格參照《江蘇高速公路養護費用指標使用手冊》[9]，該價格標準是目前指導江蘇省高速公路制定養護規劃設計編制資金預算的參考性文件。

假設不同養護方案路段維修長度均為4 km，單車道寬度取3.75 m，半幅路面寬度取19 m(路緣帶0.75 m+4個車道寬度共15 m+應急車道3.25 m)，廢料和新混合料運輸距離均取80 km，SMA-10瀝青混合料單價參考SMA-13瀝青混合料單價。

銑刨重鋪方案初期養護成本如表2所示。加鋪罩面方案初期養護成本如表3所示。

表2 銑刨重鋪方案初期養護成本

表3 加鋪罩面方案初期養護成本

根據養護單價及養護方案工程量計算養護方案初期成本，如表4所示。

表4 養護方案初期成本

2.2 分析期養護工程費用

在分析期內，不同養護方案在壽命末期需要對路面進行再次養護。假設初期第一、二車道路況指標良好，銑刨重鋪第三、四車道兩種方案8年后需要再對第一、二車道進行養護。銑刨重鋪雙層壽命末期用銑刨重鋪單層方式再次養護，其他養護方案在壽命末期仍采用初期養護方式進行養護。不同養護方案分析期內養護工程時間如表5所示。不同養護方案分析期內養護工程費用如表6所示。

表5 不同養護方案分析期內養護工程時間

表6 不同養護方案分析期內養護工程費用 (萬元)

2.3 分析期末路面殘值

由于確定的分析期并不一定與路面的自然壽命期重合，分析期末并不意味著道路停止使用[10]，因此，在分析期末，路面還會繼續承受車輛荷載作用，該部分剩余價值即為路面殘值。路面殘值按照路面養護后剩余壽命占預期使用壽命的比值進行測算。

分析期內養護方案路面殘值計算公式如式(2)所示。

SV=(1-LA/LE)Cr

(2)

式中：LA為最后一次養護的施工年份到壽命末(或分析期末)的年數，年；LE為該養護方案的預期使用壽命，年；Cr為最后一次大中修養護費用，元；SV為路面殘值，元。

路面殘值計算示意如圖1所示。

圖1 路面殘值計算示意

根據式(2)計算養護方案分析期末路面殘值，如表7所示。

表7 養護方案分析期末路面殘值

2.4 分析期養護總成本

分析期養護總成本按照式(1)進行計算，養護總成本分析如表8所示。

由表8可知，從不同養護方案分析期內養護總成本來看，方案四投入成本較少，全斷面處治病害的同時，其長遠的經濟成本較低，其次是方案一和方案三，方案二養護方案分析期內成本投入較大。

表8 養護總成本分析 (萬元)

方案三和方案四加鋪罩面方案，雖然初期養護成本投入比方案一和方案二多，但是從長遠角度看，應用方案四道路使用壽命較長，整個分析期15年內僅需一次養護維修，方案四分析期養護總成本相對較低，因此，推薦方案四為重載交通高速公路大中修養護方案。

3 交通組織方式經濟性比較

大中修路面養護施工封閉期，施工車道封閉將影響車輛通行，同時影響運營者營收利益和使用者出行[6]。因此，結合重載交通高速公路養護施工封閉運營者收費損失結果，對不同的交通組織方式經濟性進行比選分析。

基于4種養護方案，根據雙向8車道重載交通滬寧高速公路養護工程實際經驗，得出銑刨重鋪和加鋪罩面的交通組織方式，交通組織方式如表9所示。雙車道銑刨重鋪養護為封閉雙車道一次性施工，若采用單車道封閉分兩次施工，交通組織困難，且影響行車安全。

表9 交通組織方式

加鋪罩面有兩種交通組織方式，首先對這兩種交通組織方式進行經濟性分析。根據施工單位養護經驗，加鋪罩面施工封閉期如表10所示。

表10 加鋪罩面施工封閉期

從交通組織方式可以看出，不同的交通組織方式主要是對貨車通行產生不同影響，因此通過貨車減少量測算交通組織方式對收費的影響。

封閉雙車道的交通組織方式以滬寧高速公路寧滬方向貨車繞行數量測算，貨車載重按照每種車型標準的上限值計算，收費標準參照2019年江蘇省一般聯網高速公路收費標準。高速公路貨車收費標準如表11所示。

表11 高速公路貨車收費標準

假設施工路段位于蘇州工業園至正儀樞紐互通斷面，互通里程約4 km。綜合滬寧高速公路近幾年的交通量增長率，蘇州工業園至正儀樞紐斷面交通量如表12所示。

表12 蘇州工業園至正儀樞紐斷面交通量

以2019年交通量測算封閉施工影響的貨車交通量，實施路段長度4 km的罩面養護施工，加鋪罩面方式施工封閉期收費損失如表13所示。

表13 加鋪罩面方式施工封閉期收費損失

由表13可知，封閉半幅罩面施工的交通組織方式造成的收費損失比封閉雙車道的方式低。因此，針對加鋪罩面方案的收費損失采用交通組織方式②進行分析。

4 運營者收費營收損失比較分析

大中修路面養護施工封閉期，施工車道封閉將影響車輛通行，進而影響運營者營收利益，而雙向8車道重載交通高速公路交通量大，施工封閉期收費影響更明顯[11-12]。因此，根據施工封閉期間交通組織方式和工期，測算車輛繞行造成的收費損失，從而分析不同養護方案施工期對運營者收費營收的影響。初步提出收費損失計算式，如式(3)所示。

TTL=∑TL

(3)

式中，TTL為分析期內養護封閉施工收費總損失，元；TL為每次養護封閉施工收費損失，元；AADTi為封閉施工影響的i類車年平均日交通量，pcu/d；Ci為封閉施工影響i類車收費標準，元。

根據施工單位養護經驗，不同養護方案封閉施工工期如表14所示。銑刨重鋪養護方式需提前2 d進行預處理，相比加鋪罩面養護方式施工慢。

表14 不同養護方案封閉施工工期

根據上述收費標準和2019年交通量，測算分析期內初次養護不同方案在初期施工封閉期造成的收費損失，初期養護施工封閉期收費損失如表15所示。

表15 初期養護施工封閉期收費損失

在分析期15年內，初期養護后養護方案壽命末期仍然要再次養護。根據前文分析，方案一(雙車道銑刨重鋪單層)15年內共實施4次；方案二(雙車道銑刨重鋪雙層)15年內共實施3次，其中1次為銑刨單層方式養護；方案三(半幅加鋪2.5 cm SMA-10瀝青混合料罩面)15年內共實施2次；方案四(半幅加鋪4 cm SMA-13瀝青混合料罩面)15年內共實施2次。

隨著交通量逐年增長，封閉施工導致的收費損失相應發生變化。根據上述未來交通量預測結果，由式(3)測算15年分析期內再次養護施工收費損失，如表16所示。

表16 分析期內再次養護施工收費損失

由表16可知，在15年分析期內，方案三、方案四施工封閉期造成的收費損失較小，其次是方案一，方案二封閉施工造成的收費損失較大。

5 不同養護方案經濟性比較

結合前文分析期養護成本及收費營收損失分析結果，初步提出養護方案經濟性成本評價指標：效益成本(benefit cost, BC)，計算公式見式(4)。

(4)

式中，BC為效益成本，元/年；MTC為分析期內養護總成本，元；TTL為分析期內養護封閉施工收費總損失，元；t為分析期，年。

通過效益成本指標評價養護方案的經濟性，不同養護方案經濟性分析如表17所示。

表17 不同養護方案經濟性分析

由表17可知，加鋪4 cm SMA-13瀝青混合料罩面(方案四)效益成本較低、經濟性較好，效益成本僅為126.644 7萬元/年，其次分別是銑刨重鋪單層(方案一)和加鋪2.5 cm SMA-10瀝青混合料罩面(方案三)，銑刨重鋪雙層(方案二)的效益成本較高、經濟性較差。

6 結論

本文以雙向8車道重載交通滬寧高速公路江蘇段為研究對象，從養護成本、交通組織方式和收費損失等方面，對重載交通高速公路大中修養護方案經濟性進行比較分析，得出以下結論：

(1) 通過分析雙向8車道重載交通高速公路大中修養護方案分析期內養護總成本和收費損失，提出效益成本(BC)評價指標，以評價養護方案的經濟性。

(2) 加鋪4 cm SMA-13瀝青混合料罩面壽命較長，整個分析期內投入成本較低，交通組織的收費損失也相對較小。以效益成本評價，加鋪4 cm SMA-13瀝青混合料罩面(方案四)效益成本最低、經濟性較好，優于加鋪2.5 cm SMA-10瀝青混合料罩面(方案三)，同時優于銑刨重鋪方案(方案一和方案二)。雙向8車道重載交通高速公路加鋪罩面養護交通組織，宜采用半幅封閉，另一側雙向客車通行、貨車繞行的方式進行施工。

(3) 銑刨重鋪方案的經濟性不如加鋪罩面，其中銑刨重鋪單層的經濟性相對銑刨重鋪雙層較優。雙向8車道重載交通高速公路雙車道銑刨重鋪方案的交通組織方式，宜采用雙車道封閉同時施工，施工方向僅客車通行、貨車繞行的方式進行。