基于養護經濟效益的微表處預養護時機分析

曹海利， 付麗紅

(1.徐州市交通規劃設計研究院， 江蘇 徐州 221006；2. 中國礦業大學， 江蘇 徐州 221116)

預防性養護是確保路面安全、舒適運營的關鍵。路面預防性養護方法較多，需根據路面狀況科學選擇。姚玉玲等對瀝青路面預防性養護時機進行研究，建立了全壽命周期瀝青路面預養護時機計算方法；許德錄通過分析公路運營中病害特點及相關養護技術，提出了瀝青路面最佳養護時機的全壽命周期費用確定方法；王笑風基于路面性能評價指標實測數據，提出了考慮養護指標權重的養護時機決策模型。由于研究地域的差異，預防性養護研究成果參差不齊，沒有形成標準化流程，缺乏系統性的衡量預期收益的相關標準，預防性養護監督及效果檢驗缺乏系統性的制度和方法。該文針對國道314線瀝青路面，采用微表處技術進行養護前后路面狀況評價，分析養護效果，從而確定最佳養護時機。

1 瀝青路面性能評價指標

瀝青路面性能在使用初期下降最快，隨著使用時間的增加，路面使用性能持續降低，降低至某一范圍時，下降速度減慢。瀝青路面性能指標的評價標準如下：

(1) 車轍。國內高速公路允許的車轍深度為不大于15 mm，評價等級分為優、良、中、次、差，對應車轍深度分別為0～5 mm、5～10 mm、10～15 mm、15～20 mm、≥20 mm。

(2) 裂縫。在路面使用初期，裂縫寬度小于2 mm時，可利用封縫技術進行處治。如果裂縫寬度大于2 mm，封縫技術不再適用，應采取其他養護措施。裂縫寬度、密度分級標準分別見表1、表2。

表1 裂縫寬度分級標準

表2 裂縫密度分級標準

(3) 平整度。路面平整度評價等級分為優、良、中、差，對應路面平整度分別為0～3.42 mm、3.42～5.42 mm、5.42～6.6 mm、>6.6 mm。

(4) 抗滑性。以抗滑系數作為路面抗滑性能評價指標，分為優、良、中、次、差5個等級，對應擺值分別為≥42 BPN、37～42 BPN、32～37 BPN、27～32 BPN、≤27 BPN，橫向力系數分別為≥48、40～48、33.5～40、27.5～33.5、<27.5，路面抗滑性能分別為≥90、80～90、70～80、60～70、≤60。

2 養護前后路面狀況

國道314線巴州境內輪臺縣野云溝至拉依蘇工業園區段(K551—K654)病害整治工程第二合同段全長38.56 km，路基寬度12 m，路面寬度9 m。對原瀝青砼面層進行病害處理后，采用MS-3型微表處進行處治。采用綜合指標，結合車轍深度、平整度、裂縫率、破損度、抗滑性能、結構強度系數，以該路段各評價指標為依據，通過回歸分析建立瀝青路面評價指標變化關系，并根據養護技術規范及實際經驗值確定各指標在路面性能中的權重，確定預養護路面狀況指數。各指標權重見表3。

表3 路面性能評價指標的權重

路面狀況指數為：

PQI=0.21RD+0.22CR+0.17IRI+

0.18DR+0.114SPC+0.11SSI

(1)

2.1 養護前路面狀況

該路段運營5年內評價指標值見表4。

表4 預養護前各通車年限的指標值

由表4可知：6個關鍵指標值均隨著時間的增長逐步降低，其中破損面積指標降低幅度最大，達25.3%。按式(1)計算各年路面狀況指數PQI，第1年、第2年、第3年、第4年、第5年的路面狀況指數分別為91.45、90.9、86.23、82.56、77.42。

2.2 養護后路面狀況

《高速公路養護質量檢評方法》對路面預養護時機進行了宏觀規定，路面狀況指數在90之上時可不采取養護措施。根據養護前路面狀況指數值，該路段運營第3年開始路面狀況指數小于90，可從第3年開始進行預養護。為確定合理的預養護時機，對第3～6年采用微表處預養護措施時路面指標測試數據進行分析。

第3年采用微表處預養護后路面狀況指標見表5。由表5可知：裂縫率、車轍深度、平整度、破損面積、抗滑性能在養護后3年內均得到改善，僅結構強度指標值降低，因為微表處對改善路面強度的效果很小。按式(1)計算，養護后第1年、第2年、第3年的路面狀況指數分別為91.82、89.72、86.97。

表5 第3年預養護后各指標值

第4年采用微表處預養護后路面狀況指標見表6。由表6可知：第4年實施預養護后，除路面結構強度指標降低外，其他指標均得到改善。按式(1)計算，養護后第1年、第2年、第3年的路面狀況指數分別為91.73、89.62、87.06。

表6 第4年預養護后各指標值

第5年采用微表處預養護后路面狀況指標見表7。由表7可知：第5年實施預養護后，除路面結構強度指標降低外，其他指標均得到改善，但相對于第3年、第4年實施微表處，路面指標改善程度降低。按式(1)計算，養護后第1年、第2年、第3年的路面狀況指數分別為90.28、87.79、83.6。

表7 第5年預養護后各指標值

第6年采用微表處預養護后路面狀況指標見表8。按式(1)計算，養護后第1年、第2年、第3年的路面狀況指數分別為89.17、86.61、82.4。

表8 第6年預養護后各指標值

對各年實施微表處處治后路面狀況指數進行擬合，結果見表9。

表9 不同通車年限進行預養護后路面狀況指數的變化

3 養護效果及最佳養護時機分析

3.1 養護面積

對養護實施效果進行評價，除需評價路面狀況指數提高程度外，還需進行養護有效面積分析。根據該路段通車第3～6年實施微表處養護時路面狀況指數進行全壽命周期內有效面積計算，以7.5年為計算年限，即第3年進行微表處養護后的最短相對生命周期為7.5年。對各年路面狀況指數在(0,7.5)求積分值，得通車第3年、第4年、第5年、第6年采取微表處養護后的有效面積分別為622.18 m2、623.36 m2、565.45 m2、557.65 m2。為保持各年計算的有效面積一致，第4年、第5年、第6年均采用7.5年的相對生命周期。

3.2 經濟效益評價

國道314線整個線路每年投入的養護費用為5萬元/km，而微表處養護成本為20萬元/km。預養護費用主要考慮建設期建設費、日常養護費、養護后殘余值，即總養護費用=建設費+日常養護費-養護后殘余值。為分析簡便，不考慮整個路段的建設費用，僅考慮養護日常費用及殘余費用。養護殘余值S通過路面剩余壽命與預期壽命比值來確定，按式(2)計算。以路面狀況為“中”等級作為路面預期壽命值。以第3年預養護為例，路面預期壽命值見式(3)。

S=(1-y1/y2)C

(2)

式中：y1為養護施工年份與預期使用壽命的差值；y2為預期使用壽命；C為預養護實施成本。

(3)

養護年限統一為7.5年，則第3年日常養護時間為8.5年。第3年采取預養護措施時日常養護費用為5×8.5+20=62.5 萬元。按式(3)計算，得x=6.9，即路面預期壽命為6.9年。按式(2)計算，第3年路面殘余值為20×(1-3.9/6.9)=8.70 萬元。

不同通車年限采取預養護措施時的經濟效益見表10。

表10 不同年份采取預養護措施時的經濟效益

3.3 最佳養護時機

各年實施預防性養護的總費用、養護面積均不同，為便于比較，采用費用效益比來評價養護效益。養護效益比為養護總費用與養護面積的比值，計算得通車第3年、第4年、第5年、第6年實施微表處的費用效益比分別為11.57、11.13、10.75、10.53。在第3年實施微表處養護的費用效益比最大，在養護面積及效果一定的情況下投入的養護資金最少，為最佳養護時機。一般路面養護費用會隨著路面狀況

的下降而增多，通過上述分析，結合實際路面費用使用情況，路面狀況指數為“良”時采用微表處養護可獲得高效益。

4 結論

對于國道314線巴州境內輪臺縣野云溝至拉依蘇工業園區段，在通車第3年采取微表處預養護措施的費用效益比最大，即投入的資金最少；路面狀況指數為“良”時，越早實施微表處養護效益越高。由于路面進行預養護前后各指標在不同年限的值會受到當地實際交通量狀況的影響，上述結論僅適用于該路段。