某省道瀝青路面預防性養護決策及方案分析

摘要 路面工程的預防性養護是指在路面未出現結構性破壞時，通過運用各種技術手段，提升路面系統功能，預防路面出現破壞的技術方案。針對瀝青路面預防性養護，文章闡述了養護決策方法和具體養護措施，分析了常用瀝青路面的預防性養護技術分類及技術設計，并以某省道養護項目為研究案例，經方案比選并綜合考慮山區實際情況，提出了相應的預防性養護措施，旨在為這類工程提供借鑒。

關鍵詞 省道瀝青路面；預防性養護決策；預防性養護措施

中圖分類號 U418.6 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）07-0109-03

0 引言

開展公路路面預防性養護，目的是使路面保持高效運營，在整個運營期限內獲得最高收益，這就要求選定合適時間，通過運用具體的技術措施，增強路面功能，前提是不加大路面結構荷載。在公路路面結構強度符合運營標準的情況下，通過采取成本效益比最佳的方式，實行路面的周期性預防養護，解決道路表面功能下降的問題，確保其服務功能完備。實行公路路面預防性養護，核心要求在于制定科學規范的養護措施，按計劃推進各項養護工作，實現最佳成本效益。

1 瀝青路面預防養護決策方法

實施瀝青路面預防性養護，通常采用如下四種決策方法：

（1）決策樹。針對公路路面實施預防性養護，公路等級、功能及質量問題等因素會影響養護決策方法，通過樹狀圖將上述因素羅列出，并進行持續發散，不斷細化各影響因素內容，在各個分支端部列出最佳養護方案，這就是決策樹方法。此方法的優勢在于能對影響養護決策的各項因素有全面了解，經專業人員審查，并將各地特殊因素綜合考慮在內，使技術人員主觀能動性得到充分發揮，不足之處在于各決策分支的標準過于絕對[1]。

（2）排序法。該決策方法的流程分為四步：①明確實施養護的最佳時間；②基于項目投資及病害問題的分析，為各項指標排序；③匯總各項目投資及病害問題等信息；④通過分析數據信息，為項目決策排序。此方法需結合相關功能及經濟因素使用，只在項目級中使用，不能充分考慮項目收益及運營期限等，該方法并不能廣泛推廣，僅能應用于部分區域。

（3）優化決策法。實施路面養護時，綜合考慮具體環境的影響，在投資最小的情況下，獲得最多功能和最大收益，這就是優化決策法。它貫穿于項目的整個生命周期，在路面管理中可廣泛應用。該方法具有兩種形式，分別為靜態優化法和動態優化法。采用前者是在路面養護工作結束后，根據路面性能的變化，為各養護方案排序，全面比較各個方案的投資及收益情況，最終選定最優方案。后者是依照最優子策略決定最優策略這一原則，將各項問題細分為子問題，復雜問題簡單化處理，尋求處理子問題的最佳策略，并用于解決最初的問題。

（4）人工智能法。該方法綜合了互聯網及算法，主要有模型法、神經網絡法和遺傳算法等。

2 公路預防性養護措施

2.1 選擇養護時機

選擇恰當的養護時機，對提升預防性養護措施的效益費用比至關重要。如果時機過早，道路運營狀況良好，路面并未出現明顯病害，此時實施路面養護，資源產生的實際效益較低；如果時機過晚，此時路面病害問題嚴重，需要實施全面養護，預防性養護預期效果無從實現，嚴重影響道路使用年限。

路況觸發法和時間觸發法是確定養護時機的兩種常用方法，確定公路預防性養護時機時，一個重要前提是全面路面損壞狀況，掌握有效信息，將各方面因素綜合考慮在內，例如養護資金量、公路級別、道路通行量、自然環境等，明確路面出現損壞的臨界狀態，采取針對性的養護措施[2]。

2.2 舊路病害分析

當前，道路通行車輛數量越來越多，并且有許多車輛屬于超載行駛，路面長期承受巨大荷載，且受自然環境影響，路面結構持續出現塑性變形以及彎拉應變等問題。各類問題在長期積累后，導致公路出現各種病害問題，例如龜裂、裂縫、坑槽、沉陷等。制定合理有效的預防性養護措施，必須對公路路面進行全面檢測，實施路面病害問題分析，做出科學準確的評價[3]。

2.3 對策選擇

針對公路路面實施預防性養護，選擇養護對策時需綜合考慮公路技術等級、行車荷載量以及路面功能等，采用有效的養護技術。若具有多項養護技術，對比分析各技術的效益費用，最終選擇最佳技術方案[4]。

3 常用瀝青路面預防性養護技術分類及技術設計

3.1 養護技術分類

封層類：該類技術主要有霧封層、微表處、碎石封層、復合封層等；

罩面類：該類技術主要有薄層罩面、超薄罩面、銑刨罩面；

就地熱再生類：該類技術主要是通過復拌再生、加鋪再生等實行公路養護。

3.2 預防性養護工程設計

設計路面預防性養護方案，主要包含三方面內容，分別為舊路調查與檢測評價、技術設計以及材料組成設計，具體內容如下：

（1）舊路調查與檢測評價：針對舊路開展全面的調查與評價，主要是收集施工建設資料及竣工驗收材料、路面養護技術資料，并檢測路面狀況，收集各項數據資料等。

（2）技術設計：開展技術設計工作，其具體流程為：①綜合考慮公路技術等級、路面病害問題種類、車輛通行量以及公路荷載等級等因素，選定最佳養護方案；②結合路面養護后增加的使用年限及投入費用，對比分析費用效益；③通過具體分析施工難度、養護水平及施工影響，選定最佳養護方案。

（3）材料組成設計：實施材料組成設計，需綜合考慮料場布局、材料性能，并運用具體施工經驗，選用性價比最高的材料。此外，還需具體分析工程狀況、養護方案內容等，確保材料質量符合施工要求[5]。

4 預防性養護和功能性修復工程應用

4.1 項目概況

某瀝青路面項目屬于二級公路，正處于運營期內，路基寬度為12 m，設計車速為60 km/h。為提升路面性能，2018年對其實施了首次大修養護，在其原有路面基礎上加鋪兩層混凝土面層及兩層碎石基層。第一層混凝土面層厚度為4 cm，所用混凝土型號為AC-13。第二層混凝土面層厚度為6 cm，其型號為AC-20。第一層碎石基層厚度為16 cm，水泥摻配比為5%。第二層碎石基層厚度為18 cm，水泥摻配比為3%。之后，該路面未實施其他較大規模的養護修復。該路段沿線主要為山區地形，受地形因素限制，其平縱面線形的各項指標比較低，因其交通地位重要，道路行車量大，且多為大型運輸車輛，路面承受巨大荷載，由于瀝青混合料抗剪強度較低，路面出現多條裂縫，有些病害嚴重的路段還出現坑槽，急需開展病害調查及分析，并進行修復。

4.2 舊路病害調查及檢測分析

4.2.1 路況調查與評價

實施舊路路面改造設計，需做好各項準備工作，因此于2022年4月開展了路面運行狀況的調查分析工作。在調查過程中，工作人員徒步行走，并利用數碼攝像設備收集影像資料，確定路面破損病害類型、病害數量及位置，分析病害程度，各項數據信息全部填寫記錄于路面病害調查表[6]。

通過調查舊路路面狀況信息可知，該路面路況指數最小為84.2，最大為98.1，依照等級劃分標準，該路段技術狀況良好。根據路面養護規范文件要求，針對全部路段采取罩面方式進行養護，提升路面技術登記，增強路面使用性能，避免出現各種病害，增加公路使用年限，減少修復養護次數，獲得更高的養護收益[7]。

4.2.2 路面主要病害類型

通過調查分析發現，該公路路面出現了各種病害，例如車轍、裂縫、坑槽等。該公路地處山區，地形條件較為復雜，路線彎曲且陡坡多，受限于地形因素，各項線形指標不高，有些路段的縱坡大，有24%的路段的縱坡超過6%，由此表明該路段的主要病害類型為車轍[8]。

4.2.3 路面損壞原因分析

通過調查分析可知，路面出現損壞的主要原因如下：

（1）路面設計未嚴格按照標準規范，當設計年限期滿后，其強度已不足承受較大荷載。2018年已開展過此路段路面大修保養，在舊路面上鋪設了兩層混凝土面層，現在已到再次修復保養的期限，長時間未修復保養路面，導致其結構承載力不能滿足實際需求。

（2）道路車輛通行量大，通行車輛多為重載汽車。有關部門收集了該路段2020—2022年的交通量，得到的數據信息如表1所示。

通過分析上表可知，此路段通行車輛數量龐大，車輛占比較大的是各種重載貨車及大客車。由于路面長時間承受巨大荷載，荷載等級較高，導致路面受損嚴重。

4.3 預防性養護方案的確定

制定預防性養護方案，需要綜合考慮公路技術等級、路面病害類型、道路荷載量等因素，對比各個方案對提升道路使用年限的效果及養護成本，選定的方案應是具有最佳費用收益效果。此外，還需結合項目建設可行性、自然環境、資金預算及環保等方面的因素，對備選養護方案實行全面評析，最終選定最佳方案。依照公路養護的相關標準規范，并結合實際路面養護經驗，該項目適合選擇薄層罩面及就地熱再生養護方案[9]。

4.3.1 推薦方案

采用薄層罩面養護方案，將厚度為4 cm的瀝青面層銑刨掉，加鋪厚度為4 cm的細粒式SBS改性瀝青混凝土，并需配合使用GAC-13表面層。該項目路面原有瀝青厚度為10 cm，采用該養護方案，需要加鋪瀝青面層，由此導致路面瀝青面層厚度增大，受到重型車輛荷載的影響，路面極易出現車轍。在2018年進行首次預防性養護時，鋪設路面選用的是非改性瀝青。該項目采用的預防性養護方案，鋪設道路表面層所用的瀝青混凝土為細粒式SBS改性瀝青混凝土，其厚度設定為4 cm。通過實行該方案，減少了路面車轍，有效避免了路面開裂，路面更加耐磨，路用性能得到明顯提升，并且延長了道路使用年限。

該路段線形指標存在較多劣勢，道路沿線兩側分別為山地和懸崖，為確保行車安全，設置由混凝土澆筑的防撞護欄，實施薄層罩面養護，會削減防撞欄高度，降低對行車的安全保護。為確保行車安全，若增加防撞欄高度，需要投入大量資金，采用該養護方案，須重新劃定標線，安全標識和防撞欄的改造屬于道路安全設施專項養護的范疇。經上述分析，該項目的最佳預防性養護方案，需將路面舊瀝青面層銑刨掉，加鋪改性瀝青混凝土表面層，對路面進行薄層罩面養護[10]。

4.3.2 方案比較

比選方案使用就地熱再生養護技術方案。該方案采用改性瀝青混凝土澆筑路面，其厚度為4 cm。過去實施路面養護，大部分采用銑刨重鋪和挖補技術，此項技術的劣勢比較明顯，瀝青石料等資源使用量較大，且對自然環境造成嚴重污染。國家倡導建設節約型社會，大力推動經濟社會實現可持續發展，在此發展理念驅使下，實施路面養護維修，必將更多地采用瀝青路面就地熱再生技術，原有的瀝青材料可再次利用，不但節約了養護成本，提升了成本效益，而且有利于保護自然環境。

綜合對比推薦方案和比選方案，前者易于施工，技術比較成熟，有利于取得較好的養護效果。而采用后者方案，優勢在于廢舊瀝青材料可再次利用，有利于降低養護成本，且不會影響到路面標高，防止出現車轍等病害。不足之處在于施工過程存在明顯差異，需要高水平的施工人員，且對施工管理工作也有較高要求。該路段沿線地質條件較為復雜，道路彎曲且地勢陡峭，嚴重影響作業設備施工，不利于提升新路面結構的穩定性，路面養護效果不佳。

對比兩種養護方案，選定薄層罩面養護方案：將厚度為4 cm的舊瀝青面層銑刨掉，加鋪4 cm厚細粒式SBS改性瀝青混凝土，形成新的薄層罩面路面結構。

5 結論

綜上所述，實施路面預防性養護，需要綜合分析公路交通量信息、路況檢測報告等資料，確定最佳養護時機。同時，根據項目現場實際狀況，結合實踐經驗，采用最佳預防性養護措施，降低養護成本，提升成本效益，減少環境污染，取得最佳養護效果。

參考文獻

[1]戴振宇， 韋學健. 典型預防性養護措施長期使用性能研究[J]. 上海公路， 2022（2）： 23-25+165.

[2]王大偉. 高性能瀝青路面預防性養護措施評價與優化研究[J]. 運輸經理世界， 2022（15）： 128-130.

[3]吳偉民. 高速公路橋梁預防性養護措施[J]. 智能城市， 2021（10）： 97-98.

[4]程引南， 王曉雄， 龔國歡， 等. 山區公路瀝青路面預防性養護決策智能化系統開發[C]//. 中國公路學會養護與管理分會. 中國公路學會養護與管理分會第十一屆學術年會論文集， 2021： 86-91.

[5]田雁南. 基于瀝青路面性能衰變模型的預防性養護措施選擇[J]. 安徽建筑， 2020（9）： 176+193.

[6]姜振天， 韋學健， 宋楊， 等. 典型預防性養護措施路用性能后評估[J]. 交通科技， 2020（4）： 94-97.

[7]王夢. 基于HDM-4的瀝青路面預防性養護決策體系研究[D]. 西安：長安大學， 2020.

[8]陳亞雷. 高速公路瀝青路面預防性養護措施和應用[C]//. 中國公路學會養護與管理分會， 中交公路規劃設計院有限公司， 中交第三公路工程局有限公司. 中國公路學會養護與管理分會第十屆學術年會論文集， 2020： 114-118.

[9]程引南， 王曉雄， 龔國歡， 等. 山區公路瀝青路面預防性養護決策智能化系統開發[C]//. 中國公路學會養護與管理分會. 中國公路學會養護與管理分會第十一屆學術年會論文集， 2021： 6.

[10]鄭曉光， 傅若梁， 車軍. 瀝青路面預防性養護決策系統開發與新技術應用[C]//. 中國公路學會養護與管理分會. 中國公路學會養護與管理分會第六屆學術年會論文集（上卷）， 2016： 7.