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        宣大高速公路水泥混凝土路面使用性能評價

        2014-05-09 08:26:10范瑛宏侯子義閆倩倩
        交通科技 2014年3期
        關鍵詞:高速公路公路混凝土

        范瑛宏 彭 鵬 侯子義 閆倩倩

        (1.交通運輸部公路科學研究院 北京 100088; 2.河北工業(yè)大學土木工程學院 天津 300401)

        1 水泥混凝土路面評價原則及指標

        1.1 評價原則

        為了公路養(yǎng)護管理工作的順利進行,科學地評定公路技術狀況和服務水平,交通部公路科學研究院主編了相關的標準[1],這樣可以使得公路的檢測和評定工作趨于科學化、規(guī)范化和制度化。首先,評定工作應遵循客觀、科學和高效的原則,并利用先進的檢測和評價手段,以保證檢測和評價結(jié)果準確可靠。其次,各級交通主管部門及公路管理機構(gòu),應加強對評定工作的監(jiān)督,同時積極完善相關的規(guī)章制度。然后根據(jù)評定的結(jié)果,制定養(yǎng)護方案,積極實施預防性養(yǎng)護。并且在進行檢測和評定的過程中,還應遵守國家和行業(yè)的其他標準及規(guī)范。

        1.2 評價指標

        隨著科學技術的發(fā)展和路面檢測技術的提高,各國制定的路面檢測方法及評價標準的不同,選取的評價指標和建立的評價模型也各不相同。

        在我國的規(guī)范中,水泥混凝土路面的使用性能指數(shù)(PQI)包括路面損壞狀況指數(shù)(PCI)、路面行駛質(zhì)量指數(shù)(RQI)、路面抗滑性能指數(shù)(SRI)、路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)(PSSI)4個指標。各個指標的值域為0~100,某項指標的值越大,則說明路面該項性能越好。

        2 路面使用性能的評價方法

        目前,我國對路面使用性能的評價方法為多指標和綜合評價指標相結(jié)合的方法,主要有4類,分別為:基于回歸模型法的評價方法(如PSI,PQI,MCI和我國的PQI)、基于系統(tǒng)分析法的路面評價方法(如層次分析法、模糊數(shù)學)、基于灰色理論的評價方法以及集對分析、神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法等[2]。

        在我國的規(guī)范中,對于水泥混凝土路面使用性能評價包括PCI,RQI,SRI 3項技術指標,分別乘以權(quán)重進行求和,按下式計算:

        式中:wPCI,wRQI,wSRI分別為PCI,RQI,SRI的權(quán)重值。

        PQI的值域為0~100,且其值越大越好。根據(jù)PQI值及各分項指標評定路面的等級見表1。

        表1 路面狀況評定標準

        3 宣大高速公路工程實例分析

        本文結(jié)合宣大(宣化-大同)高速公路改建項目,采用相關方法,分別計算得出路面損壞狀況指數(shù)、路面行駛質(zhì)量指數(shù)和路面抗滑性能指數(shù)和路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù),確定了宣大高速公路使用性能水平,并有針對性地提出了養(yǎng)護維修的方法。

        3.1 路面使用性能調(diào)查

        (1)進行路面損壞狀況的調(diào)查。本次調(diào)查采

        用人工方法對重載方向進行調(diào)查,對所有的行車 道進行損壞類型和嚴重程度的實地調(diào)查,見表2。

        表2 路面損壞狀況調(diào)查數(shù)據(jù)

        在本次路面損壞狀況調(diào)查中,沒有發(fā)現(xiàn)明顯的填縫料損壞、拱起和修補的病害,故未在表中列出。

        根據(jù)公式計算:

        式中:各符號含義見規(guī)范[1],分別計算得出每k m的PCI值和DR值,見表2。取PCI的平均值來評價宣大公路的路面損壞狀況,PCI=31.4<60,DR=59.8。根據(jù)該結(jié)果,可以確定宣大公路的路面損壞狀況非常嚴重。

        (2)對宣大公路的路面平整度進行檢測。平整度的測量方法有很多,本次調(diào)查采用車載式激光平整度儀測定重載方向的平整度。激光平整度儀采集的數(shù)據(jù)為路面的相對高程值,是以100 m為計算區(qū)間長度并用IRI標準程序計算的值[3]。由于激光平整度儀采集的數(shù)據(jù)量較大,所以只將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果列于表3。

        表3 路面平整度數(shù)據(jù)表

        根據(jù)公式計算:

        式中:各符號含義見規(guī)范[1],可以計算各段的RQI值列于上表中,并求得IRI=2.412,RQI=87.785,由此可以確定宣大公路的平整度處于良好水平。

        (3)用擺式儀測定路面摩擦系數(shù),以評定路面在潮濕狀態(tài)下的抗滑能力。為了計算SRI的值,根據(jù)已有的研究成果,將測定的擺式摩擦系數(shù)的值換算為橫向力系數(shù)SFC的值,考慮由于精度及其他因素的影響,可能會造成一定的誤差,但是這個誤差是允許的,因此,通常采用換算公式Fb=0.959 3Fs+5.245[4]進行換算。重載方向測定的擺式摩擦系數(shù)的數(shù)據(jù)見表4。

        表4 路面擺式摩擦系數(shù)表

        式中:各符號含義見規(guī)范[3],計算得出BPN=51.4,SFC=48.1,SRI=86.2,由此可以確定宣大公路的抗滑性能處于良好水平。

        (4)根據(jù)公式(1)(其中對于水泥混凝土路面ωPCI=0.5,ωRQI=0.4,ωSRI=0.1),計算得出宣大公路(重載方向)的路面使用性能PQI=0.5×31.4+0.4×87.785+0.1×86.2=59.434<60,故宣大公路路面的使用性能已經(jīng)處于較差的水平。根據(jù)公式計算:

        (5)對宣大公路進行路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)的評定,采用落錘式彎沉儀進行路面彎沉值的測定。以下選擇的測試路段通過數(shù)理統(tǒng)計原理計算得出各個測點的實測彎沉代表值,設計彎沉值為35 mm。

        根據(jù)公式計算:

        式中:各符號含義見規(guī)范[3],計算得出PSSI的值,見表5。

        表5 路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)及相關數(shù)據(jù)

        由表5可見,計算得出宣大高速公路的路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)的平均值為71.97>70,處于中等水平,因此,宣大公路的路面結(jié)構(gòu)強度處于足夠的水平。

        3.2 路面養(yǎng)護維修措施

        根據(jù)宣大高速公路現(xiàn)有的路面使用性能指數(shù)PQI的值,對于較嚴重的路面(重載方向)需進行路面的大中修或加鋪或改建,而對輕載方向可以采取專項的矯正性養(yǎng)護。

        輕載方向的矯正性養(yǎng)護,可采取的措施有:瀝青砂或密級配瀝青混凝土補平夯實、環(huán)氧樹脂砂漿修補、混凝土稀漿封層、瀝青砂或密級配瀝青混凝土進行順接等[5]。而對重載方向的路面損壞嚴重的應進行大修或改建。對于部分嚴重的水泥混凝土路面板可以采取整板置換;對于路面結(jié)構(gòu)強度足夠的情況下,可以采取加鋪瀝青層的方式進行修復;對于路面結(jié)構(gòu)強度不滿足要求的路段,則需進行翻修。

        對于不同的養(yǎng)護維修措施,還需要考慮成本問題,最終確定的養(yǎng)護措施應符合成本效益最低且能達到預期的修復水平的原則。通過對宣大高速公路原有路面的病害分析及各項數(shù)據(jù)的對比,并考慮到輕重載的差異,確定宣大高速公路重載方向采用加鋪瀝青面層的方式,輕載采用矯正性專項養(yǎng)護。

        4 結(jié)語

        (1)通過調(diào)查和計算,得出宣大高速公路的路面損壞狀況處于較差的水平,平整度和抗滑性能處于良的水平,而路面結(jié)構(gòu)強度處于中等水平。

        (2)宣大高速公路路面的使用性能指標PQI的值為59.434,因此,現(xiàn)有的路面使用性能處于較差的水平,對路面采取適當?shù)酿B(yǎng)護措施勢在必行。

        (3)針對宣大公路的現(xiàn)有路面使用性能,以及交通荷載的分布情況,對于輕載方向建議采用專項的矯正性養(yǎng)護措施,而對于重載方向則建議進行加鋪瀝青面層的處治方法。

        [1] JTG H20-2007公路技術狀況評定標準[S].北京:人民交通出版社,2007.

        [2] 黃文雄,譚利英,鄧麗娟.公路路面使用性能評價方法研究[J].交通科技,2003(4):97-100.

        [3] JTG E60-2008公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程[S].北京:人民交通出版社,2008.

        [4] 王 驍,馬天麗,傅燕峰.橫向力系數(shù)測定車與擺式儀檢測方法的相關性分析[J].黑龍江交通科技,2012(11):158-159.

        [5] 左世娟.水泥混凝土路面病害分析和養(yǎng)護對策[J].黑龍江交通科技,2002(4):24-26.

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