高文武

(廣東省公路工程質(zhì)量監(jiān)測(cè)中心,廣東廣州 510500)

基于路面使用性能的養(yǎng)護(hù)對(duì)策研究

高文武

(廣東省公路工程質(zhì)量監(jiān)測(cè)中心,廣東廣州 510500)

本文從路面使用性能包含的各分項(xiàng)指標(biāo)入手,詳細(xì)講解了各指標(biāo)的計(jì)算方法。結(jié)合現(xiàn)有規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),提出了系統(tǒng)的基于路面使用性能的養(yǎng)護(hù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。最后通過工程實(shí)例闡述該標(biāo)準(zhǔn)在道路養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用。

路面使用性能 維修方法 養(yǎng)護(hù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

This paper explains detailedly the calculation method of each index belonged to pavement performance.Combines with the existing norms and technical standards,proposes the maintenance evaluation standard based on pavement performance.Finally,this paper elaborates application of the standard in road maintenance through engineering examples.

Pavement Performance;Maintenance Method;Maintenance Evaluation Standard

1 引言

路面是道路工程的主要工程結(jié)構(gòu)物，在行車荷載和外界環(huán)境因素作用下，路面的使用性能逐漸衰減，當(dāng)路面損壞到一定程度時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響車輛的行駛質(zhì)量，為了能給道路使用者創(chuàng)造一個(gè)舒適快捷的行車環(huán)境，養(yǎng)護(hù)決策者需要不斷加大對(duì)養(yǎng)護(hù)資金的投入，及時(shí)進(jìn)行路面的大、中修養(yǎng)護(hù)。對(duì)公路管理部門而言，不單是要對(duì)局部出現(xiàn)病害的部位進(jìn)行及時(shí)維修，更重要的是如何根據(jù)路面的使用性能下降的趨勢(shì)有針對(duì)性地采取經(jīng)濟(jì)合理的養(yǎng)護(hù)策略。本文就此進(jìn)行初步的理論探討和實(shí)例分析。

公路在進(jìn)行養(yǎng)護(hù)時(shí)，首先把需要養(yǎng)護(hù)的道路劃分為不同的路段，然后對(duì)各路段的損壞狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過評(píng)價(jià)確定各路段損壞的嚴(yán)重程度，并對(duì)其進(jìn)行排序，根據(jù)排序結(jié)果就可以提出路段養(yǎng)護(hù)對(duì)策的方案。

2 路面使用性能概述

瀝青路面使用性能評(píng)價(jià)包含路面損壞、平整度、車轍、抗滑性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度五項(xiàng)技術(shù)內(nèi)容。其中，路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度為抽樣評(píng)定指標(biāo)，單獨(dú)計(jì)算與評(píng)定，評(píng)定范圍根據(jù)路面大中修養(yǎng)護(hù)需求、路基的地質(zhì)條件等自行確定。水泥混凝土路面使用性能評(píng)價(jià)包含路面損壞、平整度和抗滑性能三項(xiàng)技術(shù)內(nèi)容；砂石路面使用性能評(píng)價(jià)只包含路面損壞一項(xiàng)技術(shù)內(nèi)容。各項(xiàng)具體指標(biāo)分析如下：

2.1 路面結(jié)構(gòu)承載能力(PSSI)

式中：

SSI——路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)，為路面設(shè)計(jì)彎沉與實(shí)測(cè)代表彎沉之比；ld——路面設(shè)計(jì)彎沉(mm)；l0——實(shí)測(cè)設(shè)計(jì)彎沉(mm)；a0——模型參數(shù)，采用15.71；a1——模型參數(shù)，采用-5.19。

2.2 路面破損狀況(PCI)

路面損壞狀況采用PCI指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，PCI被定義為路面綜合破損率(DR)的函數(shù)，具體計(jì)算方法如下：

式中：

DR——路面破損率，%；D——路面折合破損面積之和，m2；A——路面實(shí)際調(diào)查的總面積，m2；Aij——第i類損壞、第j類嚴(yán)重程度的實(shí)際破損面積，m2；Wij——第i類損壞、第j類嚴(yán)重程度的破損權(quán)重系數(shù)，按標(biāo)準(zhǔn)取值；a0——模型參數(shù)，瀝青路面a0=15.00，水泥路面a0=10.66；a1——模型參數(shù)，瀝青路面a1=0.412，水泥路面a1=0.461。(圖1)

2.3 路面行駛質(zhì)量(RQI)

平整度反映了路面行駛質(zhì)量，它直接影響用戶費(fèi)用，是路面破壞的潛在因素。在決定罩面厚度時(shí)，應(yīng)考慮路面的平整度。平整度越差，罩面厚度應(yīng)越大。路面行駛質(zhì)量采用RQI指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，路面平整度是影響行駛質(zhì)量的一項(xiàng)重要因素，因此RQI指標(biāo)被定義為路面平整度的函數(shù)，具體計(jì)算方法如下：

式中：

IRI——國(guó)際平整度指數(shù)，m/km；a0——模型參數(shù)，高速公路和一級(jí)公路采用0.026，其他等級(jí)公路采用0.0185；a1——模型參數(shù)，高速公路和一級(jí)公路采用0.65，其他等級(jí)公路采用0.58。(圖2)

2.4 路面車轍深度指數(shù)(RDI)

車轍是瀝青混凝土路面永久變形的累計(jì)。研究表明，當(dāng)車轍大于7.6mm時(shí)汽車前輪轉(zhuǎn)向性能降低、車輛橫向顛簸，當(dāng)車轍大于15mm時(shí)對(duì)行車安全性有顯著影響。許多國(guó)家在制訂養(yǎng)護(hù)策略時(shí)將車轍作為重要的控制指標(biāo)，在我國(guó)的《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG H20-2007)中也對(duì)車轍有一定的要求。具體按下式計(jì)算：

式中：

RD——車轍深度，mm；RDa——車轍深度參數(shù)，采用20mm；RDb——車轍深度限值，采用35mm；a0——模型參數(shù)，采用2.0；a1——模型參數(shù)，采用4.0。

2.5 路面抗滑(SRI)

路面抗滑能力是影響行車安全的重要因素，抗滑能力的大小決定路面是否需要加鋪抗滑表層。路面抗滑性能用路面抗滑性能指數(shù)

(SRI)評(píng)價(jià)，具體計(jì)算方法如下：

式中：

SRI——橫向力系數(shù)；SRImin——標(biāo)定參數(shù)，采用35.0；a0——模型參數(shù)，采用28.6；a1——模型參數(shù)，采用-0.105。

3 路面維修養(yǎng)護(hù)對(duì)策

在實(shí)際道路養(yǎng)護(hù)中，當(dāng)路面使用性能降低到一定程度或者低于某一標(biāo)準(zhǔn)就要考慮對(duì)其進(jìn)行某種方式的養(yǎng)護(hù)，以提高路面的使用性能。養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的高低影響路面的處治時(shí)機(jī)，也同時(shí)影響著養(yǎng)護(hù)的里程和費(fèi)用。高的養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)將使得路面超前處治，路面的使用性能將會(huì)維持在一個(gè)比較高的水平。反之，路面使用周期增長(zhǎng)，平均性能降低。養(yǎng)護(hù)時(shí)間與養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)密切相關(guān)。目前《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JTJ-96)的養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)是通過普通公路的大量調(diào)查總結(jié)得到的，主要適用于

普通公路。然而我國(guó)高速公路普遍采用瀝青混凝土面層，穩(wěn)定材料的半剛性基層，決定它和普通公路的養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)有很大的不同，我國(guó)目前還沒有針對(duì)高速公路養(yǎng)護(hù)的指導(dǎo)性規(guī)范。高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)維修對(duì)策的選擇主要根據(jù)路面使用性能、交通量大小、分項(xiàng)路況評(píng)價(jià)和道路在路網(wǎng)中的地位，并結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)和政策因素等綜合確定。分項(xiàng)路況評(píng)價(jià)包括路面破損狀況、行駛質(zhì)量、路面強(qiáng)度、車轍深度和抗滑性能等方面。

表1 PQI分項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算權(quán)重

表2 路面技術(shù)狀況評(píng)價(jià)等級(jí)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表3 公路技術(shù)狀況等級(jí)及路面類型構(gòu)成

表4 路面使用性能指數(shù)(PQI)分項(xiàng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

表5 主要次差路段統(tǒng)計(jì)表

圖1 路面損壞狀況評(píng)價(jià)模型(PCI)

圖2 路面行駛質(zhì)量評(píng)價(jià)模型(RQI)

圖3 路面使用性能指數(shù)(PQI)統(tǒng)計(jì)圖

圖4 上行K3403+990處路面破損圖

圖5 下行K3408+963處路面破損圖

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)

要決定采用何種養(yǎng)護(hù)維修方法，首先應(yīng)對(duì)路面性能檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行綜合判斷。綜合判斷可用路面綜合評(píng)價(jià)指數(shù)PQI作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立各種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)重關(guān)系。

路面綜合使用性能采用PQI指標(biāo)來表征，計(jì)算方法如下：

式中根據(jù)上述各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)定結(jié)果，將路面技術(shù)狀況劃分為優(yōu)、良、中、次、差五個(gè)等級(jí)，相關(guān)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及檢測(cè)和評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。

3.2 養(yǎng)護(hù)維修方法

(1)一般性養(yǎng)護(hù)；對(duì)于各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的值都在優(yōu)，或各評(píng)價(jià)指標(biāo)大多在優(yōu)個(gè)別在良的高速公路，常采用一般性養(yǎng)護(hù)。一般性養(yǎng)護(hù)主要是對(duì)局部出現(xiàn)的小面積病害進(jìn)行維修，如對(duì)裂縫進(jìn)行灌縫、對(duì)小坑槽進(jìn)行修補(bǔ)、對(duì)局部的擁包進(jìn)行鏟除、對(duì)橋頭跳車部位進(jìn)行修補(bǔ)等。(2)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)；各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的值都在良或個(gè)別指標(biāo)在中時(shí)(路面強(qiáng)度指數(shù)PSSI最少為良)，采用該法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。常用預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方法有稀漿封層、微表處、薄層(超薄層)罩面等。預(yù)防性養(yǎng)護(hù)不但能顯著延長(zhǎng)高速公路瀝青混凝土路面的使用壽命，減少養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用，而且對(duì)維修期間正常交通的干擾相對(duì)較小，是一種非常值得推薦的養(yǎng)護(hù)維修方法。(3)中修；當(dāng)大多數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的值在中，個(gè)別指標(biāo)還處在次，而且路面強(qiáng)度下降較大時(shí)就要考慮對(duì)路面進(jìn)行中修。此時(shí)，路面基層的強(qiáng)度仍然能滿足通行需求，只是對(duì)面層中的某些層面進(jìn)行銑刨、補(bǔ)強(qiáng)。中修不但費(fèi)用較高，而且維修期間對(duì)交通的干擾也較大。(4)大修；大多數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的值在中以下，而且路面強(qiáng)度指數(shù)PSSI處在次或差時(shí)就要考慮進(jìn)行大修。大修不但要對(duì)面層全部銑刨，而且對(duì)基層全部或者部分也要進(jìn)行銑刨翻新。大修不但耗資巨大、工作量大，而且維修期間對(duì)交通的干擾也較大。

4 工程實(shí)例分析

以廣東省境內(nèi)某條國(guó)道現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)為背景進(jìn)行基于路面使用性能的養(yǎng)護(hù)分析。

4.1 工程概況

起于茂名市信宜市朱砂鎮(zhèn)(K3331+000)，終點(diǎn)位于湛江市徐聞縣海安鎮(zhèn)(K3669+329)，里程長(zhǎng)度為338.329km。(表3)

由上表知，該國(guó)道主要為水泥路面，路面使用性能分析重點(diǎn)為PQI、PCI、RQI三項(xiàng)指數(shù)。

由于本次檢測(cè)未包括路面抗滑性能(SRI)的檢測(cè)，在進(jìn)行路面使用性能指數(shù)(PQI)的計(jì)算各路段統(tǒng)一采用假設(shè)值SRI=91.5。

4.2 路面使用性能指數(shù)PQI總體評(píng)價(jià)

根據(jù)《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG H20-2007)，對(duì)該國(guó)道的路面技術(shù)狀況進(jìn)行了評(píng)定，其路面使用性能指數(shù)PQI平均值為83，處于“良”等水平，優(yōu)良路率為64.65%，次差路率為15.99%。如圖3，表4所示。

根據(jù)前面提到的養(yǎng)護(hù)維修方法的選擇，全線60%以上的路段PQI、PCI指數(shù)為優(yōu)良，只要選擇一般性和預(yù)防性養(yǎng)護(hù)即可，下面著重統(tǒng)計(jì)分析次差路段，并提出養(yǎng)護(hù)建議。根據(jù)路面技術(shù)狀況評(píng)定數(shù)據(jù)，將使用性能指數(shù)PQI或路面破損指數(shù)PCI評(píng)價(jià)主要為“次、差”的路段進(jìn)行樁號(hào)合并，連續(xù)路段長(zhǎng)度大于5公里的次差路段如表5所列，個(gè)別典型次差路段的前方圖像詳見圖4、圖5。

從檢評(píng)結(jié)果可以看出，該國(guó)道路面使用性能指數(shù)PQI均值為83.0，達(dá)到良等水平，全線總體情況一般。對(duì)于水泥混凝土路面，為使水泥混凝土達(dá)到良好的使用狀態(tài)，路面的養(yǎng)護(hù)必須是預(yù)防性、主動(dòng)性、超前性和周期性的。只有充足的投入和采取行之有效的主動(dòng)養(yǎng)護(hù)措施，方能使混凝土路面的諸多優(yōu)點(diǎn)得以充分發(fā)揮。

通過前方圖像及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)知，上述次差路段路面主要病害：橫縱縫密布(斷板)，坑槽，坑洞較多，局部有沉陷，部分混凝土板局部或全部破碎。建議對(duì)上述次差路段采取大中修路面改善措施，并加強(qiáng)其他路段的日常養(yǎng)護(hù)，對(duì)較為嚴(yán)重的路面裂縫及時(shí)采取灌縫措施，對(duì)坑槽、坑洞、沉陷和混凝土板破碎等其他病害及時(shí)采取鏟除重新修補(bǔ)等措施。

5 結(jié)語

檢測(cè)數(shù)據(jù)的有效準(zhǔn)確是養(yǎng)護(hù)對(duì)策的前提，這要求各養(yǎng)護(hù)管理單位定期對(duì)路面進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)，及時(shí)跟蹤路面的使用狀況。在對(duì)高速公路瀝青混凝土路面進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)車轍也是一個(gè)重要的指標(biāo)，特別對(duì)南方高溫多雨地區(qū)應(yīng)作為一個(gè)基本參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。

養(yǎng)護(hù)對(duì)策是一個(gè)綜合的系統(tǒng)過程，伴隨檢測(cè)手段的更新，養(yǎng)護(hù)對(duì)策體系的建立也勢(shì)在必行，這就需要對(duì)路網(wǎng)進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤檢測(cè)，對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)，建立起適應(yīng)不同地方的公路管理系統(tǒng)。

[1]JTJ 073.1-2001公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

[2]JTJ H20-2007公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]姚祖康.路面管理系統(tǒng)[M].北京:人民交通出版社,1992.

[4]潘玉利.路面管理系統(tǒng)原理[M].北京:人民交通出版社,1998.