陸兆峰，石小佛，何兆益，文竟力

(1.重慶交通大學(xué) 機(jī)電與車輛工程學(xué)院，重慶400074；2.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶400074)

舊水泥混凝土路面PCI與壞板率的關(guān)系

陸兆峰1，石小佛1，何兆益2，文竟力2

(1.重慶交通大學(xué) 機(jī)電與車輛工程學(xué)院，重慶400074；2.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶400074)

根據(jù)重慶市6條干線公路109個路段水泥混凝土路面破損狀況的檢測數(shù)據(jù)，運(yùn)用板塊法和面積法分別計算研究了水泥混凝土路面狀況指數(shù)PCI，得到兩種方法的PCI關(guān)系，推薦了板塊法PCI的劃分標(biāo)準(zhǔn)，建立了板塊法PCI與經(jīng)驗法壞板率(BBR)之間的相關(guān)關(guān)系和擬合模型。選取省道S208(壁城—丁家)作為驗證路段，驗證了該模型的正確性。

道路工程；水泥混凝土路面；路面狀況指數(shù)；壞板率

自JTG F 30—2003《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》實施以來，至2012年底，我國水泥混凝土路面總里程已達(dá)到165萬km，連續(xù)6年位居世界第一[1]。近年來，我國水泥混凝土路面有相當(dāng)一部份已接近或者超過設(shè)計年限，雖然部分還未達(dá)到設(shè)計年限，但隨著交通量的劇增及車輛軸載的重型化，早年設(shè)計的道路已不能滿足現(xiàn)有交通的發(fā)展需求[2-3]。

為更好地選擇養(yǎng)護(hù)或者改建的措施和方法，必須對舊水泥混凝土路面使用性能進(jìn)行科學(xué)的分析和評價。水泥混凝土路面破損評價的指標(biāo)眾多，如：路面狀況指數(shù)、平整度、抗滑系數(shù)、路面抗折性能、錯臺、脫空、結(jié)構(gòu)剛度等[4-5]。國內(nèi)常用經(jīng)驗法和規(guī)范法進(jìn)行評價，兩種方法各有其優(yōu)點和側(cè)重點，同時兩者也具有一定的相關(guān)性。筆者以重慶市6條干線公路、109個路段作為研究對象，運(yùn)用板塊法和面積法進(jìn)行計算，建立了板塊法PCI與壞板率BBR之間的線性相關(guān)關(guān)系，為評價水泥混凝土路面使用性能以及減少調(diào)研工作量，提出了較好的評價方法。

1 水泥混凝土路面性能評價方法

1.1 經(jīng)驗法

經(jīng)驗法在水泥混凝土路面性能評價中應(yīng)用較為廣泛，丹麥、比利時等多個國家均將其作為一種評價標(biāo)準(zhǔn)[6]。破損狀況的評價指標(biāo)為壞板率和斷板率。

1)壞板率BBR

(1)

式中：yk為對應(yīng)于破損類型k的壞板率，%；Wij為第i種破損類型第j種破損程度的壞板率計算權(quán)重系數(shù)；Sij為第i種破損類型第j種破損程度的板塊數(shù)，塊；Sm計算路段的總的板塊數(shù)，塊。

2)斷板率CBR

(2)

式中：Si為計算路段內(nèi)第i種破損類型的板塊數(shù)(不包括路肩病害)，塊；Wi為第i種破損類型的權(quán)重；Sn為計算路段的總板塊數(shù)，塊。

1.2 規(guī)范法

路面狀況指數(shù)(PCI)的取值x=0～100，數(shù)值越大路面狀況就越好。對于水泥混凝土路面的PCI值可由面積法和板塊法兩種方法求得。

1.2.1 面積法

路面破損面積法按式(3)計算水泥混凝土路面PCI[7-8]：

x=100-a0Da1

(3)

式中：D為路面破損率，為各種損壞的折合面積之和與路面調(diào)查面積的百分比，%；a0，a1為系數(shù)，對于水泥混凝土路面a0=10.66，a1= 0.461。

JTJ 073.1—2001《公路水泥混凝土養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》[7](以下簡稱《規(guī)范》)中根據(jù)面積法PCI進(jìn)行了評級，其評價標(biāo)準(zhǔn)可分為優(yōu)、良、中、差這4個等級，評價的標(biāo)準(zhǔn)及范圍見表1。

表1 水泥混凝土路面破損評價標(biāo)準(zhǔn)

1.2.2 板塊法

板塊法主要是通過對路面各種損壞的明確定義，確定扣分值和單項重復(fù)修正系數(shù)，精確計算由多種損壞導(dǎo)致的總體損壞程度，路面PCI方法如式(4)：

(4)

式中：mi為第i種損類型的嚴(yán)重程度等級；Dij為第i種破損第j種破損的扣分值；Wij為第i類破損第j種破損的修正系數(shù)，n為破損類型的總數(shù)。

1.3 三種評價指標(biāo)對比

板塊法PCI、面積法PCI、經(jīng)驗法壞板率這3種評價指標(biāo)都可以對路面性能進(jìn)行評價，但其著重點稍有不同：

1)板塊法PCI的計算側(cè)重于板塊內(nèi)病害的種類、病害程度以及板塊數(shù)量；面積法PCI側(cè)重于破壞的面積比，涉及到面積的測算。因此板塊法PCI的計算工作量小于面積法PCI工作量，但規(guī)范中沒有針對板塊法PCI進(jìn)行等級劃分標(biāo)準(zhǔn)。

2)板塊法PCI與經(jīng)驗法中壞板率BBR對路面性能評價的對象是相同的，都能反應(yīng)路面性能，相比而言壞板率更容易獲得。

2 板塊法PCI與面積法PCI的關(guān)系

為探索面積法PCI和板塊法PCI之間的關(guān)系，尋求板塊法PCI等級劃分依據(jù)，筆者以重慶市6條干線公路水泥混凝土路面的路段作為研究對象(表2)，共109段，每段1 000 m，采用板塊法和面積法計算PCI值并進(jìn)行對比分析，如圖1。

表2 數(shù)據(jù)采集路段

圖1 板塊法PCI與面積法PCI對比Fig.1 Comparison between plate method PCI and area method PCI

從圖1可以看出：采用板塊法計算的PCI值比面積法計算的大，但其趨勢和規(guī)律都相同。

在圖1(a)中，面積法xmin，面積法= 25.12時，對應(yīng)的板塊法x板塊法= 68，相差了43。如果按《規(guī)范》[7]對PCI的評價標(biāo)準(zhǔn)，25.12是屬于差的等級，68是中的等級，兩者等級相差了一個級別；x面積法= 49.61時，對應(yīng)的x板塊法= 78.29，相差了28.26。同樣按《規(guī)范》[7]中對PCI的評價標(biāo)準(zhǔn)，49.61屬于差的等級，78.29屬于良的等級，兩者相差了2個等級。說明采用板塊法評價的PCI值比采用面積法評價的PCI值要大。因此在實際的路面破損調(diào)查中，采用不同的方法對破損評價和制定養(yǎng)護(hù)措施時可能會出現(xiàn)一定的誤差。

為在采用板塊法時能更加準(zhǔn)確地評價道路路面狀況，將6條道路的兩種PCI值進(jìn)行了統(tǒng)計，結(jié)果如表3和表4。

表3 各等級的路段數(shù)(面積法)

表4 各等級的路段數(shù)(板塊法)

探討面積法PCI與板塊法PCI在等級劃分上的基本關(guān)系，采用反推法，以5為最小單位，擬定預(yù)估等級范圍，再通過預(yù)估等級范圍狀態(tài)下各等級內(nèi)路段數(shù)與面積法狀態(tài)下各等級范圍內(nèi)路段數(shù)的重合度判斷預(yù)估效果。最佳預(yù)估等級范圍及路段數(shù)重合度如表5。

表5 最佳預(yù)估等級范圍與面積法對應(yīng)等級范圍內(nèi)路段數(shù)的重合度

根據(jù)對表5的分析，板塊法x板塊法≥ 90，85～90，75～85，<75這4檔范圍，與《規(guī)范》[7]中優(yōu)、良、中、差重合度都在80%以上，甚至達(dá)100%。因此，板塊法PCI等級推薦劃分標(biāo)準(zhǔn)如表6。

表6 板塊法PCI標(biāo)準(zhǔn)的劃分

國內(nèi)路面調(diào)查一般采用人工測量，因此，采用板塊法進(jìn)行調(diào)查與采用面積法進(jìn)行調(diào)查相比，工程量較小，費(fèi)時較少，特別是針對需要大修、改建的道路評價。根據(jù)表6的劃分，采用板塊法計算PCI值時，就可以較為準(zhǔn)確地確定路面破損等級[8]。

3 板塊法PCI與壞板率BBR的關(guān)系

對于水泥混凝土路面的破損情況，除了采用PCI指標(biāo)進(jìn)行評價外，還可以采用壞板率BBR進(jìn)行評價。兩者對破損評價的內(nèi)容是相同的，主要包括：交叉裂縫、板角斷裂、表面裂紋與層狀剝落、坑洞、錯臺、接縫材料破損、邊角剝落、唧泥、拱起、縱橫斜裂縫修補(bǔ)損壞等。但與板塊法PCI值的計算相比，壞板率BBR的計算較為簡便。因此將109段路的板塊法PCI值與壞板率BBR進(jìn)行了對比分析，并以板塊法PCI值為橫坐標(biāo)，壞板率BBR為縱坐標(biāo)，繪制了板塊法PCI與壞板率BBR的關(guān)系，如圖2。

通過數(shù)據(jù)擬合，得到各道路的經(jīng)驗法壞板率BBR值y與板塊法PCI值x近似關(guān)系式，如表7。

表7 各路段壞板率與板塊法PCI值近似關(guān)系式

從表7可以看出：水泥混凝土路面板塊法PCI值和壞板率BBR呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系，近似形成一條直線，其趨勢線關(guān)系可表示為：

y=ax+b

(5)

式中：a為x的影響系數(shù)，a=-2.310 8～-2.235 4；b為常數(shù)，b= 246.00～246.73。

4 工程實例驗證

省道S208壁城—丁家段道路位于重慶市西部，是川東、川北、渝西各縣市到重慶的交通要道，全長29 km。為了進(jìn)一步驗證筆者的研究成果，將該路段劃分為29段，通過現(xiàn)場采集的相關(guān)數(shù)據(jù)，計算每段道路的PCI值(板塊法和面積法)和壞板率。繪出PCI板塊法與PCI面積法對比圖，以及PCI板塊法與壞板率的關(guān)系，如圖3。

圖3 省道S208 的PCI板塊法與PCI面積法，及PCI板塊法與壞板率的關(guān)系Fig.3 Relationship between method PCI and area method PCI，and plate method PCI and bad board rate of S208 road

從圖3可以看出：PCI板塊法> PCI面積法，且趨勢相近；調(diào)研計算的PCI板塊法與壞板率關(guān)系曲線，與采用y=-2.30x+246計算的PCI板塊法與壞板率BBR的關(guān)系曲線，其相關(guān)系數(shù)為0.935 8，具有較高的擬合度。因此PCI板塊法與壞板率BBR的關(guān)系式適用于省道S208道路狀況。

5 結(jié) 論

水泥混凝土路面評價對于道路養(yǎng)護(hù)改建決策起著至關(guān)重要的作用。選擇合適的路面評價方法和評價指標(biāo)，對于準(zhǔn)確衡量舊水泥混凝土路面的服務(wù)性能就顯得尤為重要。

1)PCI板塊法值與PCI面積法值均能描述路面狀況，但兩者之間差值較大，且PCI板塊法值普遍大于PCI面積法值。

2)PCI板塊法值與壞板率BBR之間具有明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，路面交叉裂縫占總路段的比例數(shù)值對其相關(guān)系數(shù)有一定的影響，但影響不大。

3)實體工程調(diào)研結(jié)果表明，PCI板塊法值和壞板率BBR的具有良好的一致性，驗證了筆者建立的兩者之間的相關(guān)性。

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Relationship between the PCI and the BBR about Old Cement Concrete Pavement

LU Zhaofeng1, SHI Xiaofu1，HE Zhaoyi2，WEN Jingli2

(1.School of Mechanical & Electrical Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，P.R.China； 2.School of Civil Engineering, Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，P.R.China)

Based on the measurement data of 109 sections of 6 main old cement concrete pavements, the relationship between the plate method PCI and the area method PCI was studied. The classification criteria of the plate method PCI was recommended. The linear relationship mode between the plate method PCI and the bad board rate (BBR) was established. The mode accuracy is verified by the measurement data of S208(Bicheng-Dingjia) old cement concrete pavement.

road engineering; cement concrete pavement; pavement condition index (PCI); bad board rate

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.05.14

2014-10-23；

2016-03-01

重慶市科技攻關(guān)項目(CSTC2005AC8437)

陸兆峰(1979—)，男，安徽利辛人，副教授，博士，主要從事路基路面結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與機(jī)械化施工方面的研究。E-mail:luzhaofeng8123@163.com。

U418.1

A

1674-0696(2016)05-065-05