龔 勛

(長沙理工大學(xué)，湖南 長沙 410076)

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蓮易高速路面使用性能評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)

龔 勛

(長沙理工大學(xué)，湖南 長沙 410076)

通過資料收集和實(shí)地調(diào)研，詳細(xì)的介紹了蓮易高速公路典型病害及其分布情況，在此基礎(chǔ)上，利用回歸分析的方法建立路面性能的預(yù)測(cè)模型，對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)，為水泥混凝土路面在運(yùn)營期內(nèi)的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)提供依據(jù)，具有重要的實(shí)踐意義。

水泥混凝土路面，使用性能，預(yù)測(cè)模型

0 引言

水泥混凝土路面在交通運(yùn)輸中扮演著重要的角色，但隨著道路使用年數(shù)的增加，道路交通量的大幅度提高，道路會(huì)出現(xiàn)不同程度的病害，道路的服務(wù)水平和質(zhì)量也逐年下降。為了更好的研究水泥混凝土路面，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究。

如趙華等以山西省運(yùn)煤專線為依托工程，通過ANSYS有限元軟件對(duì)其雙層鋼筋混凝土路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力進(jìn)行分析，得出配筋率和板厚是影響鋼筋混凝土路面應(yīng)力的兩個(gè)重要因素[1]。

S.K.wang、黃仰賢、Ebethard等分別使用有限元法計(jì)算了不同類型地基上水泥混凝土路面板的撓度和應(yīng)力，通過對(duì)結(jié)果的研究分析，得到了考慮接縫傳荷能力和板底局部脫空等條件下的計(jì)算方法[2-4]。

秦仁杰等以長永高速公路為工程依托，通過調(diào)查，詳細(xì)的介紹了脫空材料所要達(dá)到的性能要求，并針對(duì)長永高速公路現(xiàn)階段病害情況給出了合理的灌漿處治方案[5]。

田波將駛進(jìn)、駛離板彎沉比較法和判斷彎沉絕對(duì)值法這兩種方法相結(jié)合，檢測(cè)板底的脫空狀況，同時(shí)給出了不同強(qiáng)度地基發(fā)生板底脫空時(shí)的彎沉值大小[6]。

肖益民通過研究發(fā)現(xiàn)行車荷載、環(huán)境因素等是引起水泥混凝土路面發(fā)生錯(cuò)臺(tái)病害的重要原因，同時(shí)對(duì)不同程度的錯(cuò)臺(tái)病害給出了相應(yīng)的處治措施[7]。

袁玉卿等為了研究APP油氈的層間工作性能，進(jìn)行了剪切試驗(yàn)和拉拔試驗(yàn)，同時(shí)通過得到的數(shù)據(jù)建立有限元模型進(jìn)行研究分析，并將其應(yīng)用于工程實(shí)際，獲得了良好的使用性能[8]。

為了更好的研究蓮易高速的道路使用情況，通過其基本的道路情況建立的路面使用性能預(yù)測(cè)模型對(duì)其未來幾年的路面使用性能進(jìn)行評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)，為水泥混凝土道路的養(yǎng)護(hù)決策提供依據(jù)，具有重要的指導(dǎo)作用。

1 工程概況

蓮易(蓮花沖—易家灣)高速公路是上?！ッ?20國道湘境內(nèi)的一段，全長48.13 km。通車后先后進(jìn)行過兩次維修改善工程，一期改善工程于2001年進(jìn)行，并將該K1100+495～K1125+20，K1132路段的混凝土板改為3塊板，二期改善工程于2004年進(jìn)行。

蓮易高速公路在大量交通荷載和外部環(huán)境的共同作用下，路面性能有很大程度的衰減。雖然蓮易高速公路分別在2001年和2004年進(jìn)行了兩次維修改善工程，但是根據(jù)相關(guān)報(bào)告，破碎板和裂縫類是蓮易高速公路的主要病害，并且在2011年和2012年，蓮易高速公路破碎板類病害數(shù)量所占比例分別達(dá)到57.97%和95.41%，裂縫類病害數(shù)量所占比例分別達(dá)到40.51%和96.23%。通過分析發(fā)現(xiàn)，蓮易高速公路全程分布大量不良地質(zhì)，在施工過程不當(dāng)和重載交通作用下，導(dǎo)致蓮易高速公路出現(xiàn)大量病害。裂縫類病害：僅K1102，K1106，K1107和K1132的裂縫較少，基本上沒有病害。K1100～K1125，K1132的裂縫病害相比剩下路段的裂縫類病害較少。而K1094～K1109，K1126～K1141段路基含有大量高液限土，其前期強(qiáng)度較高，后期吸水膨脹強(qiáng)度降低，路基易出現(xiàn)沉降，所以該段的裂縫類病害最為嚴(yán)重。下行病害數(shù)量較上行病害要少。破碎板病害在K1101，K1116，K1117，K1121和K1132五段的數(shù)量很少，基本上沒有，而K1093～K1100，K1133～K1141和K1101～K1131三段，由于含有大量的紅砂巖土質(zhì)，大量出現(xiàn)破碎板病害。同時(shí)發(fā)現(xiàn)蓮易高速公路一期維修工程更換的3塊板比二期維修工程更換的2塊板的路面破損情況要好，說明3塊板路段要比2塊板壽命長。而且為了改善蓮易高速公路的使用性能，每年都需要投入大量的人力物力，但是蓮易高速公路使用性能卻沒有明顯的改善，每年依舊會(huì)出現(xiàn)很多病害，嚴(yán)重影響蓮易高速公路路面的使用性能。

2 蓮易高速公路路面使用性能預(yù)測(cè)

2.1 使用性能衰變模式及路段劃分

隨著道路運(yùn)營時(shí)間的增加，路面將出現(xiàn)使用性能下降等狀況。由于環(huán)境條件、路面類型、交通狀況的差異將會(huì)導(dǎo)致路面出現(xiàn)不同形式的衰減。采用回歸分析對(duì)水泥混凝土路面的性能進(jìn)行預(yù)測(cè)。通過對(duì)湖南省高速公路的調(diào)查分析，結(jié)果表明：反s曲線是路面使用性能衰減的主要模型，即：在道路使用初期，采取合理的養(yǎng)護(hù)措施，路面使用性能保持在較高的水平之上；在道路使用中期，隨著交通荷載的迅猛增加，路面使用性能有較大程度的下降；在道路使用后期，路面使用性能維持在一定程度上，如圖1所示。

參照國內(nèi)外成功經(jīng)驗(yàn)，選取路面性能衰變方程如下：

式中：PPI——日常養(yǎng)護(hù)下各路況指標(biāo)(包括PCI，RDI，RQI和PSSI)；

PPI0——路面新建或最近一次大中修后某路況指標(biāo)的數(shù)值，一般為100；

t——路齡；

α，β——模型參數(shù)。

該性能衰變方程形式比較簡單，便于回歸，選定路面使用年數(shù)作為唯一變量，這樣既充分的考慮了交通荷載的作用也較好的考慮了其他因素。路面新建時(shí)性能最優(yōu)，所以，一般情況下，PPI0=100，有時(shí)也可能略小于100。

根據(jù)病害的調(diào)查統(tǒng)計(jì)情況，以及歷年檢測(cè)數(shù)據(jù)，并運(yùn)用動(dòng)態(tài)聚類得到路段劃分，并按公里取整，結(jié)果見表1。

表1 蓮易高速公路分段及編號(hào)表

2.2 路面使用性能預(yù)測(cè)模型及預(yù)測(cè)結(jié)果

基于歷年的路面性能數(shù)據(jù)，按照指數(shù)模型進(jìn)行回歸分析，得到蓮易高速公路路段1和路段2的PCI，RQI的使用性能預(yù)測(cè)模型分別為：

1)路段1。

2)路段2。

基于蓮易高速公路路面使用性能預(yù)測(cè)模型對(duì)蓮易高速公路路面的PCI，RQI進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果如表2，表3所示，相應(yīng)的預(yù)測(cè)曲線如圖2，圖3所示。

表2 路段1路面PCI，RQI預(yù)測(cè)結(jié)果

表3 路段2路面PCI，RQI預(yù)測(cè)結(jié)果

基于歷年的路面使用性能養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)，采用回歸分析方法，利用指數(shù)函數(shù)模型對(duì)其進(jìn)行擬合，得到了蓮易高速公路水泥混凝土路面PCI，RQI指標(biāo)的衰減規(guī)律。最后，利用指數(shù)回歸模型對(duì)蓮易高速公路未來幾年路面使用性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，為養(yǎng)護(hù)管理提供科學(xué)依據(jù)。由水泥路面預(yù)測(cè)可看出，水泥路面的各項(xiàng)指標(biāo)呈下降趨勢(shì)，且衰變速率較大，從表2，表3可以看出，路段2的各項(xiàng)性能預(yù)測(cè)指標(biāo)均高于路段1。從圖2，圖3中可以看出，初期時(shí)，蓮易高速PCI，RQI衰減的比較慢，經(jīng)過一段時(shí)間的使用后，衰減速率先變快后變慢。同時(shí)可以看到，上述預(yù)測(cè)的路面狀況指數(shù)主要為差、次等級(jí)，說明蓮易高速公路破壞嚴(yán)重，不能滿足行車要求，所以應(yīng)對(duì)其進(jìn)行大修養(yǎng)護(hù)。

3 結(jié)語

在收集和閱讀了大量國內(nèi)外研究成果之后，基于蓮易高速公路的基本情況，建立預(yù)測(cè)模型，得到以下結(jié)論：1)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果表明，蓮易高速典型病害主要為裂縫、破碎板、板角斷裂。2)根據(jù)蓮易高速公路歷年檢測(cè)報(bào)告建立路面性能使用模型，通過對(duì)蓮易高速公路PCI，RQI預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出，蓮易高速公路現(xiàn)有的路面性能已經(jīng)不能滿足大量交通的行車舒適性，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行大修工作，也為后續(xù)科學(xué)決策和養(yǎng)護(hù)資金投入提供了依據(jù)。

[1] 趙 華，陳拴發(fā).雙層鋼筋混凝土路面溫度應(yīng)力有限元分析[J].中外公路，2010，30(6)：69-73.

[2] 黃仰賢.路面分析與設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社，1994：35-47.

[3] Cheung,Y.K.,Zienkiewicz.O.C..Platesand tanks on elastic foundation application of finite element method[J].Iternational Joumal of Solids and Structures，1965,1(4):451-461.

[4] Wang，S.K.，Sargious，M.,Cheung，Y.K..Advanced analysis of rigid Pavements[J].Transportation Engineering Joumal，ASCE，1974,98(2):21-44.

[5] 秦仁杰，張映雪.舊水泥混凝土板脫空處治技術(shù)研究[J].公路與汽運(yùn)，2002(1)：25-27.

[6] 田 波.水泥混凝土路面脫空的檢測(cè)及對(duì)策[J].華東公路，2002，134(2)：58-62.

[7] 肖益民.水泥混凝土錯(cuò)臺(tái)的原因分析及處治方法[J].工程與建設(shè)，2007，21(4)：632-634.

[8] 袁玉卿，高丹盈，王選倉.APP油氈用于舊水泥路面瀝青加鋪層間防裂[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，34(4)：48-51.

On performance evaluation and predication of Lianhuachong-Yijiawan Expressway

Gong Xun

(ChangshaUniversityofTechnology,Changsha410076,China)

By the document collection and site investigation,the paper introduces the classical diseases and their distribution along Lianhuachong-Yijiawan Expressway,adopts the return analysis method to establish the predication model of the roadbed performance based on the previous points,and undertakes the predication,so as to provide some reference for the maintenance of the cement concrete roadbed in the operation and it is meaningful for practice.

cement concrete roadbed,performance,forecasting model

1009-6825(2016)29-0158-03

2016-08-09

龔 勛(1981- )，男

U416.2

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