趙 陽，周啟偉，胡德勇

(1.重慶廣播電視大學(xué),重慶 400037； 2.重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司，重慶 400012)

0 引 言

路面性能評價(jià)是路面養(yǎng)護(hù)維修的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對路面現(xiàn)狀的評價(jià)是養(yǎng)護(hù)維修策略選取的前提[1],國內(nèi)外存在多種路面性能評價(jià)方法，主要針對公路瀝青路面提出。目前，國內(nèi)對于高速公路以及國省干道的路面、橋面技術(shù)狀況評價(jià)基本遵照J(rèn)TG H20—2007《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(下文簡稱《規(guī)范》)中對瀝青路面的評價(jià)方式[2]，而鋼橋面鋪裝與公路路面在支撐作用、病害形式、破壞機(jī)理、嚴(yán)重程度等方面存在較大差異，直接套用公路技術(shù)狀況標(biāo)準(zhǔn)難以準(zhǔn)確反映出鋼橋面鋪裝的實(shí)際使用狀況[3]。而現(xiàn)行橋梁規(guī)范中[4],只是對瀝青混凝土橋面鋪裝的評價(jià)指標(biāo)和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了簡單分類，并未建立相應(yīng)的評估模型，對整體性能的評價(jià)趨向于定性描述，未建立進(jìn)行詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)，對鋼橋面鋪裝的技術(shù)狀況評定指導(dǎo)有限。

針對目前鋼橋面鋪裝使用現(xiàn)狀評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的弊端,統(tǒng)計(jì)收集了安徽省境內(nèi)主要的大型鋼箱梁橋的歷年檢測養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù),通過建模分析,回歸擬合出適應(yīng)安徽省省內(nèi)鋼橋面鋪裝的技術(shù)狀況評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),為安徽省境內(nèi)鋼箱梁鋪裝體系的養(yǎng)護(hù)決策提供了科學(xué)、合理支撐。

1 橋面鋪裝評價(jià)指標(biāo)的選擇

由于鋼橋面瀝青混凝土鋪裝與公路瀝青混凝土路面在使用性能要求上具有共性，即都要求具有滿足行車舒適性、路面平整性能、滿足行車安全性的抗滑性能、滿足具有足夠使用壽命的結(jié)構(gòu)承載性能。在這4項(xiàng)指標(biāo)中，對于鋼橋面鋪裝，由于瀝青鋪裝材料與基面結(jié)構(gòu)(正交異性鋼橋面板)材料之間的模量相差很大，鋪裝材料的彈性模量僅是鋼板彈性模量的1/200左右，盡管鋪裝結(jié)構(gòu)體系(包括鋪裝層次和正交異性鋼橋面板)的承載能力受鋪裝的影響，但更多的是依賴于正交異性鋼橋面板，因此，采用公路瀝青混凝土路面養(yǎng)護(hù)規(guī)范中的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)評價(jià)鋼橋面鋪裝的承載性能已失去了意義[5]。

基于鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)，一方面，鋪裝的使用壽命遠(yuǎn)低于基面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)壽命，即使鋪裝破損到一定程度(除非坑槽、脫層)，也不影響基本的承載(行車)；另一方面，鋪裝破損在一定意義上是鋪裝層次結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變化的反映，因此，筆者擬采用橋面狀況指數(shù)PCI、橋面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI、橋面車轍狀況指數(shù)RDI以及橋面抗滑性能指數(shù)SRI4項(xiàng)單個(gè)指標(biāo)以及鋪裝性能綜合指標(biāo)PQI對鋼橋面鋪裝的使用質(zhì)量狀況進(jìn)行綜合評價(jià)[6]。

2 鋼橋面鋪裝技術(shù)狀況評價(jià)

2.1 鋪裝破損狀況評價(jià)

2.1.1 破損權(quán)重

現(xiàn)行路面狀況評價(jià)指標(biāo)體系中，對于不同病害規(guī)定的路面破損權(quán)重系數(shù)w，是根據(jù)病害對于路面行駛質(zhì)量的影響程度來確定的，其值反映了不同病害嚴(yán)重程度對路面行駛品質(zhì)的影響程度。但是用于指導(dǎo)評價(jià)橋面鋪裝卻缺乏一定的實(shí)際意義。故調(diào)整權(quán)重系數(shù)時(shí)要充分考慮鋪裝層典型病害、環(huán)境條件、交通量狀況等因素，對典型病害、受外界因素影響較大，且易于引發(fā)路面病害惡化的病害應(yīng)提高權(quán)重系數(shù)值，經(jīng)調(diào)整后的權(quán)重如表1。

表1 鋼橋面破損權(quán)重劃分

注：括號(hào)內(nèi)為原規(guī)范要求

2.1.2 鋪裝綜合破損率

鋪裝層破損狀況幾乎涵蓋了路面破壞的所有病害類型，大部分情況下是鋪裝層養(yǎng)護(hù)方案制定的主要依據(jù)。因此對病害的類型沿用規(guī)范中對病害的分類，并且挑選安徽省具有代表性的鋼橋鋪裝評價(jià)路段，根據(jù)鋼橋鋪裝歷年各段落的養(yǎng)護(hù)措施劃分各路段的養(yǎng)護(hù)等級(jí)，如表2。并計(jì)算這些路段的鋪裝層破損數(shù)據(jù)的代表值，從而建立橋面PCI評價(jià)體系。

表2 鋼橋面養(yǎng)護(hù)措施的等級(jí)劃分

為了與現(xiàn)行公路狀況技術(shù)規(guī)范保證各級(jí)指標(biāo)評價(jià)結(jié)果的形式一致性，同時(shí)為了便于做同向比較[7]，對于橋面PCI的各級(jí)指標(biāo)將均采用百分制評定，評定形式如下。

橋面綜合破損率DR按式(1)計(jì)算：

(1)

式中：DR為鋼橋面破損率，為鋪裝層各種破損的折合面積之和與調(diào)查路面面積之比，以百分?jǐn)?shù)表示；Ai為鋼橋面破損中， 第i類破損的調(diào)查面積，m2；A為

鋼橋面鋪裝層的實(shí)際調(diào)查面積，m2；wi為鋼橋面鋪裝層破損中，第i類破損的權(quán)重。

橋面狀況指數(shù)(PCI)的計(jì)算公式為

PCI=100-a0DRa1

(2)

根據(jù)鋪裝層養(yǎng)護(hù)措施的等級(jí)，統(tǒng)計(jì)挑選各鋪裝層歷年養(yǎng)護(hù)措施下所對應(yīng)的DR值，將其分類匯總?cè)鐖D1。

圖1 橋面鋪裝不同評價(jià)等級(jí)對應(yīng)的破損率范圍Fig. 1 Damage rate range corresponding to different evaluation grades of bridge deck pavement

分析圖1中的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，對應(yīng)于不同的鋪裝層養(yǎng)護(hù)等級(jí)，鋪裝層具有不同的破損率范圍與之對應(yīng)。由于各路段不僅僅只存在破損，養(yǎng)護(hù)措施的實(shí)施也不僅僅是針對破損，可能還有平整度、車轍、抗滑等病害，因此各個(gè)養(yǎng)護(hù)級(jí)別所對應(yīng)的鋪裝層破損率界限值不是絕對的，直接以閥值的方式確定各評價(jià)等級(jí)的控制值會(huì)使控制值的意義不夠明確。所以，課題中將采取數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法，按照不同的保證率來獲取不同養(yǎng)護(hù)等級(jí)對應(yīng)的評價(jià)界限值，具體為

(3)

根據(jù)式(3)可計(jì)算得各養(yǎng)護(hù)級(jí)別對應(yīng)的破損率DR范圍界限值(圖1中的短橫線)為：大修和中修界限值為7.363%，中修和小修界限值為4.334%，小修和日常保養(yǎng)界限值為1.291%。

綜合以上分析，擬定鋪裝層PCI擬合數(shù)值如表3。

表3 鋪裝層破損指數(shù)PCI與破損率DR擬合數(shù)據(jù)Table 3 Fitting data of pavement damage index PCI anddamage rate DR

對式(2)中a0，a1進(jìn)行數(shù)值回歸，可建立橋面PCI回歸公式及評價(jià)等級(jí)如式(4)和表4。

PCI=100-17.32×DR0.408

(4)

表4 鋪裝層破損指數(shù)PCI評價(jià)等級(jí)

新建立的鋼橋面PCI值與規(guī)范PCI值的對比如圖2，可見鋼橋面PCI值與規(guī)范相比更加嚴(yán)謹(jǐn)、更加準(zhǔn)確。

圖2 本課題PCI與規(guī)范PCI曲線對比Fig. 2 The contrast diagram of the proposed PCI curve and the standard PCI curve

2.2 鋪裝行駛質(zhì)量評價(jià)

鋼橋面的平整度要求比公路路面更為嚴(yán)格，按照公路評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)顯然較為寬松，故為了使RQI評價(jià)結(jié)果能夠指導(dǎo)鋼橋面鋪裝層技術(shù)狀況的評價(jià)，應(yīng)根據(jù)安徽省各鋼橋面鋪裝體系的實(shí)際情況對規(guī)范RQI評價(jià)體系進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

由于鋼橋面使用者對行駛質(zhì)量的評價(jià)帶有較大的主觀性，為了能對行駛質(zhì)量做出統(tǒng)一的評價(jià)，本項(xiàng)目采用專家評分法，匯總不同背景專家的評價(jià)意見[7]，并且加上橋梁管養(yǎng)單位工程師的建議，對評價(jià)值進(jìn)行平均的方法。同時(shí)對鋪裝層的平整度進(jìn)行客觀量測，通過統(tǒng)計(jì)分析，建立主觀評價(jià)與客觀量測的相關(guān)關(guān)系。以此為基礎(chǔ)，得到對行駛質(zhì)量較統(tǒng)一的評價(jià)。故將專家評分的結(jié)果與實(shí)測IRI的關(guān)系曲線匯總?cè)鐖D3。

圖3 專家評分與國際平整度IRI的關(guān)系曲線Fig. 3 The relationship curve between the expert scoring and the international evenness level IRI

IRI與專家評分之間的函數(shù)關(guān)系基本符合指數(shù)函數(shù)形式，為了將值域統(tǒng)一在[0，100]，參考公路評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將指數(shù)函數(shù)作值域修改，作為客觀評價(jià)模型原型。

(6)

將實(shí)測的IRI數(shù)據(jù)與專家評分按式(6)進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果見式(7)。為了保持與PCI評價(jià)體系的一致，參考其分類標(biāo)準(zhǔn)，可建立路面行駛質(zhì)量RQI評價(jià)體系，見表5。

(7)

表5 路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI評價(jià)等級(jí)

2.3 鋪裝車轍性能評價(jià)

筆者同樣收集了安徽省各大典型橋鋪裝層車轍的數(shù)據(jù)，按照維修養(yǎng)護(hù)的方式將其分類，如圖4以確定車轍評估界限值。

圖4 橋面鋪裝不同養(yǎng)護(hù)等級(jí)對應(yīng)的車轍深度范圍Fig. 4 Range of rutting depth corresponding to different maintenance grades of bridge deck pavement

根據(jù)式(3)所示的保證率系數(shù)公式，計(jì)算中修和大修的界限值分別為4 mm和9 mm。本課題針對以上現(xiàn)狀，參考規(guī)范RDI形式，擬定百分制RDI值及其對應(yīng)的車轍深度RD，見表6。

表6 RDI與RD擬合數(shù)據(jù)

參照規(guī)范中對車轍的計(jì)算公式，回歸擬合后可建立路面車轍RDI的回歸公式及評價(jià)體系，如式(8)和表7。

(8)

表7 路面車轍RDI評價(jià)等級(jí)

2.4 鋪裝抗滑性能評價(jià)

鋪裝層抗滑性能指數(shù)通過橫向力系數(shù)來建立相應(yīng)的評價(jià)關(guān)系，筆者搜集了安徽省各大典型橋梁抗滑檢測指標(biāo)，根據(jù)其維修保養(yǎng)方式將其分為中修、大修，以確定維修的閥值。具體匯總結(jié)果如圖5：

圖5 橋面不同養(yǎng)護(hù)等級(jí)對應(yīng)的橫向力系數(shù)范圍Fig. 5 Range of lateral force coefficient corresponding to differentmaintenance grades of bridge deck pavement

根據(jù)式(3)所示的保證率系數(shù)公式，計(jì)算中修和大修的界限值分別為47和30。本課題針對以上現(xiàn)狀，參考規(guī)范SRI形式，擬定百分制SFC值及其對應(yīng)的抗滑性能指數(shù)SRI，見表8。

表8 SFC與SRI擬合數(shù)據(jù)

參照規(guī)范中對抗滑性能指數(shù)SRI的計(jì)算公式，回歸擬合出鋼橋面鋪裝體系SRI計(jì)算公式，根據(jù)以上回歸結(jié)果，則可建立橋面抗滑性能指數(shù)SRI的評價(jià)體系，如表9。

(9)

表9 橋面抗滑性能評價(jià)等級(jí)

2.5 鋪裝性能綜合評價(jià)

如前各單項(xiàng)指標(biāo)所述，橋面使用性能的單項(xiàng)指標(biāo)只能從某一個(gè)方面來反映橋面使用狀況，無法從各個(gè)方面全面反映路面使用狀況，從而不能綜合地對橋面技術(shù)狀況性能評價(jià)。因此，必須采用綜合評價(jià)指標(biāo)來全面反映路面使用性能。考慮到橋面使用性能的各個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)之間不能相互補(bǔ)償，而且各指標(biāo)的量綱也不同，因此，引入橋面使用性能綜合指數(shù)PQI。

鋼橋面鋪裝采用PQI作為綜合評價(jià)指標(biāo)，參照規(guī)范中PQI計(jì)算形式，PQI采用分項(xiàng)指標(biāo)加權(quán)計(jì)算得出。PQI的數(shù)值范圍為0～100，其值越大，鋪裝狀況越好。

PQI=wPCIPCI+wRQIRQI+wRDIRDI+wSRISRI

(10)

式中：wPCI為PCI在PQI中的權(quán)重；wRQI為RQI在PQI中的權(quán)重；wRDI為RDI在PQI中的權(quán)重；wSRI為SRI在PQI中的權(quán)重。

筆者邀請了安徽省各大典型鋼橋管養(yǎng)單位的專家，綜合考慮典型橋面鋪裝檢測結(jié)果，歷年橋面病害、橋面養(yǎng)護(hù)方式等內(nèi)容，采用了專家評分法對橋面技術(shù)狀況評定的權(quán)重進(jìn)行了相應(yīng)打分[9]，其結(jié)果匯總?cè)绫?0：

表10 權(quán)重專家評分結(jié)果

表10中列出了專家組成員對評價(jià)指標(biāo)的影響權(quán)重判斷結(jié)果。但由于專家們在認(rèn)識(shí)上和經(jīng)驗(yàn)上存在一定的差異，判斷結(jié)果或多或少存在一定的偏頗。故為了消除主觀影響，采用平均法對專家得出的結(jié)果進(jìn)行無差別平均化，得到了各項(xiàng)指標(biāo)的最終權(quán)重。

對橋面鋪裝PQI計(jì)算中各單項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重wPCI、wRQI、wRDI、wSRI的建議值見表11。

表11 PQI權(quán)重建議值

根據(jù)綜合評定計(jì)算得出的綜合評價(jià)指標(biāo)PQI值，按表12確定鋪裝的使用質(zhì)量評價(jià)等級(jí)。

表12 鋼橋面鋪裝的綜合評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié) 論

1)通過安徽省各大典型鋼橋鋪裝體系歷年檢測數(shù)據(jù)及養(yǎng)護(hù)手段，成功回歸出適用于安徽省境內(nèi)鋼橋鋪裝體系的破損、車轍、抗滑性能的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2)針對安徽省境內(nèi)鋼橋裂縫類破壞特點(diǎn)，提出鋪裝體系裂縫度指標(biāo)，從側(cè)面對橋面破損程度進(jìn)行補(bǔ)充。

3)利用專家評分調(diào)研法，建立專家評分與實(shí)測IRI之間關(guān)系，并回歸出適用于鋼橋鋪裝體系的平整度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

4)提出鋼橋鋪裝體系PQI綜合性能評價(jià)指標(biāo)，并將其評價(jià)等級(jí)分為優(yōu)，良，中，次，差5等，為鋼橋面鋪裝養(yǎng)護(hù)決策奠定基礎(chǔ)。

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