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        基于PQI指標的瀝青路面技術(shù)狀況預(yù)測研究

        2021-10-13 03:12:26于忠慶
        黑龍江交通科技 2021年8期
        關(guān)鍵詞:哈大歷年狀況

        于忠慶

        (龍建路橋股份有限公司華南分公司,黑龍江 哈爾濱 150090)

        1 瀝青路面破壞形式及技術(shù)指標變化

        1.1 瀝青路面破壞形式

        (1)裂縫類

        裂縫主要的表現(xiàn)形式有:龜裂(網(wǎng)裂)、橫縱向裂縫等。影響裂縫產(chǎn)生的因素有組成結(jié)構(gòu)原材料的特性、環(huán)境因素、公路等級、車輛荷載以及施工工藝等,路面結(jié)構(gòu)材料較優(yōu)、環(huán)境條件適宜、車輛荷載較低、采用先進的施工工藝均會降低瀝青路面產(chǎn)生裂縫的幾率。裂縫類病害也是瀝青路面的主要破壞形式,如瀝青路面產(chǎn)生裂縫不能及時妥善處理,會造成裂縫繼續(xù)擴張,同時外界水分等不良因素會對路面結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生更大的破壞,因此,當路面裂縫發(fā)展到一定程度或剛剛產(chǎn)生時應(yīng)立即妥善展開養(yǎng)護維修工作。

        (2)變形類

        瀝青路面變形類破壞的主要表現(xiàn)形式有沉陷、車轍、波浪擁包等,產(chǎn)生原因主要在于路面基層結(jié)構(gòu)承載能力不足、車輛的重復(fù)荷載、瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性較差。變形類破壞會降低車輛行駛的安全性,當車輛運行速度越快,所引起的不安全性也越大;變形量過大也會在行車過程中產(chǎn)生顛簸,造成駕駛員的不適,影響車速;同時變形類破壞也會使瀝青路面在下雨天產(chǎn)生積水現(xiàn)象,使得瀝青路面產(chǎn)生變形類破壞與水損害耦合導(dǎo)致瀝青路面加速破壞。變形類損壞也是瀝青路面較為突出的損壞形式,現(xiàn)已被廣泛重視。

        (3)其他類

        其他類損壞形式其產(chǎn)生原因沒有很明顯的共同特點,如坑槽、松散、泛油、修補等??硬郛a(chǎn)生的原因可能在于局部瀝青路面施工質(zhì)量不良、含水量過大,造成瀝青路面局部位置率先產(chǎn)生坑槽,隨著車輛荷載作用坑槽不斷擴大。松散產(chǎn)生的原因可能在于瀝青與石料粘結(jié)力不足或瀝青路面在低溫環(huán)境下施工使瀝青不能很好的與集料結(jié)合造成松散。造成泛油的原因可能是混合料中瀝青含量過高,或者是低溫季節(jié)的鋪裝導(dǎo)致路面失去了太多的填隙材料。當環(huán)境溫度升高時,礦料在荷載作用下被擠壓,瀝青向上運動泛出,導(dǎo)致路面出現(xiàn)油層。這些均屬于瀝青路面的破壞形式,均對瀝青路面技術(shù)狀況產(chǎn)生不良影響。

        1.2 瀝青路面技術(shù)指標變化

        瀝青路面技術(shù)指標會隨著時間的延長,瀝青路面的技術(shù)指標逐步下降。有研究表明,瀝青路面在其使用年限的前3/4的時間內(nèi)路面技術(shù)狀況下降了2/5左右,而在隨后的12%的時間內(nèi)路面技術(shù)狀況出現(xiàn)了加速下降的趨勢,再次下降了2/5。相應(yīng)的一些研究者針對預(yù)防性養(yǎng)護進行探究,對一般的高速公路瀝青路面,若在早期展開預(yù)防性養(yǎng)護,只需對路面進行稀漿封層表面處治,若待到中期再展開預(yù)防性養(yǎng)護,則需要對路面進行罩面處理,其養(yǎng)護成本比早期提高了好幾倍。因此確切地預(yù)測瀝青路面變化狀況,采用預(yù)防性養(yǎng)護措施,對瀝青路面合理的進行養(yǎng)護將在瀝青路面整個運營周期起到至關(guān)重要的作用。

        1.3 瀝青路面的PQI指標

        根據(jù)《公路技術(shù)狀況評定標準》(JTG h20-2007)規(guī)范的規(guī)定,瀝青路面使用性能指數(shù)(PQI)作為評價瀝青路面狀況的指標,瀝青路面使用性能指數(shù)(PQI)是由路面損壞狀況指數(shù)PCI、路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI、路面車轍深度指數(shù)RDI、路面跳車指數(shù)PBI、路面磨耗指數(shù)PWI、路面抗滑性能指數(shù)SRI和路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)PSSI七個指標共同決定,PQI計算公式為式(1)。

        PQI=wPCIPCI+wRQIRQI+wRDIRDI+wPBIPBI+wPWIPWI+wSRISRI+wPSSIPSSI

        (1)

        式中:wPCI、wPQI、wPDI、wPBI、wPWI、wSRI、wPSSI分別為對應(yīng)指標在PQI中所占權(quán)重。

        2 基于PQI指標的瀝青路面技術(shù)狀況預(yù)測

        我國以瀝青路面PQI指標作為評價瀝青路面狀況的指標,掌握PQI的變化情況就能及時了解路面所處狀況,在恰當?shù)臅r機對路面進行養(yǎng)護維修使路面維持在較好等級。本文選取哈大高速公路某段歷年P(guān)QI指標對瀝青路面技術(shù)狀況進行分析研究。

        2.1 哈大高速瀝青路面使用性能狀況

        根據(jù)調(diào)查收集到哈大高速歷年來PQI指標見表1、如圖1所示。

        表1 哈大高速瀝青歷年P(guān)QI指標

        圖1 PQI指標變化曲線圖

        從圖1中可以看出哈大高速在改建后PQI指標一直處在較高水平,隨著運營通車年限增加PQI指標逐漸降低;在2014年P(guān)QI指標較前一年明顯提高,經(jīng)調(diào)查得知是因為管理部門對哈大高速進行了適當?shù)酿B(yǎng)護維修。通過圖1可以得出養(yǎng)護維修能快速有效的提升路面性能指數(shù),但改善效果無法達到路面竣工驗收時的狀況,該結(jié)果對后面瀝青路面性能預(yù)測提供重要依據(jù)。

        2.2 瀝青路面使用性能變化預(yù)測

        從圖1可知2013年哈大高速進行了養(yǎng)護維修,為使路面性能預(yù)測期內(nèi)進行正常養(yǎng)護,所以選擇2011年和2014年P(guān)QI進行預(yù)測。哈大高速公路在2009年完成改建工程,因此假定哈大高速瀝青路面2009年建成后的PQI為100,用這三個具有代表性的年份預(yù)測未來設(shè)計年限內(nèi)的路面PQI指數(shù)變化情況。采用不同擬合方程,對三個代表年份的PQI指數(shù)進行擬合,擬合情況如圖2所示。

        圖2 哈大高速歷年P(guān)QI擬合圖

        根據(jù)圖2擬合曲線,對瀝青路面PQI指標進行預(yù)測,不同擬合函數(shù),得到不同預(yù)測值,預(yù)測結(jié)果見表2,如圖3所示。

        表2 歷年P(guān)QI擬合預(yù)測數(shù)據(jù)

        圖3 哈大高速歷年P(guān)QI擬合預(yù)測

        分析預(yù)測的歷年P(guān)QI值,結(jié)合2014年實際數(shù)據(jù),從圖3中可看出多項式擬合出現(xiàn)明顯不合理,所以將其剔除后采用其他多項式擬合預(yù)測哈大高速PQI指標。將不同擬合形式按擬合接近程度進行排序,關(guān)系為對數(shù)函數(shù)=乘冪函數(shù)>指數(shù)函數(shù)=線性函數(shù),因此取其中兩個代表函數(shù)進行預(yù)測,預(yù)測結(jié)果見表3。

        表3 哈大高速歷年P(guān)QI預(yù)測數(shù)據(jù)

        由于眾多因素不確定性,本文根據(jù)擬合吻合程度R2的大小,對預(yù)測數(shù)據(jù)進行總結(jié),有53.26%情況下,哈大高速到2017年指標為93.9,有46.74%情況下,哈大高速到2020年指標為92.8。按照PQI評價指標,此時哈大高速瀝青路面使用狀態(tài)仍然處于優(yōu)良狀態(tài),根據(jù)擬合指標R2大小可以得到,在正常養(yǎng)護條件下PQI指標隨運營年限成對數(shù)關(guān)系變化。

        4 結(jié) 論

        瀝青路面隨著運營時間增加,在環(huán)境、車載等條件作用下會出現(xiàn)不同程度病害,分析病害產(chǎn)生的原因?qū)⑵錃w納總結(jié)成三類破壞形式:裂縫類、變形類、其他類。

        瀝青路面技術(shù)狀況指數(shù)PQI由PCI、RQI、RDI、PBI、PWI、SRI和PSSI七個指標共同決定。

        隨著運營通車年限增加PQI指標逐漸降低,當進行適當養(yǎng)護維修后PQI指標有明顯的提高,但不能恢復(fù)到竣工最初的指標。

        根據(jù)哈大高速公路歷年的PQI指標預(yù)測,在正常養(yǎng)護維修條件下,PQI指標隨運營年限成對數(shù)關(guān)系變化。

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