肖忠斌 楊東 張永康

（1.揚(yáng)州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225000；2.蘇交科集團(tuán)股份有限公司規(guī)劃研究院，江蘇 南京 210000）

一、引言

地處我國西北地區(qū)的甘肅省，四面分別與陜西、新疆、四川、青海、寧夏、內(nèi)蒙古接壤。甘肅地形分布較為特殊，整體呈現(xiàn)“骨頭”狀，周圍被群山峻嶺所圍繞，地形因受兩側(cè)山脈擠壓，地勢(shì)自西南向東北傾斜，因?yàn)槠渖降?、高原、平川、河谷、沙漠、戈壁等縱橫交錯(cuò)，使得整體地貌豐富多彩，獨(dú)具特色。由于復(fù)雜的地理狀況及區(qū)域劃分，甘肅氣候類型包括亞熱帶季風(fēng)氣候、溫帶季風(fēng)氣候、溫帶大陸性干旱氣候和高原山地氣候，屬于西北寒旱地區(qū)典型的氣候類型。“十三五”期間，甘肅公路建設(shè)實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展，截至2020年，甘肅省公路總里程達(dá)到15.6萬公里，其中高速（一級(jí)）公路突破6000公里，實(shí)現(xiàn)了由“瓶頸制約”向“基本適應(yīng)”的根本性轉(zhuǎn)變。為主動(dòng)服務(wù)國家和甘肅省交通發(fā)展新需求、新變化、新格局，更好支撐國際國內(nèi)“雙循環(huán)”發(fā)展格局，甘肅公路將從“建設(shè)為主”向“建養(yǎng)并重”發(fā)展。

公路養(yǎng)護(hù)作為建設(shè)完成后保證路面質(zhì)量及使用年限充足的重要手段，近年來被政府和建設(shè)單位所重視，因此高效適宜的養(yǎng)護(hù)方案對(duì)于公路的維護(hù)成本、使用年限、養(yǎng)護(hù)資金、路面使用性能及公路的可持續(xù)發(fā)展都起著決定性的作用。基于上文描述，本文以國家檢測體系中路面檢測指標(biāo)的測定結(jié)果為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)法規(guī)、路面交通量、氣候環(huán)境、多年來數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)及養(yǎng)護(hù)目標(biāo)等因素的分析，構(gòu)建瀝青路面養(yǎng)護(hù)決策模型，充分獲取、利用國檢基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，給出科學(xué)高效的養(yǎng)護(hù)決策方案，實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)”的養(yǎng)護(hù)過程，為甘肅省“十四五”公路養(yǎng)護(hù)工作目標(biāo)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

二、路面養(yǎng)護(hù)決策評(píng)價(jià)指標(biāo)

公路路面養(yǎng)護(hù)決策指標(biāo)評(píng)價(jià)主要對(duì)以下5個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，包括路面的結(jié)構(gòu)性能、功能性能、車轍性能、抗滑性能及其結(jié)構(gòu)承載能力。再細(xì)化到具體的評(píng)價(jià)項(xiàng)目分別為瀝青路面損壞、平整度、車轍深度、抗滑性和彎沉5項(xiàng)內(nèi)容，對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指數(shù)分別為路面損壞狀況指數(shù)（PCI）、行駛質(zhì)量指數(shù)（RQI）、車轍深度指數(shù)（RDI）、抗滑性能指數(shù)（SRI）和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)（PSSI）。瀝青路面使用性能通用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1.路面養(yǎng)護(hù)決策評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

（一）路面養(yǎng)護(hù)決策指標(biāo)評(píng)價(jià)方法

通常，瀝青路面養(yǎng)護(hù)決策指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果分為5個(gè)等級(jí)，具體劃分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1.評(píng)價(jià)等級(jí)與標(biāo)準(zhǔn)

評(píng)價(jià)層次分為網(wǎng)絡(luò)級(jí)評(píng)價(jià)和項(xiàng)目級(jí)評(píng)價(jià)，根據(jù)各個(gè)級(jí)別的評(píng)價(jià)分別采用不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)價(jià)單元。其中網(wǎng)級(jí)評(píng)價(jià)是對(duì)整體路網(wǎng)性能及總體分布狀況的評(píng)價(jià)，首先將路面的損壞程度、平整度和車轍及抗滑等性能經(jīng)過單獨(dú)計(jì)算評(píng)價(jià)后，然后綜合各分項(xiàng)指標(biāo)加權(quán)值形成整個(gè)路面使用性能指數(shù)（Pavement Quality or Performance Index，PQI），對(duì)于瀝青路面，以上四項(xiàng)的權(quán)重一般取0.35、0.4、0.15、0.1。而路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度為抽樣評(píng)定指標(biāo)，一般根據(jù)養(yǎng)護(hù)決策需求單獨(dú)計(jì)算評(píng)定。其中路面使用性能指數(shù)（PQI）計(jì)算公式如下：

而項(xiàng)目級(jí)評(píng)價(jià)則是對(duì)路面結(jié)構(gòu)性能、功能性能、車轍性能、安全性能及結(jié)構(gòu)承載能力等性能的單獨(dú)評(píng)價(jià)，根據(jù)各路段的具體路面狀況進(jìn)行系統(tǒng)詳細(xì)評(píng)定，該評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)于后期路面養(yǎng)護(hù)區(qū)間的確定和養(yǎng)護(hù)方案的制定提供了可靠依據(jù)。

（二）分項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

瀝青路面養(yǎng)護(hù)決策評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中各指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下:

1.破損程度

通常用路面破損狀況指數(shù)（PCI）對(duì)路面的損傷程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算公式如下：

上式中DR表示路面的破損率，即各種損壞的折合損壞面積之和與路面調(diào)查面積的比例（%）；Ai為第i類路面的損壞面積（m2）；A為實(shí)際調(diào)查的路面長度與有效路面寬度的積（m2）；表示第i類路面破損的權(quán)重。

2.行駛質(zhì)量

路面的平整度通過路面行駛質(zhì)量指數(shù)（RQI）來衡量，計(jì)算公式如下：

其中IRI為國際平整度指數(shù)（m/km）。

3.路面車轍

通常用路面轍深指數(shù)（RDI）來評(píng)價(jià)路面車轍深度狀況，計(jì)算公式如下：

其中RD表示路面的轍深（mm）；RDa、RDb分別表示轍深度和深限值參數(shù)，通常RDa=20mm，RDb=35mm。

4.防滑性能

路面的防滑性能通過路面防滑性能指數(shù)（SRI）來評(píng)定，計(jì)算公式如下：

其中SFC表示橫向力系數(shù)；SRImin表示標(biāo)定參數(shù)，一般取35.0；aD、a1為模型參數(shù)，分別取28.6和-0.105。

5.結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

路面的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度由路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)（PSSI）進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算公式如下：

式中SSI表示路面的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)；Id表示路面設(shè)計(jì)彎沉（mm）；I0表示實(shí)測代表彎沉（mm）。

綜上所述，鑒于PQI反映路面性能的綜合性，PCI是反映路況最直接的指標(biāo)，結(jié)合甘肅省高速公路與國省道現(xiàn)有檢測數(shù)據(jù)的實(shí)際狀況，采用路面質(zhì)量指數(shù)PQI、路面狀況指數(shù)PCI兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)路段劃分。

三、瀝青路面養(yǎng)護(hù)決策方法

（一）指標(biāo)預(yù)測模型

瀝青路面性能指標(biāo)預(yù)測作為養(yǎng)護(hù)決策的基礎(chǔ)，可以為交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)設(shè)計(jì)和相關(guān)資源的分配提供依據(jù)。因此，高效合理準(zhǔn)確地預(yù)測公路瀝青路面性能，對(duì)于后期路面路況和配置服務(wù)水平的提前熟知，養(yǎng)護(hù)及預(yù)養(yǎng)護(hù)的優(yōu)先權(quán)的分配，養(yǎng)護(hù)及預(yù)養(yǎng)護(hù)策略的高效制定，養(yǎng)護(hù)成本的節(jié)約，以及提高效費(fèi)比都會(huì)發(fā)揮巨大的作用。瀝青路面性能指標(biāo)衰減過程一般有凹形曲線、凸形曲線及反S形曲線3種典型模式。分析整個(gè)甘肅省路面性能變化模式，由于受存在地域、路面結(jié)構(gòu)、交通量等各種因素的影響，因此無法采用單一的模型代表不同路段的性能衰減趨勢(shì)。因此，本文參考國內(nèi)外已大量使用的性能衰減方程，采用雙參數(shù)模型預(yù)測瀝青路面性能指標(biāo)。

式中，Y表示路面性能指數(shù)（PCI、PQI等）；Y0表示初始路面性能指數(shù)；t表示路齡；α、β表示標(biāo)定參數(shù)。

（二）養(yǎng)護(hù)決策模型

《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 5421－2018）中提出了對(duì)路面不同指標(biāo)情況下的路況預(yù)防養(yǎng)護(hù)和修復(fù)養(yǎng)護(hù)。對(duì)甘肅省公路建養(yǎng)歷史、交通總體狀況、養(yǎng)護(hù)等級(jí)、具體養(yǎng)護(hù)工程及未來5年養(yǎng)護(hù)發(fā)展目標(biāo)等因素進(jìn)行綜合考慮，構(gòu)建適用于甘肅公路的高效化養(yǎng)護(hù)決策模型，如表2所示。

表2.瀝青路面養(yǎng)護(hù)決策模型

四、甘肅省瀝青路面養(yǎng)護(hù)決策方案

（一）甘肅省瀝青路面養(yǎng)護(hù)現(xiàn)狀

基于2015年～2020年的歷年檢測數(shù)據(jù)，甘肅省國省干線公路網(wǎng)中高速公路、普通國道、普通省道PQI值和PCI值的發(fā)展規(guī)律如表3、表4所示。近年高速公路的PQI值相對(duì)穩(wěn)定，基本均在90以上，且路況相對(duì)更佳；普通國省道PQI值波動(dòng)較大，但近兩年總體呈下降趨勢(shì)。近年高速公路PCI值相對(duì)穩(wěn)定在88～390之間，且高速公路、普通國道、普通省道PCI值整體為上升趨勢(shì)。

表3.干線公路PQI近年發(fā)展規(guī)律

表4.干線公路PCI近年發(fā)展規(guī)律

（二）甘肅省瀝青路面發(fā)展趨勢(shì)

根據(jù)甘肅省干線公路PQI和PCI近幾年的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，并利用路面養(yǎng)護(hù)決策指標(biāo)預(yù)測模型，計(jì)算得到甘肅省干線公路未來5年瀝青路面使用性能指標(biāo)PQI和PCI值，詳見表5、表6。

表5.干線公路PQI近5年預(yù)測值

表6.干線公路PCI近5年預(yù)測值

（三）甘肅省瀝青路面養(yǎng)護(hù)決策方案

根據(jù)上文指標(biāo)預(yù)測結(jié)果，利用瀝青路面養(yǎng)護(hù)決策模型，計(jì)算得到甘肅省未來5年高速公路、普通國道、普通省道的養(yǎng)護(hù)決策方案，詳見表7。

表7.甘肅省干線公路養(yǎng)護(hù)決策方案

五、結(jié)語

甘肅省公路發(fā)展已進(jìn)入養(yǎng)護(hù)重要階段，科學(xué)合理的養(yǎng)護(hù)決策方案對(duì)甘肅省公路養(yǎng)護(hù)質(zhì)量的提升至關(guān)重要。因此，本文以國檢體系中路面性能指標(biāo)檢測結(jié)果為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過構(gòu)建指標(biāo)預(yù)測模型和養(yǎng)護(hù)決策模型，得到甘肅省未來5年的公路路面養(yǎng)護(hù)決策方案，可有效促進(jìn)甘肅省公路長期可持續(xù)發(fā)展。