林立寬

(廣西百色公路發(fā)展中心,廣西 百色 533000)

公路瀝青路面破損狀況指數(shù)(PCI)是路面技術(shù)狀況評定的重要指標(biāo)之一，用于評價瀝青路面病害發(fā)展?fàn)顩r。在進行養(yǎng)護決策分析及選擇養(yǎng)護對策時，PCI指標(biāo)常作為重要的決策指標(biāo)。由于路面日常養(yǎng)護措施對PCI指標(biāo)的計算結(jié)果影響較大，也直接影響到該評價路段的養(yǎng)護對策。該文將根據(jù)路面病害發(fā)展程度及養(yǎng)護維修情況，利用大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法，研究提出公路日常養(yǎng)護策略使用的邊界條件，從而為開展公路路面養(yǎng)護科學(xué)決策提供數(shù)據(jù)支撐。

1 分析方法

1.1 分析思路

根據(jù)JTG 5210—2018《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準》的規(guī)定，路面損壞狀況指數(shù)(PCI)的計算公式如下：

PCI=100-a0DRa1

(1)

(2)

式中：DR為路面破損率(%)；wi為第i類路面損壞的權(quán)重或換算系數(shù)，見表1；i為路面損壞類型，包括損壞程度(輕、中、重)。

由表1可看出：修補病害在破損率計算中權(quán)重僅為0.1，而重度的裂縫病害計算權(quán)重為1，即10條修補病害的影響效果等同于1條相同長度的重度裂縫。結(jié)合式(2)可知，當(dāng)病害權(quán)重wi降低10倍時，相同面積的病害計入破損率DR也降低10倍，從而計算的PCI指標(biāo)相應(yīng)可有一定程度的提升。灌縫對于路面破損狀況指標(biāo)PCI的影響如表2所示。

表1 瀝青路面損壞類型、權(quán)重及換算系數(shù)

表2 路面病害修補效果對比分析

由表2可看出：修復(fù)措施可顯著提升原有路面PCI指標(biāo)，特別是已有破損面較大的路段，通過灌縫或塊狀修補，可將PCI指標(biāo)恢復(fù)至優(yōu)良的水平。故在年度路況檢測及養(yǎng)護資金分配前，大規(guī)模開展病害處治可有效提升整體路況，優(yōu)化養(yǎng)護計劃及養(yǎng)護策略。

該文在以上分析基礎(chǔ)上，建立以路面開裂率及灌縫率組成的病害評價指標(biāo)體系，通過路網(wǎng)大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，提出基于病害評價指標(biāo)體系的公路路面養(yǎng)護需求邊界條件，可進一步優(yōu)化現(xiàn)有路面管理系統(tǒng)分析模型，提高養(yǎng)護決策準確性及科學(xué)性。

1.2 數(shù)據(jù)來源

2007年以來，隨著JTG H20—2007《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準》的頒布實施及路況快速檢測裝備的逐漸普及，中國各省份均開展了年度路況普查工作。特別是針對普通國省道及高速公路，隨著路況普查工作的逐年開展，各省份均積累了豐富的路況數(shù)據(jù)。該文數(shù)據(jù)樣本選取中國南方某省國省干線公路網(wǎng)約2 500 km公路路面連續(xù)7年跟蹤觀測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。重點提取了病害明細中的條修面積及橫向裂縫、縱向裂縫面積等幾類數(shù)據(jù)，以每公里評價單元的數(shù)據(jù)指標(biāo)作為樣本單元，主要指標(biāo)類型見表3。

表3 基本數(shù)據(jù)項目

1.3 評價指標(biāo)

為了對瀝青路面裂縫病害分布及灌縫情況進行統(tǒng)計分析，定義以下兩個評價指標(biāo)：

(1) 開裂率：指路面所有裂縫(包括已灌縫及未灌縫)面積占路面總面積的百分率：

CR=(Ar+Ac)/A×100%

(3)

(2)灌縫率：指已灌縫裂縫面積占路面所有裂縫面積的百分率：

RR=Ar/(Ar+Ac)×100%

(4)

1.4 統(tǒng)計方法

利用以上指標(biāo)，分別計算下面幾種情況下PCI指標(biāo)的變化情況：① 若所有未灌縫裂縫均進行灌縫，PCI指標(biāo)恢復(fù)情況：可用于評價該路段PCI指標(biāo)在現(xiàn)有養(yǎng)護程度基礎(chǔ)上仍具備的提升空間；② 若所有需灌裂縫均未灌縫，PCI指標(biāo)衰減情況：可用于評價現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)開裂的嚴重程度，即所有的裂縫均未得到處理時路面原始PCI指標(biāo)情況。

PCI指標(biāo)恢復(fù)情況：根據(jù)已有病害種類及數(shù)量，在計算全路段破損率時，調(diào)整該類病害的影響權(quán)重：情況①，將裂縫的權(quán)重調(diào)整為0.1代入運算；情況②,將條狀修補病害的權(quán)重調(diào)整為1代入運算。

2 分析結(jié)果

(1) 實際PCI>90，CR<0.4%(圖1、2)

由圖1、2得知：當(dāng)實際路況較好，PCI>90，CR<0.4%時，即現(xiàn)有路面裂縫較少時，即使全線僅有10%的裂縫得到灌縫處理，其PCI指標(biāo)也能達到優(yōu)等的水平，對于該類路段，維持正常的日常養(yǎng)護即可。

圖1 未灌縫裂縫均進行灌縫

圖2 所有需灌裂縫均未灌縫

(2) 實際80

圖3 未灌縫裂縫均進行灌縫

圖4 所有需灌裂縫均未灌縫

由圖3、4得知：當(dāng)80

(3) 實際80

圖5 未灌縫裂縫均進行灌縫

圖6 所有需灌裂縫均未灌縫

由圖5、6可知：現(xiàn)有路況水平處于良等水平，且路面裂縫屬于主導(dǎo)病害時，若現(xiàn)有灌縫率已經(jīng)大于80%時，則再通過灌縫維修已無法將路面PCI指標(biāo)恢復(fù)至優(yōu)等；若此時灌縫率已大于70%，說明原有裂縫病害較多，其PCI指標(biāo)的衰減速度將大于正常完好路面的衰減速度，有可能很快會衰減到中等的水平，此時建議采取整體性維修措施。

(4) 實際70

圖7 未灌縫裂縫均進行灌縫

圖8 所有需灌裂縫均未灌縫

由圖7、8可知：現(xiàn)有路況水平處于中等，路面裂縫不屬于主導(dǎo)病害時，此時通過灌縫措施已無法將路面PCI指標(biāo)恢復(fù)至優(yōu)等水平；若此時灌縫率已大于70%，其PCI指標(biāo)有可能很快會衰減到次等的水平，此時建議采取整體性維修措施。

(5) 實際70

圖9 未灌縫裂縫均進行灌縫

圖10 所有需灌裂縫均未灌縫

由圖9、10可知：現(xiàn)有路況水平處于中等，路面裂縫屬于主導(dǎo)病害時，此時通過灌縫措施僅能將PCI恢復(fù)至良等水平，而無法恢復(fù)至優(yōu)等水平；若此時灌縫率已大于50%，其PCI指標(biāo)有可能很快會衰減到次等的水平。

(6) 綜合分析(圖11、12)

圖11 若所有需灌縫裂縫均未灌縫，PCI指標(biāo)值衰減情況

圖12 若所有未灌縫裂縫均進行灌縫，PCI指標(biāo)值恢復(fù)情況

由圖11、12推算出通過灌縫處理即可將原有路面PCI指標(biāo)恢復(fù)至優(yōu)等水平的臨界條件：

(1) 80

(2) 80

3 養(yǎng)護需求分析模型優(yōu)化

基于以上數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)利用開裂率及灌縫率這兩項指標(biāo)，結(jié)合PCI指標(biāo)，可將養(yǎng)護需求分類進一步細化，區(qū)分出雖然當(dāng)前破損狀況指數(shù)較低，但僅經(jīng)過灌縫處治，就可恢復(fù)路面PCI指標(biāo)的養(yǎng)護需求類型路段，從而避免了養(yǎng)護工程投資的浪費，提高了決策的科學(xué)性及針對性。故在養(yǎng)護決策樹的第二及第三階段，增加開裂率及裂縫率兩項指標(biāo)；同時，決策樹中也考慮了將車轍病害、抗滑不良及平整度不良、結(jié)構(gòu)強度不足等問題進行區(qū)分，便于采取更有針對性的養(yǎng)護措施。利用PCI、RQI(路面狀況指數(shù))、PSSI(路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù))及開裂率、灌縫率等幾項指標(biāo)，構(gòu)建了公路路面養(yǎng)護需求分析及養(yǎng)護對策選擇方法，如表4所示。

4 結(jié)論

通過理論計算及大數(shù)據(jù)分析，找到通過日常養(yǎng)護措施可有效恢復(fù)公路路面路況水平的邊界條件：

(1) 80

(2) 80

同時，利用新構(gòu)建的病害評價指標(biāo)體系，結(jié)合PCI、RQI及PSSI等技術(shù)狀況評定指標(biāo)，提出了優(yōu)化的養(yǎng)護需求分析方法，可更為準確地篩選養(yǎng)護需求路段，提高養(yǎng)護方案設(shè)計的準確性。