劉源姝

（溫州華晟道路橋梁設(shè)計(jì)研究有限公司，浙江 溫州 325000）

一、模型思路分析

20世紀(jì)中葉即產(chǎn)生了針對(duì)路面結(jié)構(gòu)性能衰變規(guī)律的預(yù)測(cè)性研究，尤其是針對(duì)公路長(zhǎng)期服役性能衰變的研究逐漸成為熱點(diǎn)，也為新興路面的設(shè)計(jì)施工提供了諸多助力。

現(xiàn)有研究中的路面結(jié)構(gòu)性能衰變規(guī)律預(yù)測(cè)模型主要包含概率型及確定型兩種思路：概率型模型的主要思路是預(yù)估公路結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀分布，體現(xiàn)路用性能衰變的非固定性，包括剩余壽命預(yù)估方程及相對(duì)較為完善的馬爾科夫預(yù)估數(shù)學(xué)模型等[1-2]；確定型模型的主要思路則是基于力學(xué)驗(yàn)算和養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)得到的某種數(shù)學(xué)表達(dá)預(yù)估方案，對(duì)路面結(jié)構(gòu)衰變相關(guān)的某一參數(shù)進(jìn)行預(yù)估，繼而得到特定條件下數(shù)學(xué)模型對(duì)應(yīng)的參數(shù)計(jì)算結(jié)果，常見的包括經(jīng)驗(yàn)法、力學(xué)計(jì)算法及經(jīng)驗(yàn)計(jì)算綜合方法三類。

上述兩種思路均有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在公路資料齊全程度和應(yīng)用范圍的局限下很難實(shí)現(xiàn)直接移植使用，須對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性的模型標(biāo)定，方可實(shí)現(xiàn)區(qū)域性應(yīng)用的目標(biāo)。

模型建立后可通過長(zhǎng)短期結(jié)合的評(píng)價(jià)方案對(duì)相關(guān)路面結(jié)構(gòu)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，如圖1所示。通過預(yù)防性及大中修養(yǎng)護(hù)方案的實(shí)施，評(píng)價(jià)相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的提升程度，并分析后續(xù)一定服役時(shí)限范圍內(nèi)的指標(biāo)衰減趨勢(shì)。

圖1 相關(guān)技術(shù)指標(biāo)變化評(píng)價(jià)圖

二、結(jié)構(gòu)衰變規(guī)律分析

國(guó)省道路面在長(zhǎng)期的服役過程中，不斷受到外界自然環(huán)境和車輛荷載的作用，其技術(shù)指標(biāo)將逐漸產(chǎn)生衰變，當(dāng)衰變至某一閾值，需要通過一定的養(yǎng)護(hù)技術(shù)手段來恢復(fù)其性能，以實(shí)現(xiàn)公路安全營(yíng)運(yùn)。在調(diào)研國(guó)省道各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)之后，對(duì)路面結(jié)構(gòu)衰變規(guī)律進(jìn)行深入探究和總結(jié)有助于制定科學(xué)有效的路面養(yǎng)護(hù)方案，持續(xù)保障路面的使用性能。

（一）典型路面結(jié)構(gòu)分析

本文調(diào)查研究了浙江省溫州市轄區(qū)內(nèi)的兩條國(guó)道（國(guó)道104線、國(guó)道322線）及兩條省道（省道232線、省道230線）共計(jì)457km路面結(jié)構(gòu)類型的相關(guān)數(shù)據(jù)。對(duì)調(diào)查的國(guó)省道路面結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行了劃分與統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表1所示。

表1 路面結(jié)構(gòu)類型劃分統(tǒng)計(jì)結(jié)果

其中，國(guó)道104線的路面結(jié)構(gòu)類型最為常見，其里程占比高達(dá)40.92%；國(guó)道322線的路面結(jié)構(gòu)類型里程達(dá)到23.19%，二者之和占據(jù)半數(shù)以上路面結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果，選取國(guó)道104線和國(guó)道322線的路面結(jié)構(gòu)分別作為代表性路面結(jié)構(gòu)形式展開衰變規(guī)律分析。

（二）建模思路

通過數(shù)學(xué)預(yù)估分析模型，建立國(guó)省道路面技術(shù)指標(biāo)和影響變量間的相關(guān)關(guān)系模型。常見的數(shù)學(xué)模型往往追求較高的擬合優(yōu)度，但擬合優(yōu)度越高并不意味著預(yù)估精準(zhǔn)度越高。因此，本文在建模預(yù)估分析過程中主要采取分析和標(biāo)定相結(jié)合的方法。其中，分析過程是結(jié)合經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)理論，選擇合理的數(shù)學(xué)預(yù)估分析模型，而標(biāo)定過程則是根據(jù)已有的路面技術(shù)指標(biāo)，對(duì)選取的數(shù)學(xué)預(yù)估分析模型進(jìn)行標(biāo)定及完善的過程。

（三）指標(biāo)分析與模型建立

本文分析了普通國(guó)省道的PQI、PCI、RQI及RDI等指標(biāo)參數(shù)，并以PQI作為主要依托參數(shù)。結(jié)合往期養(yǎng)護(hù)案例檢測(cè)數(shù)據(jù)庫和多種試算方案，最終確定基于三折線和二階多項(xiàng)式數(shù)學(xué)模型，分別建立依托國(guó)道104線和國(guó)道322線的路面結(jié)構(gòu)衰變預(yù)估模型。為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)估，依據(jù)AADT分別以3000pcu/d和10000pcu/d為節(jié)點(diǎn)將交通等級(jí)劃分為輕、中、重交通。

三折線數(shù)學(xué)預(yù)估分析模型的基本原理是采用最小二乘法進(jìn)行三段擬合，國(guó)道104線路面結(jié)構(gòu)擬合結(jié)果如圖2所示；國(guó)道322線路面結(jié)構(gòu)的二階多項(xiàng)式數(shù)學(xué)預(yù)估分析模型擬合結(jié)果如圖3所示。

圖2 三折線數(shù)學(xué)預(yù)估分析模型圖

圖3 二階多項(xiàng)式數(shù)學(xué)預(yù)估分析模型圖

三、工程應(yīng)用實(shí)例

在完成路面結(jié)構(gòu)衰變規(guī)律分析后，可利用上述模型對(duì)已有路面進(jìn)行預(yù)估并設(shè)計(jì)專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)方案。本文依托省道232線水霞段路面中修施工設(shè)計(jì)工程，在PCI調(diào)研的基礎(chǔ)上，分別應(yīng)用上述兩類預(yù)估模型，最終確定其中兩段達(dá)到養(yǎng)護(hù)閾值，須進(jìn)行大中修養(yǎng)護(hù)。這兩段分別為k0+000～k47+494段和k47+494～k48+545段。結(jié)合瀝青路面挖坑檢測(cè)、瀝青路面取芯檢測(cè)、彎沉檢測(cè)、路面平整度檢測(cè)及現(xiàn)狀調(diào)查，分別確定按照加鋪5cm厚AC-13C瀝青混凝土罩面、加鋪瀝青黏層+6cm厚AC-20C瀝青混凝土+瀝青黏層+4cm厚AC-13C瀝青混凝土的方案進(jìn)行處治。

四、結(jié)語

本文在調(diào)研浙江省溫州市轄區(qū)內(nèi)兩條國(guó)道及兩條省道結(jié)構(gòu)類型相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分析了普通國(guó)省道相關(guān)指標(biāo)參數(shù)，基于三折線和二階多項(xiàng)式數(shù)學(xué)模型，建立了兩類路面結(jié)構(gòu)衰變預(yù)估模型；結(jié)合工程養(yǎng)護(hù)實(shí)例，得出省道232線水霞段路面中修工程施工設(shè)計(jì)結(jié)論。研究成果對(duì)普通國(guó)省道路面結(jié)構(gòu)衰變及養(yǎng)護(hù)方案設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。