吳志勇， 岳建洪， 陳金蓉， 張洲洋， 陳陽

(1.四川省交通勘察設計研究院有限公司， 四川 成都 610041；2. 四川成渝高速公路股份有限公司， 四川 成都 610021)

由于高速公路養(yǎng)護理論不成熟，常因養(yǎng)護時機不當或采用的養(yǎng)護方案不合理造成養(yǎng)護資金分配未能有效匹配地區(qū)路網(wǎng)養(yǎng)護，達不到期望效果。要在適當?shù)臅r機選擇合適的維修養(yǎng)護方式，就需要了解和掌握瀝青路面使用性能的衰變特征，建立與其相關性好的性能衰變模型，通過該模型確定瀝青路面養(yǎng)護時機。該文在梳理現(xiàn)有瀝青路面衰變規(guī)律理論和模型的基礎上，依托成渝地區(qū)3條高速公路部分路段多年檢測數(shù)據(jù)，對分項指標采用合適的衰變規(guī)律模型進行擬合，分析瀝青路面服役性能的衰減特征，為瀝青路面預防性養(yǎng)護決策提供依據(jù)。

1 現(xiàn)有瀝青路面衰變規(guī)律模型

隨著評價方法及評價指標的應用，瀝青路面使用性能評價模型被提出并不斷更新發(fā)展。日本針對不同用戶提出了不同的模型，對管理者提出了路面養(yǎng)護管理指數(shù)MCI評價模型，對道路使用者提出了簡易的線性舒適性指數(shù)RCI模型；美國陸軍建筑研究工程所開發(fā)的PAVER系統(tǒng)首次采用扣分法建立路面破損評價模型，用于路況評價和預測；加拿大提出路面使用性能指數(shù)PQI，其值為路面狀態(tài)(裂縫等)指數(shù)CI、乘車舒適性指數(shù)RCI、路面結構適用性評級指數(shù)SAR的加權和，并以平整度指數(shù)IRI和路面狀況指數(shù)PCI為指標建立了路面使用性能衰變方程。借鑒國外研究成果，中國根據(jù)各地區(qū)的實際情況提出了許多預測模型，如北京模型、廣東模型、天津模型、交通科研所潘玉利博士提出的基于回歸的路面使用性能評價模型。

以實測數(shù)據(jù)為基礎的經(jīng)驗統(tǒng)計模型是當前路面性能預測的主流形式，其中最易于管理者應用的是路面使用性能衰變方程。各種衰變模型均以路面逐年歷史檢測數(shù)據(jù)為基礎，借助一定的數(shù)據(jù)分析工具，采用相關數(shù)據(jù)方法擬合或分析得到?？傮w而言，瀝青路面使用性能衰變規(guī)律可歸結為凹形、凸形、反S形和直線形，分別采用多項式、指數(shù)、反S和直線等曲線形式表示(見圖1、表1)。

圖1 路面技術狀況衰變規(guī)律

表1 路面技術狀況衰變規(guī)律曲線特征

2 典型高速路段瀝青路面技術狀況衰變模型構建

選取成渝地區(qū)多條具有代表性的高速公路，結合歷年路面各分項指標(PQI、PCI、路面行駛質量指數(shù)RQI、路面車轍深度指數(shù)RDI、路面抗滑性能指數(shù)SRI)實測數(shù)據(jù)，分別擬合或回歸得到各分項指標衰變曲線，研究其衰變規(guī)律。

2.1 高速公路A

高速公路A上行K89+000—K105+000段2010—2018年路面分項指標衰減規(guī)律見圖2，擬合方程見表2，擬合方程的起始年均為2010年，含2015年再次養(yǎng)護后各指標所擬合的衰變方程。

表2 高速公路A上行K89+000—K105+000段路面技術狀況指標擬合方程

高速公路A通車伊始，交通量逐年增加，重載、超載車輛比重較大，經(jīng)過多次維修養(yǎng)護，特別是2009年大修后，路面使用性能衰減速度整體偏快。根據(jù)圖2，路面使用性能指標PQI、PCI、RQI、RDI和SRI整體呈反S形衰變趨勢。1)PQI在2010—2014年呈反S形變化規(guī)律，前期衰減較緩慢，隨著通車運營時間的延長，衰減速率顯著增大，之后衰減趨勢逐年變緩，采用反S形函數(shù)擬合具有較好的相關度；2015年左右進行一定養(yǎng)護維修后，PQI值明顯高于2014年，路面使用性能得到一定提升；2015—2018年進行了局部修補等養(yǎng)護，其衰減速率小于2010—2014年。2)PCI的衰減過程與PQI指標變化過程相似，前3年衰減速率較小，2015年左右進行一定養(yǎng)護維修后，PCI值得到一定提升。但2015—2016年出現(xiàn)衰減，整體養(yǎng)護后PCI衰減速率較大，2015年該路段采取的養(yǎng)護措施并不能從所收集的資料中得到體現(xiàn)。3)RQI指標在2010—2012年變化較平緩，2012—2015年緩慢下降，但其衰減速率小于PQI和PCI。4)RDI值從2010年的93.18衰減至2014年的86.37，下降明顯；2015—2018年從86.63下降至84.36，衰減較平緩，2015年左右實施的養(yǎng)護維修對車轍狀況的改善并不顯著。5)SRI指標在2010—2014年衰減幅度較大，2015年左右實施的養(yǎng)護維修對路面抗滑性能的改善作用較小。綜上，2015年左右實施的養(yǎng)護維修對PCI的改善較明顯，但對RQI、RDI和SRI等指標的改善有限。2015年左右進行的養(yǎng)護維修可能為局部病害整治或局部段落的銑刨換鋪。

圖2 高速公路A上行K89+000—K105+000段路面技術狀況指標擬合

2.2 高速公路B

高速公路B上行K1854+000—K1868+000段2010—2018年路面分項指標衰減規(guī)律見圖3，擬合方程見表3。

表3 高速公路B上行K1854+000—K1868+000段路面技術狀況指標擬合方程

圖3 高速公路B上行K1854+000—K1868+000段路面技術狀況指標擬合

對高速公路B上行K1854+000—K1868+000段的RQI和RDI指標采用多項式進行擬合，未表現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律；其余各指標均呈現(xiàn)反S形衰變趨勢，其中PCI指標衰變規(guī)律最顯著，以PCI指標作為路面使用性能衰變趨勢分析主控指標較合理。從PQI、RQI、RDI衰減曲線來看，2012年左右應該進行過相關養(yǎng)護維修，但養(yǎng)護歷史資料上并未體現(xiàn)。PQI指標采用反S形衰變函數(shù)進行擬合，2010—2011、2015—2016年表現(xiàn)出明顯的衰減趨勢，2011—2015年衰變趨勢較平緩。PCI指標采用反S形函數(shù)擬合，2010—2013年保持較小的衰變趨勢，2013—2016年呈現(xiàn)大幅度連續(xù)衰減趨勢。SRI指標的大幅度衰減出現(xiàn)在2011—2013年，2013—2016年SRI變化較平緩。整體而言，該路段除PCI指標外，各指標在2011—2016年的衰變規(guī)律并不顯著。

2.3 高速公路C

高速公路C下行K2149+000—K2167+000段2010—2018年路面分項指標衰減規(guī)律見圖4，擬合方程見表4。

表4 高速公路C下行K2149+000—K2167+000段路面技術狀況指標擬合方程

圖4 高速公路C下行K2149+000—K2167+000段路面技術狀況指標擬合

對高速公路C下行K2149+000—K2167+000段各指標均采用反S形函數(shù)進行擬合，且各指標的規(guī)律性較強，可見，維修養(yǎng)護歷程的未知和典型路段的選取對衰變趨勢擬合的影響較大。PQI和PCI指標的衰減曲線變化規(guī)律相似，2010—2012年衰減曲線較平緩，2013—2014年衰減趨勢明顯。RQI指標在2010—2016年變化范圍不大，呈現(xiàn)連續(xù)下降趨勢，且各年衰減幅度基本均衡。RDI指標值由2010年的93.43下降至2014年的87.97，其中2012年衰減最明顯；2012—2014年RDI基本維持在一個相對恒定的范圍。SRI指標在2010—2013年下降幅度較大，隨后衰變較平緩。

3 結論

(1) 采用反S形函數(shù)能較好地擬合PQI、RQI、RDI、SRI、PCI等路面使用性能指標的衰減特征，其中PQI和PCI作為路面使用性能衰變趨勢分析主控指標，其衰減曲線變化規(guī)律相似。

(2) 根據(jù)路面性能模型，路面性能指標在公路新建初期衰減較慢，在使用后期衰減速率明顯增大，與路面實際情況一致。

(3) 局部修補可較大幅度改善PCI指標，但對RQI、RDI、SRI等指標的影響較小。

(4) 根據(jù)路面檢測指標的衰減規(guī)律可獲知既有道路近期采用的養(yǎng)護方式，也可作為后續(xù)瀝青路面預防性養(yǎng)護方案決策及養(yǎng)護規(guī)劃制定的重要依據(jù)。