李巧茹, 王雪嬌, 王少航, 楊雨楠

(1.河北工業(yè)大學(xué)土木與交通學(xué)院, 天津 300401; 2.天津公路工程設(shè)計(jì)研究院有限公司, 天津 300171; 3.中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司, 天津 300381)

作為一種主動(dòng)性養(yǎng)護(hù)方式,預(yù)防養(yǎng)護(hù)不僅能延緩結(jié)構(gòu)性大修時(shí)間,還能有效節(jié)省養(yǎng)護(hù)資金,其核心內(nèi)容是在合適時(shí)間采取合適的養(yǎng)護(hù)措施。全國(guó)二級(jí)及以上等級(jí)公路95%以上的路面是瀝青路面,且瀝青路面具有行車舒適、施工期短、養(yǎng)護(hù)維修簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn),因此,以高速公路瀝青路面為例進(jìn)行預(yù)防養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)研究。公路養(yǎng)護(hù)事業(yè)不斷發(fā)展,瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)應(yīng)用廣泛,路面使用性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)已趨于成熟。張金喜等[1]分析不同養(yǎng)護(hù)模式下的高速公路瀝青路面狀況指數(shù)變化規(guī)律;任奕等[2]基于路面性能衰變規(guī)律,進(jìn)行預(yù)防養(yǎng)護(hù)措施和時(shí)機(jī)選擇;蘇衛(wèi)國(guó)等[3]探究出瀝青路面使用性能衰變規(guī)律是制定預(yù)防養(yǎng)護(hù)計(jì)劃的重要內(nèi)容。許多學(xué)者針對(duì)路面性能衰變規(guī)律進(jìn)行養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)研究,但目前仍存在路面病害嚴(yán)重程度不明確、技術(shù)適用性不強(qiáng)、預(yù)防養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)把握不當(dāng)?shù)葐?wèn)題,影響預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)對(duì)路面功能狀況的修復(fù)改善效果,起不到延長(zhǎng)路面使用壽命的作用。

許多國(guó)家已經(jīng)意識(shí)到養(yǎng)護(hù)效果對(duì)養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)確定的作用,開始在性能恢復(fù)值基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)研究[4],并指出除重新鋪筑路面外,采用任何措施性能值均不會(huì)恢復(fù)至原始路面水平[5]。然而,國(guó)內(nèi)通常在路面性能躍遷值情況、病害嚴(yán)重程度上進(jìn)行研究。張童童[6]提出預(yù)防養(yǎng)護(hù)后路面性能躍遷值;李山[7]提出養(yǎng)護(hù)后路面使用性能提升值的概念;張海[8]重點(diǎn)分析性能提升值、措施使用壽命等指標(biāo)的選取;曹明明等[9]將瀝青路面技術(shù)狀況衰變特征與養(yǎng)護(hù)后評(píng)估進(jìn)行關(guān)聯(lián);丁夢(mèng)華等[10]基于嚴(yán)重程度和性能衰變,對(duì)獨(dú)立車轍養(yǎng)護(hù)進(jìn)行優(yōu)先排序。現(xiàn)有研究方法已經(jīng)不能滿足預(yù)防養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)的精確化確定,此外,病害的嚴(yán)重程度只能反映病害當(dāng)前的嚴(yán)重程度[11],無(wú)法反映路面使用性能隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間、養(yǎng)護(hù)措施等的發(fā)展和衰變。因此,如何針對(duì)養(yǎng)護(hù)修復(fù)性能,提出一種從路面使用性能、養(yǎng)護(hù)修復(fù)度2個(gè)維度進(jìn)行預(yù)防養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)確定方法,對(duì)精細(xì)化預(yù)防養(yǎng)護(hù)作業(yè)十分重要。

為此,本文基于養(yǎng)護(hù)修復(fù)度的概念,提出一種從路面使用性能、養(yǎng)護(hù)修復(fù)度2個(gè)維度進(jìn)行瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)確定方法,并結(jié)合某高速公路實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),進(jìn)行成本效益分析和環(huán)境影響分析,從而為高速公路瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)經(jīng)濟(jì)合理化、綠色低碳化提供精確科學(xué)的指導(dǎo)。

1 養(yǎng)護(hù)修復(fù)度定義和評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

1.1 養(yǎng)護(hù)修復(fù)度定義

為從路面使用性能指數(shù)(pavement performance index,PPI)、養(yǎng)護(hù)修復(fù)度2個(gè)維度確定瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)最佳時(shí)機(jī),提出瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)修復(fù)度的概念。

(1)

式中:J為瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)修復(fù)度;Y為養(yǎng)護(hù)后瀝青路面使用性能PPI值。

1.2 養(yǎng)護(hù)評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.2.1 修復(fù)度指標(biāo)

參考《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JTG5142—2019),并結(jié)合文獻(xiàn)[12],選取路面狀況指數(shù)(pavement surface condition Index,PCI)、行駛質(zhì)量指數(shù)(riding quality index,RQI)、車轍深度指數(shù)(rutting depth index,RDI)和抗滑系數(shù)(skidding resistance index,SRI)作為路面使用性能評(píng)價(jià)指標(biāo),瀝青路面使用性能修復(fù)度評(píng)價(jià)體系如圖1所示。

圖1 預(yù)防養(yǎng)護(hù)路面性能修復(fù)度評(píng)價(jià)體系Fig.1 Evaluation system of performance repairing degree of preventive maintenance pavement

1.2.2 使用性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

路面使用性能指標(biāo)閾值是確定瀝青路面養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)中常用的指標(biāo)[13]。一方面,單項(xiàng)指標(biāo)以結(jié)構(gòu)力學(xué)性能發(fā)展到關(guān)鍵性能的點(diǎn)為預(yù)防養(yǎng)護(hù)界限,具有易操作性,但作為養(yǎng)護(hù)閾值,僅對(duì)應(yīng)于單個(gè)病害,而忽略其他病害特征,不能準(zhǔn)確地反映進(jìn)行預(yù)防養(yǎng)護(hù)的最佳時(shí)機(jī)。另一方面,綜合指標(biāo)反映瀝青路面結(jié)構(gòu)的整體性能,通過(guò)分項(xiàng)指標(biāo)加權(quán)計(jì)算得出,能夠?qū)Ω鞣N病害進(jìn)行綜合考慮。因此,在確定瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)閾值時(shí),將單項(xiàng)指標(biāo)和綜合指標(biāo)相結(jié)合。

各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值參考《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG 5210—2018)。路面使用性能指數(shù)PPI計(jì)算公式為

PPI=ωPCI·PCI+ωRQI·RQI+ωRDI·RDI+ωSRI·SRI

(2)

式中ωPCI、ωRQI、ωRDI、ωSRI分別為PCI、RQI、RDI、SRI的權(quán)重。

根據(jù)《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JTG5142—2019),結(jié)合使用性能評(píng)價(jià)指標(biāo)相關(guān)文獻(xiàn)[14-15],選擇瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)綜合指標(biāo)PPI控制在80以上,各單項(xiàng)指標(biāo)的范圍為:80≤PCI≤100、80≤RQI≤100、70≤RDI≤100、80≤SRI≤100、0.5%

2 預(yù)防養(yǎng)護(hù)修復(fù)度評(píng)價(jià)模型

瀝青路面在進(jìn)行預(yù)防養(yǎng)護(hù)后,根據(jù)病害養(yǎng)護(hù)施工特點(diǎn)的不同,使用性能PPI的修復(fù)值(Δij)也會(huì)有所不同?？紤]路面修復(fù)的短期效果和長(zhǎng)期效果,采用多元線性回歸分析建立預(yù)防養(yǎng)護(hù)路面使用性能修復(fù)度評(píng)價(jià)模型,以瀝青路面使用性能PPI的修復(fù)值Y為因變量,自變量x包括養(yǎng)護(hù)措施、養(yǎng)護(hù)服役時(shí)間和分車道的交通量,則多元線性回歸模型為

(3)

式中:Y為瀝青路面使用性能PPI的修復(fù)值;xi為影響因素;βi為對(duì)應(yīng)影響因素的偏回歸系數(shù);ε為隨機(jī)誤差項(xiàng)。

為探究養(yǎng)護(hù)措施、養(yǎng)護(hù)服役時(shí)間和分車道交通量3個(gè)因素的變化對(duì)以上4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)產(chǎn)生的影響,將養(yǎng)護(hù)措施、養(yǎng)護(hù)措施服役時(shí)間和分車道的交通量作為自變量分別進(jìn)行擬合。預(yù)防養(yǎng)護(hù)措施主要包括AC-13、AC-16、SMA-13、超薄磨耗層、熱再生和微表處6種[16];措施服役時(shí)間取1、3、5、7、9、11的6個(gè)時(shí)間點(diǎn)[17];分車道交通等級(jí)分為輕交通、中等交通、重交通和特重交通4個(gè)等級(jí)[18]。其中,輕交通為大客車及中型以上的各種貨車交通量Q<600[輛/(km·車道)],中等交通Q∈[600,1 500),重交通Q∈[1 500,3 000),特重交通Q≥3 000。對(duì)6種預(yù)防養(yǎng)護(hù)措施、6個(gè)措施服務(wù)時(shí)間和4個(gè)分車道交通等級(jí)分別進(jìn)行瀝青路面性能修復(fù)度評(píng)價(jià),從而確定對(duì)應(yīng)影響因素的偏回歸系數(shù)。瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)性能修復(fù)度評(píng)價(jià)矩陣為

(4)

式中:Q為養(yǎng)護(hù)措施性能修復(fù)度評(píng)價(jià)矩陣;R為養(yǎng)護(hù)服役時(shí)間性能修復(fù)度評(píng)價(jià)矩陣;U為分車道交通量性能修復(fù)度評(píng)價(jià)矩陣;q為預(yù)防養(yǎng)護(hù)措施個(gè)數(shù);r為養(yǎng)護(hù)服務(wù)時(shí)間點(diǎn)數(shù);u為分車道交通量等級(jí)數(shù);k為使用性能修復(fù)度評(píng)價(jià)指標(biāo)。

通過(guò)多元線性回歸分析,將養(yǎng)護(hù)措施、養(yǎng)護(hù)服役時(shí)間和分車道交通量(自變量)對(duì)瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)使用性能修復(fù)值(因變量)的影響進(jìn)行定量分析,研究不同PPI值和不同養(yǎng)護(hù)修復(fù)度下的效益,從路面使用性能、養(yǎng)護(hù)修復(fù)度2個(gè)維度確定預(yù)防養(yǎng)護(hù)最佳時(shí)機(jī),為選擇合適的養(yǎng)護(hù)計(jì)劃方案提供依據(jù)。

3 基于養(yǎng)護(hù)修復(fù)度和性能衰變的預(yù)防養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)決策模型

3.1 預(yù)防養(yǎng)護(hù)計(jì)劃生成

在考慮瀝青路面病害養(yǎng)護(hù)修復(fù)度的情況下,建立預(yù)防養(yǎng)護(hù)計(jì)劃矩陣,由m×n個(gè)元素組成,即

(5)

式中:i表示當(dāng)初始瀝青路面使用性能PPI0持續(xù)到PPIi的預(yù)防養(yǎng)護(hù)時(shí)間;j表示路面養(yǎng)護(hù)修復(fù)度,%,用來(lái)表征瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)修復(fù)度J。

根據(jù)瀝青路面病害養(yǎng)護(hù)施工水平特點(diǎn),預(yù)防養(yǎng)護(hù)的修復(fù)度無(wú)法達(dá)到100%[5],考慮到養(yǎng)護(hù)措施、養(yǎng)護(hù)服役時(shí)間和分車道的交通量3種因素影響,將路面使用性能修復(fù)度分為5個(gè)等級(jí)(20%、40%、60%、80%、95%)進(jìn)行預(yù)防養(yǎng)護(hù)計(jì)劃矩陣分析,如圖2所示。Ti為執(zhí)行養(yǎng)護(hù)計(jì)劃pij的時(shí)間;TLi為預(yù)防養(yǎng)護(hù)后PPI降至閾值的時(shí)間。

圖2 預(yù)防養(yǎng)護(hù)計(jì)劃矩陣Fig.2 Preventive maintenance plan matrix

3.2 性能退化曲線分析

為預(yù)測(cè)瀝青路面性能退化,本文采用同濟(jì)大學(xué)孫立軍提出的標(biāo)準(zhǔn)衰變模型[19]

(6)

式中:PPI0為初始使用性能指數(shù);y為使用年限;α、β為模型的回歸參數(shù)。α為壽命因子,一般取值為 3～15;β為形狀因子,一般取值為0.2～2.0。

圖3(a)顯示隨著β值的增加,曲線從凹形變?yōu)榉碨形,表明路面性能衰變規(guī)律先快后慢,然后先慢后快再緩慢的過(guò)程;圖3(b)表明當(dāng)α增加時(shí),曲線從凹形變?yōu)榉碨形再逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橥剐?表征路面性能衰變規(guī)律由先快后慢,然后變?yōu)橄嚷罂煸倬徛?最后逐漸變?yōu)橄嚷罂斓倪^(guò)程。

圖3 性能退化曲線參數(shù)分析Fig.3 Parameter analysis of performance degradation curve

傳統(tǒng)的最佳時(shí)機(jī)決策模型中,性能退化曲線分析是在性能退化速率一個(gè)方面進(jìn)行表征的。在本決策模型中,瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)對(duì)性能退化曲線的影響主要表現(xiàn)在2個(gè)方面:瀝青路面使用性能的修復(fù)程度和退化速率的減緩,兩者均取決于養(yǎng)護(hù)時(shí)間、措施和成本。養(yǎng)護(hù)后服務(wù)性能的退化速度明顯較慢,表現(xiàn)為退化曲線的回歸系數(shù)增加,預(yù)防養(yǎng)護(hù)前后使用性能退化曲線如圖4所示。

圖4 預(yù)防養(yǎng)護(hù)使用性能退化曲線Fig.4 Performance degradation curve of preventive maintenance

圖4中,i為預(yù)防養(yǎng)護(hù)時(shí)間;j為路面養(yǎng)護(hù)修復(fù)度;PPI′為預(yù)防養(yǎng)護(hù)后的使用性能;Δij為PPI的修復(fù)值;α0、β0和αij、βij為養(yǎng)護(hù)前后退化曲線中的回歸系數(shù);Aij為瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)的效益面積;TLi為預(yù)防養(yǎng)護(hù)后PPI′降至閾值的時(shí)間。

修復(fù)值Δij與養(yǎng)護(hù)成本Cij的相關(guān)性[20]為

(7)

式中:C0為獨(dú)立于性能養(yǎng)護(hù)程度的固定成本;P為瀝青路面養(yǎng)護(hù)表面積;q為可通過(guò)反分析方法得到的成本參數(shù)。

3.3 環(huán)境-效益、成本效益分析

瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)的綜合效益分析[21]通常使用“效益面積”方法進(jìn)行量化,如圖4中陰影面積所示,計(jì)算式為

(8)

在“碳達(dá)峰、碳中和”理念下,將環(huán)境效益分析納入最佳養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)的分析方法,降低壽命周期環(huán)境影響及費(fèi)用,對(duì)提高養(yǎng)護(hù)方案的效益及可持續(xù)性具有重要意義。效益-環(huán)境指標(biāo)包括效益-能耗和效益-溫室氣體排放,瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)工程效益-環(huán)境指標(biāo)計(jì)算過(guò)程如下。

(9)

G=∑Mi·gi+∑mi·si+∑Fi·si·Ni·ρ

(10)

(11)

式中:E為瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)所需能耗,MJ;E0為瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)作業(yè)所需能耗,MJ;G為溫室氣體排放量,kg;BER為效益-能耗指標(biāo);BGR效益-溫室氣體排放指標(biāo);Ne為使用年限內(nèi)當(dāng)量軸載累計(jì)作用次數(shù);t為養(yǎng)護(hù)作用時(shí)間;v為車輛的行駛車速;養(yǎng)護(hù)作業(yè)時(shí)Mi為第i種原材料質(zhì)量,kg;gi為第i種原材料單位質(zhì)量溫室氣體排放量,kg/kg;mi為第i種能源消耗質(zhì)量,kg;Fi為第i種車輛的油耗值,MJ/L;si為第i種能源單位質(zhì)量消耗排放溫室氣體量,kg/kg;Ni為路段在分析期內(nèi)交通量;ρ為燃油密度,kg/L。

經(jīng)濟(jì)性分析部分采用效益-費(fèi)用指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析,效益-費(fèi)用指標(biāo)可表征路面養(yǎng)護(hù)壽命周期內(nèi)所能達(dá)到的性價(jià)比,效益-費(fèi)用指標(biāo)測(cè)算為

(12)

(13)

式中:EUACij為當(dāng)量平均年度預(yù)防養(yǎng)護(hù)費(fèi)用;Cij為預(yù)防養(yǎng)護(hù)成本;d為社會(huì)貼現(xiàn)率,一般取值為8%。

養(yǎng)護(hù)方案決策綜合指標(biāo)W[21]為

W=BER·ω1+BGR·ω2+BCR·ω3

(14)

式中ω1、ω2、ω3分別為相應(yīng)的權(quán)重值,采用路面養(yǎng)護(hù)方案決策中確定的權(quán)重值,分別為0.14、0.14、0.72。

BER、BGR、BCR代表單位養(yǎng)護(hù)產(chǎn)生的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益,較大的值表示較好的預(yù)防養(yǎng)護(hù)計(jì)劃,從而確定預(yù)防養(yǎng)護(hù)的最佳時(shí)機(jī)。因此,BCRij、BERij、BGRij的最大值用于確定最佳預(yù)防養(yǎng)護(hù)方案,包括最佳時(shí)間Ti和相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)修復(fù)度J。預(yù)防養(yǎng)護(hù)修復(fù)度J確定后,根據(jù)瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)修復(fù)度評(píng)價(jià)模型,可確定在一定交通負(fù)荷下實(shí)施的預(yù)防養(yǎng)護(hù)措施,從而使預(yù)防養(yǎng)護(hù)措施選擇理論依據(jù)更加充分。

3.4 最佳時(shí)機(jī)的決策過(guò)程

基于瀝青路面養(yǎng)護(hù)修復(fù)程度,對(duì)高速公路瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)進(jìn)行效益-費(fèi)用分析、環(huán)境影響分析,確定瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)最佳時(shí)機(jī),決策方法如圖5所示。

圖5 預(yù)防養(yǎng)護(hù)最佳時(shí)機(jī)的決策過(guò)程Fig.5 Decision-making process of preventive maintenance timing

4 實(shí)例分析

為驗(yàn)證模型的有效性與準(zhǔn)確性,選取某高速公路2015—2019年瀝青路面使用性能指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證,對(duì)PPI、PCI、RQI、RDI、SRI的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析。具體結(jié)果如圖6所示。

圖6 某高速公路瀝青路面使用性能指標(biāo)值統(tǒng)計(jì)Fig.6 Statistics of service performance index value of asphalt pavement of an expressway

某高速公路2015—2019年年平均日交通量統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 某高速公路年平均日交通量統(tǒng)計(jì)Table 1 Annual average daily traffic volume of an expressway

經(jīng)調(diào)研,該高速公路為雙向四車道,路面類型為半剛性基層瀝青路面,該路路面寬度為20 m,面層為4 cm+5 cm+6 cm厚的瀝青混凝土材料,初建時(shí)間為2004年,大修時(shí)間為2015年,路面出現(xiàn)的病害主要有修補(bǔ)類和裂縫類,這2類路面損壞占比70%和 25%,其余病害類型相對(duì)較少。

4.1 養(yǎng)護(hù)前使用性能退化曲線繪制

4.2 預(yù)防養(yǎng)護(hù)時(shí)間范圍計(jì)算

根據(jù)使用性能退化曲線,如圖7所示,在PPI處于[80,100]時(shí),計(jì)算出養(yǎng)護(hù)時(shí)間范圍為0～5.91 a。

圖7 養(yǎng)護(hù)前的使用性能退化曲線Fig.7 Service performance degradation curve before curing

4.3 預(yù)防養(yǎng)護(hù)計(jì)劃矩陣產(chǎn)生

從初始PPI0=92.1到預(yù)防養(yǎng)護(hù)的下限PPIL= 80.0的過(guò)程中,PPI值每0.5對(duì)應(yīng)一個(gè)養(yǎng)護(hù)時(shí)間,生成一個(gè)由125個(gè)元素組成的預(yù)防養(yǎng)護(hù)計(jì)劃矩陣

(15)

4.4 養(yǎng)護(hù)后的退化曲線預(yù)測(cè)

養(yǎng)護(hù)后的回歸系數(shù)是α=13.5和β=0.98(養(yǎng)護(hù)后α和β的合理值通過(guò)大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)加以改進(jìn)得到),養(yǎng)護(hù)后的退化曲線方程式為

(16)

4.5 預(yù)防養(yǎng)護(hù)最佳時(shí)機(jī)確定

采用“效益面積”法計(jì)算效益面積,如圖8所示,由式(8)計(jì)算得到Aij;考慮不同養(yǎng)護(hù)方案的修復(fù)程度,計(jì)算得出不同養(yǎng)護(hù)方案的修復(fù)值Δij,由式(7)得到養(yǎng)護(hù)成本Cij,然后采用式(12)計(jì)算EUACij的值,最后由式(9)(10)計(jì)算出E和G,式(11)(13)計(jì)算出BCR、BER和BGR和綜合W,結(jié)果如圖9、表2所示。

表2 預(yù)防養(yǎng)護(hù)最佳時(shí)間確定Table 2 Determination of preventive maintenance timing

圖8 瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)的效益面積AijFig.8 Benefit area Aij of preventive maintenance of asphalt pavement

圖9 預(yù)防養(yǎng)護(hù)最佳時(shí)機(jī)分析Fig.9 Analysis on preventive maintenance timing

圖9表明,隨PPI、養(yǎng)護(hù)修復(fù)度的增加,預(yù)防養(yǎng)護(hù)效益整體均呈上升趨勢(shì),但上升至一定程度,效益會(huì)有所下滑,表征在養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)相對(duì)早、路況水平相對(duì)高的標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行預(yù)防養(yǎng)護(hù)會(huì)獲得最佳效益;在相同的效益-費(fèi)用、效益-能耗和效益-排放下,可從PPI值、養(yǎng)護(hù)修復(fù)度2個(gè)維度進(jìn)行預(yù)防養(yǎng)護(hù)計(jì)劃方案的替換。

由表2可得,該高速公路在綜合考慮費(fèi)用、環(huán)境因素時(shí),預(yù)防養(yǎng)護(hù)最佳時(shí)機(jī)PPI=90、修復(fù)度為60%,在最佳時(shí)機(jī)PPI為85.0～87.5、修復(fù)度為80%～95%時(shí)可獲得更好的環(huán)保效果。該模型確定養(yǎng)護(hù)時(shí)PPI均大于傳統(tǒng)模型,數(shù)值相差不大,但其在路面使用性能、修復(fù)度2個(gè)維度下確定的預(yù)防養(yǎng)護(hù)最佳時(shí)機(jī),使養(yǎng)護(hù)作業(yè)更加精細(xì)化。結(jié)果說(shuō)明,在養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)相對(duì)早、路況水平相對(duì)高的標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行預(yù)防養(yǎng)護(hù),能夠獲得較大的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效果。

4.6 合理預(yù)防養(yǎng)護(hù)方案選擇

瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)PPI修復(fù)程度Y與養(yǎng)護(hù)措施、養(yǎng)護(hù)服役時(shí)間和分車道交通量的回歸曲線表示為

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從綜合效益來(lái)看,該高速公路預(yù)防養(yǎng)護(hù)的最佳時(shí)機(jī)PPI=90、養(yǎng)護(hù)修復(fù)度為60%,根據(jù)式(17),可選擇不同的養(yǎng)護(hù)方案。以重交通為例,設(shè)定服役時(shí)間為5a,可選AC-16或超薄磨耗層進(jìn)行預(yù)防養(yǎng)護(hù),使Y達(dá)到91.36,且成本效益、環(huán)境效益綜合達(dá)到最佳。

5 結(jié)論

1) 提出基于瀝青路面養(yǎng)護(hù)修復(fù)度的預(yù)防養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)研究模型,模型考慮養(yǎng)護(hù)后瀝青路面修復(fù)性能程度,從PPI、養(yǎng)護(hù)修復(fù)度2個(gè)維度確定預(yù)防養(yǎng)護(hù)最佳時(shí)機(jī),為選擇合適養(yǎng)護(hù)計(jì)劃方案提供依據(jù)。

2) 將環(huán)境效益分析納入最佳養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)的分析方法中,對(duì)提高養(yǎng)護(hù)方案效益及可持續(xù)性具有重要意義。采用效益-費(fèi)用、效益-能耗和效益-排放分析法,綜合考慮養(yǎng)護(hù)時(shí)間、養(yǎng)護(hù)修復(fù)度和費(fèi)用與環(huán)境,確定預(yù)防養(yǎng)護(hù)最佳時(shí)機(jī),并給出高速公路瀝青路面最佳預(yù)防養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)決策流程圖。

3) 通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證,得出某高速公路可根據(jù)所追求的目標(biāo)確定預(yù)防養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī),綜合考慮費(fèi)用和環(huán)境因素,預(yù)防養(yǎng)護(hù)最佳時(shí)機(jī)PPI值為90、修復(fù)度為60%,結(jié)果說(shuō)明,在養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)相對(duì)早、路況水平相對(duì)高的標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行預(yù)防養(yǎng)護(hù),能夠獲得較大經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效果;在最佳時(shí)機(jī)PPI為85.0～87.5、修復(fù)度為80%～95%可獲得更好環(huán)保效果。