高速公路路基養(yǎng)護(hù)評價(jià)方法研究

摘要：目前國內(nèi)外對高速公路路基的養(yǎng)護(hù)檢測非常重視。其主要對路基病害的嚴(yán)重程度進(jìn)行評價(jià)，雖說各國都已經(jīng)開始重視高速公路路基的養(yǎng)護(hù)檢測，但是到目前為止還沒有一套用于初步診斷路基性能的高速公路網(wǎng)路基養(yǎng)護(hù)評價(jià)方法。本文分析了路基破壞的特性及成因，探討了高速公路路基養(yǎng)護(hù)評價(jià)方法。

關(guān)鍵詞：高速公路；路基養(yǎng)護(hù)；評價(jià)方法

據(jù)報(bào)道，我國高速公路里程突破45000公里，在我國鋪筑的4萬公里高速公路中，除了少數(shù)幾條高速公路在使用10余年后仍然只需通過表面處理就可恢復(fù)路面的使用性能外，其余的基本上都達(dá)不到設(shè)計(jì)年限就需要“大修”，普遍發(fā)生了早期破壞。一些高速公路建成通車后不久，短的幾個(gè)月，長的2-3年，就不得不進(jìn)行大面積維修。早期修建的一些高速公路，在沒有達(dá)到設(shè)計(jì)年限的情況下，也開始進(jìn)行大修。

一、路基破壞的特性及成因分析

1.基層。高速公路的半剛性基層厚度多在20cm左右，采用水泥穩(wěn)定碎石（或礫石）或石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石（或礫石）。半剛性底基層厚20-40cm，采用的材料有石灰土、水泥土、二灰土、二灰砂、二灰和水泥石灰土等。半剛性材料層的總厚度通常不超過60cm，最薄為40cm。半剛性材料路面的承載能力取決于半剛性材料層的質(zhì)量和厚度因素，如果基層或底基層質(zhì)量不好或不均勻性大，不能形成一個(gè)完整的整體，容易導(dǎo)致瀝青路面產(chǎn)生局部破損。在路面設(shè)計(jì)和施工都符合要求的情況下，半剛性路面的結(jié)構(gòu)性破壞常發(fā)生在行車道的輪跡帶上。在輪跡帶上先產(chǎn)生縱向細(xì)小裂縫，而后產(chǎn)生通過輪跡帶的橫向裂縫，最后發(fā)展成網(wǎng)裂和形變。

2.填土路堤路基產(chǎn)生縱向不均勻沉降，使路面頂面產(chǎn)生波滾式的不平整。其產(chǎn)沉降的原因：一是原土地基產(chǎn)生固結(jié)變形，在填筑路堤之后，地基受到加載作用，產(chǎn)生壓縮變形。二是路堤本身產(chǎn)生固結(jié)變形，是與填土高度、土的性質(zhì)和壓實(shí)度密切相關(guān)。

二、高速公路路基養(yǎng)護(hù)評價(jià)方法

1.指標(biāo)體系。路基主要包括路肩、邊坡、排水設(shè)施和擋土墻4個(gè)部分。此4部分的功能各不相同，但它們又互相聯(lián)系共同為整個(gè)公路系統(tǒng)服務(wù)。因此，路基的評價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)從路肩、邊坡、排水設(shè)施和擋土墻4個(gè)部分分別展開。

（1）路肩是保證道路路基、路面整體穩(wěn)定性和排除路面水的重要結(jié)構(gòu)，同時(shí)也是為確保臨時(shí)停車所需兩側(cè)余寬的重要組成部分。路肩養(yǎng)護(hù)的好壞直接關(guān)系到路基路面強(qiáng)度、穩(wěn)定性和行車的安全暢通。當(dāng)路肩出現(xiàn)輕微破損時(shí)，影響了路面的平整度和堅(jiān)實(shí)性，并且會(huì)在車載及自然因素的作用下急劇演化成嚴(yán)重破損。嚴(yán)重破損的出現(xiàn)不僅是影響了路肩的使用性能，還會(huì)對路肩的穩(wěn)定性構(gòu)成威脅，從而對路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。此外，路肩養(yǎng)護(hù)除了保證無缺損外，還要保證路肩清潔、無雜物。路肩不清潔或者有雜物會(huì)使路面產(chǎn)生積水，無法保證臨時(shí)停車，還有可能在自然因素的作用下把雜物吹人路面而產(chǎn)生交通事故，影響行車安全。因此，路肩的破損和清潔狀況反映了路肩整體性能的好壞。

（2）邊坡的功能是保護(hù)路基邊坡表面免受雨水沖刷，防治路基病害、保證路基穩(wěn)定。當(dāng)邊坡出現(xiàn)沖溝、缺口等輕微破損時(shí)，會(huì)使雨水進(jìn)入邊坡土層從而加劇了邊坡的破損。當(dāng)邊坡破損較嚴(yán)重時(shí)，邊坡的穩(wěn)定性受到了影響，并且雨水會(huì)直接進(jìn)入路基土層從而降低了路基土的強(qiáng)度和回彈模量，影響了路基的穩(wěn)定性。因此，邊坡的缺損狀況反映了邊坡使用性能的好壞。

（3）排水設(shè)施的主要作用是將路基范圍內(nèi)的土基濕度降低到一定限度以內(nèi)，保持路基常年處于干燥狀態(tài)，確保路基路面具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。如果排水設(shè)施排水不順暢或者被堵塞，那么道路用地范圍的水將無法完全被排除，進(jìn)而使路基路面產(chǎn)生病害而影響了路基路面的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。此外，當(dāng)排水設(shè)施出現(xiàn)破損時(shí)，不但影響了排水設(shè)施的及時(shí)排水，而且會(huì)對路基邊坡產(chǎn)生沖刷從而影響了路基邊坡的穩(wěn)定性。所以，排水設(shè)施的排水順暢程度和破損程度反映了排水設(shè)施的整體性能。

（4）擋土墻的主要作用是支撐天然邊坡或人工填土邊坡以保證土體的穩(wěn)定。當(dāng)擋土墻出現(xiàn)嚴(yán)重破損時(shí)，會(huì)產(chǎn)生擋土墻傾斜、坍塌進(jìn)而失穩(wěn)，從而影響道路使用者的行車安全性。因此，擋土墻的破損狀況反映了擋土墻整體性能的好壞。

（5）通過以上功能和破損分析并結(jié)合路基養(yǎng)護(hù)的基本要求，確立了路基的評價(jià)對象（路肩、邊坡、排水設(shè)施和擋土墻）和各對象的評價(jià)指標(biāo)。

2.路基評價(jià)指標(biāo)體系分為目標(biāo)層、對象層和指標(biāo)層3層。對象層的4個(gè)對象（路肩、邊坡、排水設(shè)施和擋土墻）是目標(biāo)層（路基）的4個(gè)影響因素。每個(gè)對象的影響因素是其所對應(yīng)的指標(biāo)層的評價(jià)指標(biāo)，例如路肩的影響因素是缺損度和清潔度，邊坡的影響因素是缺損度等。通過對影響因素的加權(quán)分析建立了高速公路路基的養(yǎng)護(hù)評價(jià)模型。

3.參數(shù)的標(biāo)定方法。采用了主客觀相結(jié)合的評價(jià)方法。主觀評價(jià)是根據(jù)專家的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，對高速公路路基的性能狀況按照相應(yīng)的評價(jià)等級進(jìn)行評價(jià)，從而獲得主觀評價(jià)分值?？陀^評價(jià)是根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集方法對高速公路路基的實(shí)際損壞狀況進(jìn)行記錄評價(jià)。在獲得了主觀評分值和客觀評分值之后，建立起兩者之間的主客觀聯(lián)系，利用線性回歸的方法來標(biāo)定各模型的參數(shù)。

4.數(shù)據(jù)采集。各評價(jià)指標(biāo)的評價(jià)分值是通過數(shù)據(jù)采集來得到的。為了有效地對路基數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，建立了路基狀況調(diào)查表，通過此表可以獲得路基的客觀評價(jià)分值。為了增強(qiáng)調(diào)查表的實(shí)用性和可操作性，多次實(shí)地調(diào)查應(yīng)用、反復(fù)修改，并利用單因素方差分析法驗(yàn)證了表格的合理性。為了標(biāo)定高速公路路基評價(jià)模型，建立了主觀評分表。主觀評分表是利用養(yǎng)護(hù)工程師的經(jīng)驗(yàn)和知識對路基及各評價(jià)對象（路肩、邊坡、排水設(shè)施和擋土墻）的總體性能進(jìn)行評分。選取了30個(gè)高速公路路段，比較均勻的分布在高速公路網(wǎng)內(nèi)，路段的選取長度為1km，利用數(shù)碼照相機(jī)及攝像機(jī)記錄原始數(shù)據(jù)，并使用路基狀況調(diào)查表和主觀評分表進(jìn)行人工現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)。

5.某高速公路路基養(yǎng)護(hù)評價(jià)模型

（1）模型結(jié)果和模型檢驗(yàn)。根據(jù)模型參數(shù)的標(biāo)定方法，采集的30個(gè)高速公路路段數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析得到路基評價(jià)模型為：第一，分別是路肩、邊坡、排水設(shè)施和擋土墻的評價(jià)模型。第二，評價(jià)模型都通過檢驗(yàn)，模型的殘余標(biāo)準(zhǔn)差分別為1.29、1.73、2.46和1.82。這表明在95%的置信度水平下利用評價(jià)模型來計(jì)算路肩、邊坡、排水設(shè)施和擋土墻的評價(jià)分值時(shí)具有±2 的誤差，也就是分別具有±2.58、±3.46、±4.92和±3.64范圍的最大誤差。通過各評價(jià)對象的評價(jià)模型和評價(jià)指標(biāo)分值可計(jì)算得到路肩、邊坡、排水設(shè)施和擋土墻的模型計(jì)算值。在95%的置信度水平下利用路基評價(jià)模型來計(jì)算路基的評價(jià)分值時(shí)具有±1.78的誤差。

（2）模型的合理性。為了驗(yàn)證模型的合理性，對模型計(jì)算值與主觀評分值進(jìn)行相關(guān)性分析路肩、邊坡、排水設(shè)施、擋土墻和路基的模型計(jì)算值與主觀評分值的正比例函數(shù)系數(shù)分別為1.0013、0.999 5、1.006 3、0.9981和0.9953，絕對誤差都在±1%的范圍內(nèi)。所以模型計(jì)算值能很好地代替主觀打分值，也就是說路基評價(jià)模型能很好地反映路基的損壞狀況。

通過研究提出了一套從指標(biāo)體系、數(shù)據(jù)采集到參數(shù)標(biāo)定全過程的、適用于高速公路路基的網(wǎng)級評價(jià)方法。本方法用于對路基性能做初步診斷和評價(jià)，能夠?yàn)檫M(jìn)一步養(yǎng)護(hù)管理提供依據(jù)，具有簡單易操作的特點(diǎn)，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。

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