現(xiàn)有路面養(yǎng)護(hù)工作分析研究及建議對(duì)策

樊鵬程

摘 要：通過(guò)查閱有關(guān)資料和養(yǎng)護(hù)工作現(xiàn)場(chǎng)觀察，再在已有的研究基礎(chǔ)上提出了一些路面養(yǎng)護(hù)工作的問(wèn)題與對(duì)應(yīng)建議。路面養(yǎng)護(hù)工作中不可忽視交通量軸載準(zhǔn)確調(diào)查與路面性能客觀評(píng)價(jià)，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作的應(yīng)用開展?？蔀橛嘘P(guān)部門開展養(yǎng)護(hù)工作規(guī)避一些不必要的錯(cuò)誤和資金投入損失。在路面技術(shù)指標(biāo)狀況調(diào)查、路面養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)決策等方面具有一定的指導(dǎo)性意義。

關(guān)鍵詞：路面養(yǎng)護(hù)；交通調(diào)查分析；軸載譜；預(yù)防性養(yǎng)護(hù)

引言

據(jù)最新統(tǒng)計(jì)公報(bào)，目前我國(guó)各類公路里程已經(jīng)上升至457.73萬(wàn)km，其中高速公路里程達(dá)13萬(wàn)km，交通建設(shè)取得巨大成就。養(yǎng)護(hù)工作亦愈發(fā)艱巨，當(dāng)前的養(yǎng)護(hù)工作還是尚且不能僭越路面結(jié)構(gòu)層來(lái)對(duì)路基開展養(yǎng)護(hù)，正因如此，管理系統(tǒng)內(nèi)資金合理投入至路面的養(yǎng)護(hù)和改建工作，作出正確決策發(fā)揮最佳效益，無(wú)疑顯得十分重要。

1 針對(duì)養(yǎng)護(hù)路段的準(zhǔn)確調(diào)研

1.1 路面結(jié)構(gòu)受力特性

多變的機(jī)械運(yùn)動(dòng)便對(duì)應(yīng)著路面多變的受力狀態(tài)。依據(jù)路面結(jié)構(gòu)的受力特性對(duì)養(yǎng)護(hù)路段應(yīng)當(dāng)有如下的劃分：直接修筑于自然土質(zhì)路基上的路面構(gòu)筑物；鋪裝層作為路面直接承載結(jié)構(gòu)，與調(diào)平層、橋面板共同組成橋梁上部結(jié)構(gòu)，撓曲時(shí)其受振動(dòng)慣性力較大；隧道中免于自然氣候侵蝕破壞且多設(shè)在仰拱之上的路面部分。這三大類的路面結(jié)構(gòu)的受力類型中，水平力、振動(dòng)力、土壓力、真空吸力等的來(lái)源量值比重差異明顯。

1.2 明確養(yǎng)護(hù)路段路面等級(jí)及幾何特性等

當(dāng)前我國(guó)將公路等級(jí)劃分為高速、一至四級(jí)、等外路，城市道路又可劃分為主干路、快速路、次干路、支路；路面承受車輛荷載的等級(jí)、路面的養(yǎng)護(hù)需要、對(duì)應(yīng)養(yǎng)護(hù)方能提供的資金亦逐級(jí)遞減的。但高前期投資換來(lái)的是使用性能緩降與養(yǎng)護(hù)工作的減少。

而平縱線形則有圓曲線、緩和曲線、凹凸豎曲線；橫斷面為橫向超高，在路面相交的特殊路段交叉口、分/匯流段等，車輛的運(yùn)行狀態(tài)會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，路面與車胎的作用分別主要表現(xiàn)為承載變化的橫豎向沖擊力，提供離心力力矢分量連續(xù)動(dòng)態(tài)變化，對(duì)瀝青路面則考驗(yàn)粗集料嵌擠作用與瀝青黏附作用，水泥混凝土路面則為砼的抗彎拉強(qiáng)度，不滿足時(shí)易出現(xiàn)車轍、縱橫裂縫等病害。

考慮運(yùn)行狀態(tài)是因車輛荷載對(duì)路面的作用表現(xiàn)為瞬時(shí)性，一般任一點(diǎn)的直接受荷時(shí)間在0.01s-0.10s，且依AASHTO的研究不同線型下運(yùn)行狀態(tài)中運(yùn)行速度增加實(shí)則延緩集料顆粒應(yīng)力傳遞，促使了路面結(jié)構(gòu)的剛度相對(duì)提高，有效削減路面變形可達(dá)20-40%。

2 道路養(yǎng)護(hù)工作與交通調(diào)查需緊密結(jié)合

任何道路均會(huì)從臨近路網(wǎng)吸收轉(zhuǎn)移交通流，進(jìn)而促使道路損傷發(fā)展，故對(duì)受載路段的交通流分析尤為重要。其中主要是交通特征參數(shù)與軸載譜的調(diào)查研究。盡管道路設(shè)計(jì)階段中有相應(yīng)交通調(diào)查資料作為預(yù)估，但或與實(shí)際相去較大，仍需基于交通調(diào)查得到實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作比對(duì)修正。

2.1 交通量

交通量是指一定時(shí)段內(nèi)各類車輛通過(guò)道路橫斷面的數(shù)量，通常采用人工計(jì)數(shù)法或機(jī)械計(jì)數(shù)法設(shè)點(diǎn)設(shè)站獲取，考慮車流時(shí)間分布特性，養(yǎng)護(hù)工作中可選采用年平均交通量AADT等，最終求和得到累計(jì)設(shè)計(jì)年限交通量。

應(yīng)用時(shí)交通量統(tǒng)計(jì)應(yīng)區(qū)分于不同種類的軸載類型，多車道渠化交通路段還應(yīng)分車道方向記錄（或取相關(guān)車道系數(shù)η），實(shí)際工作不可換算為當(dāng)量交通量；且實(shí)際設(shè)計(jì)年限的交通量年平均增長(zhǎng)率γ也并非定值，一般會(huì)隨著沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展而增大而后下降，最終穩(wěn)定，在選取設(shè)計(jì)值時(shí)需綜合當(dāng)?shù)貐^(qū)域發(fā)展水平和規(guī)劃、臨近道路的γ、對(duì)交通流吸引效果考慮選取。

2.2 軸載組成及換算分析

軸載譜結(jié)合交通量，更能綜合全面反映不同等級(jí)的軸載組成給路面結(jié)構(gòu)造成的損傷程度。我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為BZZ-100雙輪單軸組P=100kN，其他等級(jí)軸載依彎沉值和拉應(yīng)力進(jìn)行換算，求累計(jì)當(dāng)量軸載作用次數(shù)，經(jīng)交通調(diào)查[2]可列表如下：

N=

式中：N為標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量作用次數(shù)（次/天）；ni為各種被換算汽車的作用次數(shù)（次/天）；P為標(biāo)準(zhǔn)軸載（kN）；Pi為各種被換算車型軸載（kN）；C1為軸數(shù)系數(shù)，取值參見規(guī)范[1]；C2為輪組系數(shù)，雙輪組為1，單輪組6.4；K為被換算車型的軸載級(jí)別。

表1中軸載譜特征值P和β的計(jì)算原理可參見文獻(xiàn)[2]，二者確定每類車型的各種軸載在不同軸重區(qū)間的量值分布比重，更全面準(zhǔn)確反映實(shí)際交通軸載水平。取代表車型的軸載值后再結(jié)合交通量便可計(jì)算出各軸載的累計(jì)當(dāng)量作用次數(shù)。

全面考慮承受軸載對(duì)路面損壞，需進(jìn)行分析換算結(jié)果。某種車型的交通量和軸載、輪軸比也偏大，面層下應(yīng)力擴(kuò)散交叉疊加，必然會(huì)在累計(jì)當(dāng)量軸次占較大比重，其對(duì)路面作用最為嚴(yán)重，必要時(shí)對(duì)此類軸載車可采取交通管制等措施。分上下行須利用貨車的滿載系數(shù)、觀測(cè)站點(diǎn)分布情況進(jìn)行換算結(jié)果修正；而高等級(jí)路面渠化特征明顯、輪跡橫向分布固定時(shí)，對(duì)某一車道則應(yīng)計(jì)入車道系數(shù)折減，并且此時(shí)軸載的空間分布差異也將明顯擴(kuò)大，外、內(nèi)側(cè)車道的病害發(fā)展速度差異明顯。

路面養(yǎng)護(hù)是長(zhǎng)期和重復(fù)性過(guò)程，以上的交通調(diào)查和軸載分布調(diào)查需要不定期開展，減小離散性。除非設(shè)計(jì)年限內(nèi)車輛軸載分布長(zhǎng)期不變，否則不可將交通量增長(zhǎng)率與當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸次增長(zhǎng)率等同，且近來(lái)大型載貨車增長(zhǎng)加快和超載現(xiàn)象嚴(yán)重，兩者不宜采用同值參數(shù)計(jì)算。

3 路面技術(shù)狀況調(diào)查與狀況評(píng)價(jià)

3.1 技術(shù)狀況、調(diào)查狀況評(píng)價(jià)簡(jiǎn)述

路面養(yǎng)護(hù)工作也依賴建立合適使用性能預(yù)測(cè)模型，這對(duì)養(yǎng)護(hù)的周期和養(yǎng)護(hù)措施確定有重要意義。

路面使用性能指標(biāo)具體有PCI-路面損害狀況數(shù)；RQI-路面平整度；RDI-路面車轍深度指數(shù)；SRI-路面抗滑性能指數(shù)；PSSI-路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)。各類指標(biāo)數(shù)據(jù)的獲取方法與所需儀器可參閱有關(guān)資料，須按照規(guī)程流程化獲取記錄數(shù)據(jù)，且符合《公路技術(shù)狀況評(píng)定指標(biāo)》（JTG H20-2007）的相關(guān)規(guī)定。

3.2 相關(guān)分析建議

（1）最終目的是建立路面使用性能預(yù)測(cè)模型，調(diào)查的頻率需遠(yuǎn)大于規(guī)范所定，建議選取的周期值應(yīng)酌情取小，但過(guò)小會(huì)帶來(lái)投入費(fèi)用的迅速增長(zhǎng)，另一方面則更導(dǎo)致同一區(qū)段下重復(fù)檢測(cè)數(shù)據(jù)相差甚微，經(jīng)過(guò)回歸得到性能衰減模型的參數(shù)誤差增大，置信水平下降。

（2）所使用的調(diào)查方法可分為人工檢測(cè)手段和模數(shù)識(shí)別技術(shù)等的自動(dòng)化檢測(cè)手段，視情況采用。又鑒于目前存在低等級(jí)公路缺乏使用需求檢測(cè)設(shè)備閑置時(shí)間長(zhǎng)，大交通量線路引入設(shè)備缺乏必要保養(yǎng)維護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)人員做二次調(diào)查保證檢測(cè)結(jié)果的總偏差在容許范圍內(nèi)[4]。

（3）在現(xiàn)場(chǎng)不同設(shè)備得到結(jié)果做好數(shù)據(jù)相關(guān)性分析，一般需進(jìn)行多次測(cè)量，以RQI的測(cè)量為例，實(shí)際測(cè)量得到IRI，假定其服從正態(tài)分布的樣本（IRI1 IRI2 IRI3 IRI4 ... IRIn），均值為A，方差為？滓'2，總體的方差以無(wú)偏估計(jì)？滓2代替，結(jié)合上側(cè)分位數(shù)t？琢/2（n-1）得到RQI的代表值。利用的計(jì)算式如下從略，如表2。

（4）PCI和各性能指標(biāo)有允許最低限值，這是對(duì)路面抵抗病害發(fā)展的最基本保證，也是公路使用者和養(yǎng)護(hù)的價(jià)值體現(xiàn)；PSSI盡管沒(méi)有計(jì)入到路面使用性能指數(shù)計(jì)算，但不容忽視。優(yōu)先選擇測(cè)量代表回彈彎沉值CC進(jìn)行計(jì)算直接取樣測(cè)量因邊界條件改變，應(yīng)力無(wú)法擴(kuò)散，較實(shí)際路面受力狀態(tài)下偏差大。還需采集彎沉盆曲線的曲率，是路面結(jié)構(gòu)層抵抗車輛重復(fù)作用破壞的綜合能力反映[5]。

4 重視預(yù)防性養(yǎng)護(hù)與方案選擇

4.1 相關(guān)技術(shù)措施簡(jiǎn)述

針對(duì)瀝青路面多采用路表罩面、乳化瀝青封層技術(shù)、微表處噴層技術(shù)等；對(duì)剛性大的水泥砼路面的措施方案多為功能性加鋪，具體分為銑刨罩面、增設(shè)傳力桿、錯(cuò)臺(tái)磨平處治等。

4.2 相關(guān)分析建議

結(jié)合有關(guān)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)、路面性能預(yù)測(cè)模型來(lái)選擇更優(yōu)路面養(yǎng)護(hù)方案顯然對(duì)養(yǎng)護(hù)更有意義。一要確定預(yù)防性最佳養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)；鑒于不少路段在服役期內(nèi)得到過(guò)多次養(yǎng)護(hù)，有時(shí)在維修期間內(nèi)還進(jìn)行了交通管制、自然因素作用等，道路的實(shí)際預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時(shí)間多提前于最佳養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)，為修正可用基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（DEA）[6]一體優(yōu)化模型，最優(yōu)為輸入指標(biāo)最小值和輸出指標(biāo)最大值的組合[5]。切合實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益分析；需要利用生命周期分析法LCCA[4]，決策有較高的效益費(fèi)用比BCR。實(shí)際運(yùn)用還應(yīng)注重結(jié)合實(shí)際約束條件，保證模型的魯棒性。

5 結(jié)束語(yǔ)

路面養(yǎng)護(hù)工作是自路面服役開始就應(yīng)該重視啟動(dòng)的任務(wù)。它涉及到的方面廣、影響因素多。從交通調(diào)查、性能評(píng)價(jià)到模型建立績(jī)效分析的每一項(xiàng)工作環(huán)環(huán)相扣，應(yīng)時(shí)效科學(xué)地完成?，F(xiàn)階段既要加大（預(yù)）養(yǎng)護(hù)與研究的投入，針對(duì)養(yǎng)護(hù)工作的政策管理也亟待完善。

參考文獻(xiàn)

[1]謝旭華，肖華，宋磊.地方公路交通量調(diào)查數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用[M].濟(jì)南：山東交通科技出版社，2011.

[2]趙鴻鐸.實(shí)測(cè)軸載譜道路當(dāng)量軸載換算系數(shù)的確定[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2004（4）：1-6.

[3]曾維樵.基于軸載譜的路面結(jié)構(gòu)性能[J].沈陽(yáng)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015.

[4]劉朝輝.路面養(yǎng)護(hù)管理與維修技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2014.

[5]王韶松.廣東省公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)維修方式和效果的調(diào)查研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2016.

[6]王朝輝，王麗君.基于時(shí)段的瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)與對(duì)策一體優(yōu)化研究[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2010，23（5）：28-32.