檢測(cè)數(shù)據(jù)變異性對(duì)高速公路瀝青路面使用性能評(píng)價(jià)的影響

宋海云

（天津市交通科學(xué)研究院，天津市 300074）

檢測(cè)數(shù)據(jù)變異性對(duì)高速公路瀝青路面使用性能評(píng)價(jià)的影響

宋海云

（天津市交通科學(xué)研究院，天津市 300074）

由于路面破壞是隨機(jī)發(fā)生的，路面性能指標(biāo)反映的數(shù)據(jù)也是隨機(jī)的。通過(guò)對(duì)這些使用性能數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理和分析，提出各路面性能單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)檢測(cè)數(shù)據(jù)變異性對(duì)其的影響,對(duì)比不同分析方式的結(jié)果優(yōu)劣，可選擇合適的路段代表值反應(yīng)路面實(shí)際狀況。

高速公路；瀝青路面；使用性能評(píng)價(jià)；檢測(cè)數(shù)據(jù)變異性

0 引言

路面使用性能評(píng)價(jià)在公路使用現(xiàn)狀評(píng)價(jià)與養(yǎng)護(hù)決策的決定中起到很重要的作用。它不僅提供了路面破損程度的大小，還給出了路面行駛質(zhì)量、路面車轍等能直觀反映路面狀況的指標(biāo)以及結(jié)構(gòu)的承載力等信息，反映出路面行駛質(zhì)量、結(jié)果完好程度等信息。養(yǎng)護(hù)部門可以以它為依據(jù)確定路面所需的養(yǎng)護(hù)和改建措施，并在之后的使用評(píng)價(jià)中提供參考信息。路面使用性能是由一系列的檢測(cè)數(shù)據(jù)體現(xiàn)出來(lái)的，各個(gè)檢測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)得來(lái)的最小單位是10 m或者20 m，但公路養(yǎng)護(hù)并不會(huì)將路段分為20 m一個(gè)單元進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，往往是用數(shù)據(jù)來(lái)表征較長(zhǎng)的一段公路性能。但正是因?yàn)檫@種表示方法，由于數(shù)據(jù)分布的不確定性，可能會(huì)給路面評(píng)價(jià)帶來(lái)不利的影響。

本次實(shí)驗(yàn)研究的主要對(duì)象是公路瀝青路面的使用性能，結(jié)合京津塘高速實(shí)際道路檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)這些使用性能數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理和分析，提出各路面性能單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)檢測(cè)數(shù)據(jù)變異性對(duì)其的影響,對(duì)比不同分析方式的結(jié)果優(yōu)劣。

1 對(duì)路面車轍評(píng)價(jià)的影響

以2010年京津塘高速（天津段）出京方向的車轍和平整度數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明數(shù)據(jù)變異性對(duì)路面性能預(yù)測(cè)的影響。

以里程樁號(hào)為K49+000～K50+000、K58+000～K59+000、K60+000～K61+000、K77+000～K78+000、K106+000～K107+000、K138+000～K139+000段為例，說(shuō)明檢測(cè)數(shù)據(jù)變異性對(duì)其的影響。

對(duì)K49～K50、K58～K59、K60～K61、K77～K78、K106～K107、K138～K139各段每10 m一個(gè)，共計(jì)100個(gè)車轍數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理，并對(duì)各路段100個(gè)車轍數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如圖1～圖3所示。

圖1 K49～K50段車轍深度與計(jì)算代表值

圖2 K58～K59段車轍深度與計(jì)算代表值

圖3 K58～K59段車轍深度與計(jì)算代表值

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，K49～K50段路面車轍數(shù)據(jù)變異性較小，與路段實(shí)際計(jì)算采用車轍深度相差不大。考慮其95%置信度求出的值為0.169 5，以最不利情況1.215+0.169 5考慮，該路段的RDI評(píng)價(jià)指標(biāo)仍為優(yōu)。該路段用其平均深度是合適的。

K58～K59段的方差為40.95，數(shù)據(jù)離散程度高，變異性很大。K58～K59段中，前半部分K58+ 010～K58+380與后半段K58+520～K59+000這兩部分的車轍較小，K390+000～K520+000這一段中車轍出現(xiàn)了較大幅度的增長(zhǎng)，車轍大于15 mm，甚至部分路段的車轍超過(guò)了20 mm，按公路養(yǎng)護(hù)規(guī)范所提出的標(biāo)準(zhǔn)，這部分路面的評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)為“次”。但是根據(jù)路段平均值得出的路面等分為83.18，評(píng)價(jià)為良。其中有28%的路面等級(jí)評(píng)價(jià)在良以下，準(zhǔn)確率為82%。而根據(jù)路段平均值得出的養(yǎng)護(hù)建議是不用采取養(yǎng)護(hù)措施，顯然這對(duì)于該路段是并不合適的。

對(duì)K60～K61段路面而言，其超過(guò)規(guī)范要求的修補(bǔ)限值15 mm的路段共有17個(gè)，集中分布在K60+ 150～K60+60+320、K60+640～K0+690、K0+840～K0+ 890段內(nèi)，可以看出，雖然路段損壞數(shù)據(jù)是隨機(jī)分布的，但是仍然能從其中找出一些分布規(guī)律。從部分路段來(lái)看，利用道路優(yōu)良率來(lái)代表其準(zhǔn)確程度，其與該段路的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)離散性，以方差表示是有一定關(guān)系的。

2 對(duì)路面平整度評(píng)價(jià)的影響

以2010年京津塘高速出京方向共100km的公路檢測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從中選擇具有代表性的路段來(lái)進(jìn)行分析。選取里程樁號(hào)為K62+000～K63+ 000、K63+000～K64+000、K69+000～70+000、K73+ 000～K74+000、K74+000～K75+000、K75+000～K76+ 000、K118+000～K119+000、K132+000～K133+000的路段原始IRI數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理、數(shù)據(jù)分析。路段IRI檢測(cè)使用的是快速設(shè)備檢測(cè)，按規(guī)范要求數(shù)據(jù)以20 m為一段長(zhǎng)期保存。因?yàn)槁访嫫秸葎澐譃?個(gè)大的等級(jí)，且得分等級(jí)在良以上的路段路用性能規(guī)范要求可只進(jìn)行日常養(yǎng)護(hù)，現(xiàn)按照以1 km為單位劃分的共計(jì)100個(gè)單位的路段進(jìn)行匯總分析，定義優(yōu)良率為1 km路段內(nèi)IRI指標(biāo)達(dá)到良及以上的子路段數(shù)數(shù)量與該路段內(nèi)總的分路段數(shù)的比值，如圖4所示。

圖4 京津塘高速各路段IRI統(tǒng)計(jì)方差與優(yōu)良率對(duì)照?qǐng)D

K62+000～K63+000和K63+000～K64+000段的IRI計(jì)算代表數(shù)據(jù)為同段路面中最低值，這兩個(gè)路段方差的計(jì)算值很小，僅為0.042 2和0.099 9，從圖5和圖6可以看出這兩段路的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)變化范圍小，幅度不大，數(shù)據(jù)變異性小。這兩段路的評(píng)價(jià)均為優(yōu)。從最小單元來(lái)看，K62～K63段的優(yōu)良率各達(dá)到100%和98%，說(shuō)明用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均值來(lái)代表是比較合適的。

圖5 K62～K63段實(shí)測(cè)IRI與計(jì)算代表值

圖6 K63～K64段實(shí)測(cè)IRI與計(jì)算代表值

由于得分標(biāo)準(zhǔn)是連續(xù)的1～100，不同得分代表的路段狀況也不同。為了更好地進(jìn)行養(yǎng)護(hù)管理，人為地將得分化為5段，以90分、80分、70分、60分為限。雖然對(duì)路段的得分評(píng)級(jí)結(jié)果一目了然，方式簡(jiǎn)單，易于操作，但接近于劃分界限處的路段評(píng)價(jià)是較為不準(zhǔn)確的。得分80.01與79.99相差僅為0.02，路面使用狀況相差不大，但是路用性能評(píng)價(jià)等級(jí)差了一個(gè)大段，在選取相對(duì)應(yīng)的養(yǎng)護(hù)措施時(shí)，養(yǎng)護(hù)方式也相差很大。顯然這種劃分方法顯然是不合適的。由圖8可以看出，K132～133段的計(jì)算代表IRI值為2.235 0，根據(jù)計(jì)算得出的RQI得分為90.00，評(píng)價(jià)為優(yōu)，其試驗(yàn)段數(shù)據(jù)方差為0.640 23，優(yōu)良率為94%。而根據(jù)實(shí)測(cè)得出的K98～K99段的計(jì)算代表IRI值為2.234 7，其對(duì)應(yīng)的RQI得分為90.00，路段評(píng)價(jià)指標(biāo)為優(yōu)，如圖7所示。該路段的方差為1.301 9，路段達(dá)到優(yōu)良水平的優(yōu)良率僅為88%。以20m為一段的路段分級(jí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表1?？梢悦黠@看出，雖然同為優(yōu)等級(jí)道路，K98～K99段的中水平以上道路數(shù)量要低于K132～133段，需要普通養(yǎng)護(hù)水平以上的路段更多，其路面平整度表現(xiàn)要差于K132～133段。因此，在得出路面使用性能評(píng)價(jià)等級(jí)時(shí)，仍需在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)分，得到更為準(zhǔn)確的結(jié)論。

圖7 K98～K99段實(shí)測(cè)IRI與計(jì)算代表值

圖8 K132～K133段實(shí)測(cè)IRI與計(jì)算代表值

表1 代表路段實(shí)際IRI情況分布表

從數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表（見(jiàn)表2）以及路段IRI分布圖（見(jiàn)圖9～圖11）可以看出，K73～K76段數(shù)據(jù)變異性比較大。這3段的方差數(shù)值分別為1.112、1.516、1.422，由計(jì)算代表數(shù)值計(jì)算得出RQI指數(shù)分別為82.11、86.86、84.61，路用性能評(píng)價(jià)等級(jí)為良，按規(guī)范這 3個(gè)路段均屬于只需日常維護(hù)的路面。K73～K74路段的眾數(shù)為3.854 5，此數(shù)值對(duì)應(yīng)的RQI得分為75.85，評(píng)價(jià)是中，而且從圖9可以看到，有很大一部分路面的IRI數(shù)值超過(guò)了規(guī)定的限值，顯然按照路段均值來(lái)代表這3個(gè)路段是不合適的。以方差和優(yōu)良率對(duì)應(yīng)來(lái)看，不是一種明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系。K74～K75段方差最大，但是其路面優(yōu)良率是最高的。方差僅表示一組數(shù)據(jù)的離散程度，而數(shù)據(jù)分布是隨機(jī)的，在大量數(shù)據(jù)的情況下，滿足統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的方差越小，其道路優(yōu)良率越高，做出的評(píng)價(jià)越接近事實(shí)。但是不能一概而論地將方差大小與優(yōu)良率放在一起比較，這兩組數(shù)據(jù)僅能做出一個(gè)大致的判斷，具體的細(xì)節(jié)仍需小心求證。例如K74～K75段路面優(yōu)良率達(dá)到82%，比較接近計(jì)算代表值得出的結(jié)論，但是圖10可以看出，IRI在該段分布中不均勻，前半段路面平整度較差，如果忽略該路段問(wèn)題，很可能這部分路面的平整度會(huì)更加快速惡化，影響路面的使用。

表2 代表路段實(shí)際IRI情況分布表

圖9 K73～K74段實(shí)測(cè)IRI與計(jì)算代表值

圖10 K74～K75段實(shí)測(cè)IRI與計(jì)算代表值

圖11 K75～K76段實(shí)測(cè)IRI與計(jì)算代表值

3 對(duì)路面損壞狀況評(píng)定的影響

將K43～K142段路面共計(jì)100km的路面破損數(shù)據(jù)進(jìn)行集中分析，為方便直觀地對(duì)路面破損有清晰的認(rèn)識(shí)，以路面破損率DR為指標(biāo)對(duì)路面平整度做出系統(tǒng)性的評(píng)價(jià)。從破損率分布圖（見(jiàn)圖12）來(lái)看，全線路面均達(dá)到優(yōu)良水平，按規(guī)范規(guī)定不用進(jìn)行特殊處理，只進(jìn)行日常養(yǎng)護(hù)就可以滿足路面使用條件。在對(duì)原始數(shù)據(jù)分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)是以100 m為單位記載的。每千米共10個(gè)數(shù)據(jù)。在對(duì)這10個(gè)一組的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后，做出優(yōu)良率與數(shù)據(jù)組方差對(duì)照?qǐng)D，如圖13所示。對(duì)照來(lái)看，破損率為良的3個(gè)路段，其方差數(shù)值均比同類的要大。

圖12 2010年京津塘高速路面破損率分布圖

圖13 2010年京津塘高速DR統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)方差與優(yōu)良率對(duì)照?qǐng)D

將路段K73+000～K74+000與路段K107+000～K108+000單獨(dú)列出進(jìn)行分析。這兩段路的方差大于同期其他數(shù)據(jù)。只有K107+300～K107～400處破損率超過(guò)限制，在這兩段路面中，均從300 m開(kāi)始至700 m路段破損率在0.37以上，需要養(yǎng)護(hù)部門加強(qiáng)管理檢測(cè)，如圖14所示。

圖14 K73～K74、K107～K108段DR分布值

4 結(jié)語(yǔ)

路面病害的發(fā)生是隨機(jī)的，這與路面修筑與養(yǎng)護(hù)使用過(guò)程中的各項(xiàng)因素如交通量、氣候、養(yǎng)護(hù)水平等息息相關(guān)。因此表征路面病害的檢測(cè)數(shù)據(jù)不具有統(tǒng)一的特征。但是通過(guò)對(duì)這些隨機(jī)分布的養(yǎng)護(hù)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)上的統(tǒng)計(jì)分析，可以找到一定的規(guī)律性，進(jìn)而對(duì)路面養(yǎng)護(hù)管理措施采取提供一定的理論依據(jù)。

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U416.2

A

1009-7716（2017）04-0190-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.056

2017-01-10

宋海云（1976-），女，天津人，高級(jí)工程師，從事道路工程設(shè)計(jì)工作。