高速公路路面基于檢測數(shù)據(jù)的養(yǎng)護(hù)方案模型構(gòu)建淺析

王林芳，何倩超

(貴州高速公路集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽 550014)

0 引 言

目前，我國高速公路通車?yán)锍桃殉^13萬km，且高速公路已逐漸由“建養(yǎng)并重”轉(zhuǎn)為“養(yǎng)護(hù)為重”的發(fā)展階段，高速公路的養(yǎng)護(hù)日益受到重視，而養(yǎng)護(hù)方案決定了高速公路的養(yǎng)護(hù)成本及使用壽命，合理的養(yǎng)護(hù)方案能夠有效利用養(yǎng)護(hù)資金，提高路面的使用性能，實(shí)現(xiàn)高速公路的綠色發(fā)展?；诖耍疚慕Y(jié)合對路線的檢測數(shù)據(jù)，以各指標(biāo)的檢測結(jié)果為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)規(guī)范、歷年檢測數(shù)據(jù)、歷史養(yǎng)護(hù)方案及效果、路面交通量、氣候環(huán)境及現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)等因素進(jìn)行分析，構(gòu)建針對高速公路路面的養(yǎng)護(hù)方案模型。以更為充分挖掘、利用各路線的檢測基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，提出更為合理的養(yǎng)護(hù)建議方案，為管養(yǎng)單位后期養(yǎng)護(hù)提供有力技術(shù)支撐。

路面檢測指標(biāo)包括路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度(PSSI)、路面損壞狀況(PCI)、路面平整度(RQI)、路面車轍(RDI)、路面抗滑性能(SRI)，路面性能指數(shù)(PQI)由PCI、RQI、RDI、SRI按不同比例計(jì)算而得。參考《貴州省交通運(yùn)輸“十三五”公路養(yǎng)護(hù)管理發(fā)展規(guī)劃》中高速公路路面大中修建立標(biāo)準(zhǔn)：“高速公路路面狀況指數(shù)PQI≥85，以小修保養(yǎng)和預(yù)防性養(yǎng)護(hù)為主；對PQI≥70，且<85的路段采取中修工程”。以單指標(biāo)PQI為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行總體養(yǎng)護(hù)方案決策，提出了一種養(yǎng)護(hù)方案界定的標(biāo)準(zhǔn)，但僅以此提出養(yǎng)護(hù)方案，容易出現(xiàn)“一刀切”的問題，導(dǎo)致養(yǎng)護(hù)方案的片面性、單一性和無效性，無法針對實(shí)際情況提出有效的針對性養(yǎng)護(hù)方案。因此，在高速公路路面養(yǎng)護(hù)決策時，考慮《貴州省交通運(yùn)輸“十三五”公路養(yǎng)護(hù)管理發(fā)展規(guī)劃》中對PQI的要求同時，應(yīng)結(jié)合其它指標(biāo)的檢測結(jié)果綜合分析，提出有針對性的建議養(yǎng)護(hù)方案。

1 養(yǎng)護(hù)方案模型構(gòu)建分析

1.1 路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度(PSSI)是表征路面承載力的重要指標(biāo)，路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足是導(dǎo)致路面產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性病害的深層次主因之一，路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度主要由基層和路基提供，因基層開裂或路基強(qiáng)度不足則會引起路面出現(xiàn)橫、縱向裂縫等路面結(jié)構(gòu)性病害，無法有效滿足通車運(yùn)營的需要。因此，在養(yǎng)護(hù)決算分析時，應(yīng)首先考慮路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求的前提下，確定路面面層的養(yǎng)護(hù)方案。

以檢測路線的設(shè)計(jì)彎沉值為基準(zhǔn)點(diǎn)，評定路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分?jǐn)?shù)，根據(jù)養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)和結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，當(dāng)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在80及以上時，評定等級為良，路面結(jié)構(gòu)承載能力表現(xiàn)良好，能夠滿足道路通行的需要；當(dāng)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在80以下時，評定等級為中，路面結(jié)構(gòu)承載能力較差，有必要采取大修養(yǎng)護(hù)措施進(jìn)行及時養(yǎng)護(hù)。由此，確定路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的閾值分?jǐn)?shù)為80。當(dāng)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度(PSSI)在80以下時，建議針對該一公里路段進(jìn)行大修養(yǎng)護(hù)；當(dāng)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度(PSSI)80及以上時，應(yīng)在此基礎(chǔ)上結(jié)合其它檢測指標(biāo)對路段進(jìn)行養(yǎng)護(hù)方案分析評定。

1.2 路面損壞

依據(jù)《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 5421-2018)中對PCI指標(biāo)閾值的規(guī)定，PCI指標(biāo)閾值為90、85，當(dāng)PCI在90及以上時，路面無明顯損壞情況，病害嚴(yán)重程度為輕，建議結(jié)合其它指標(biāo)情況確定養(yǎng)護(hù)方案；當(dāng)PCI在85～90時，路面出現(xiàn)明顯損壞情況，但病害嚴(yán)重程度以輕度為主，在此范圍內(nèi)，根據(jù)規(guī)范，考慮RQI確定養(yǎng)護(hù)方案是預(yù)防性養(yǎng)護(hù)或修復(fù)養(yǎng)護(hù)；當(dāng)PCI在85以下時，根據(jù)規(guī)范，建議采用修復(fù)養(yǎng)護(hù)方案。

結(jié)合歷史檢測數(shù)據(jù)及養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)，PCI在85以下，根據(jù)病害嚴(yán)重程度應(yīng)當(dāng)細(xì)化修復(fù)養(yǎng)護(hù)方案，當(dāng)PCI在80～85時，高速公路路面破損多以小面積、分散性病害存在，且病害嚴(yán)重程度輕重并存，而PCI在80分以下時，路面多存在大面積、程度為重的病害，路面損壞情況嚴(yán)重。因此，綜合考量歷史檢測數(shù)據(jù)，考慮高速公路病害特點(diǎn)及《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 5421-2018)中的域值規(guī)定，針對PCI的域值定義為90、85、80，分為四個區(qū)間情況。

1.3 路面平整度

路面平整度是反映路面行車舒適性的重要指標(biāo)，依據(jù)《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 5421-2018)，路面平整度閾值為90、85，在高速公路養(yǎng)護(hù)工作中，對于路面平整度差的路段，主要以預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施如超薄磨耗層罩面進(jìn)行改善。在預(yù)防性養(yǎng)護(hù)和修復(fù)養(yǎng)護(hù)均能改善路面性能的時候，考慮養(yǎng)護(hù)成本問題，應(yīng)優(yōu)先選用預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，而當(dāng)路面損壞狀況較差時，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)不能有效解決路面性能衰減的問題，此時應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮修復(fù)養(yǎng)護(hù)。

因此，針對路面平整度的提升應(yīng)當(dāng)結(jié)合其它指標(biāo)情況，以確定路面需要預(yù)防性養(yǎng)護(hù)或是修復(fù)養(yǎng)護(hù)。根據(jù)《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定，路面平整度閾值為90、85，且需結(jié)合其它三個指標(biāo)PCI、RDI、SRI確定，分為三個區(qū)間情況。

1.4 路面車轍

路面車轍深度指數(shù)RDI反應(yīng)了路面抵抗車轍的能力，依據(jù)《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 5421-2018)，路面車轍閾值為80，當(dāng)RDI在80及以上時，結(jié)合其它指標(biāo)采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，當(dāng)在80以下時，結(jié)合其它指標(biāo)采取修復(fù)養(yǎng)護(hù)。

由《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG H20-2007)中對車轍輕重的定義知，車轍深度10～15 mm評定為輕，車轍深度15 mm以上則為重，車轍深度指數(shù)RDI評定等級為中及以上時，車轍深度在15 mm及以下，表明當(dāng)RDI評定等級為中即分?jǐn)?shù)為70及以上時，路面車轍嚴(yán)重程度為輕，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施如微表處則可有效針對車轍為輕的路段進(jìn)行處治，提高路面的抗車轍能力，延長路面的使用壽命；而當(dāng)車轍深度指數(shù)等級在次及以下即分?jǐn)?shù)為70以下時，表明路面抗車轍能力嚴(yán)重失效，路面中面層則是抵抗車轍的主要結(jié)構(gòu)層，建議針對分?jǐn)?shù)為70以下的采取中修養(yǎng)護(hù)方案。

因此，有必要針對RDI為80以下的養(yǎng)護(hù)方案進(jìn)行細(xì)化分析。結(jié)合以上分析及規(guī)范規(guī)定，確定出路面車轍的閾值為80、70，分為三個區(qū)間情況。

1.5 路面抗滑

路面抗滑性能指數(shù)SRI反應(yīng)了高速公路路面的抗滑性能，其對行車的安全性有重要的影響。依據(jù)《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 5421-2018)，路面抗滑閾值為75。在預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中，Novachip超薄磨耗層和微表處有各自優(yōu)缺點(diǎn)，前者在改善路面平整度方面有較強(qiáng)的優(yōu)勢，后者則對路面車轍的改善有明顯優(yōu)勢，而兩者針對路面抗滑均有顯著提高作用。在養(yǎng)護(hù)方案模型構(gòu)建中，對路面平整度及車轍不同閾值區(qū)間已全覆蓋提出養(yǎng)護(hù)方案，包括預(yù)防性養(yǎng)護(hù)和修復(fù)養(yǎng)護(hù)，無論是預(yù)防性養(yǎng)護(hù)或修復(fù)養(yǎng)護(hù)，在改善路面平整度或車轍的同時，也能夠改善路面的抗滑性能。

因此，參考規(guī)范要求，對抗滑閾值界定為75，分為二個區(qū)間情況。

1.6 路面使用性能

路面使用性能是反應(yīng)高速公路路面整體狀況的綜合性指標(biāo)，參考《貴州省交通運(yùn)輸“十三五”公路養(yǎng)護(hù)管理發(fā)展規(guī)劃》中高速公路路面大中修建立標(biāo)準(zhǔn)：“高速公路路面狀況指數(shù)PQI≥85，以小修保養(yǎng)和預(yù)防性養(yǎng)護(hù)為主；對PQI≥70，且<85的路段采取中修工程”。在對貴州省高速公路的定期檢測數(shù)據(jù)分析以及對高速公路維修設(shè)計(jì)調(diào)查知，當(dāng)路面使用性能PQI評定分?jǐn)?shù)在70～85時，路面各項(xiàng)指標(biāo)表現(xiàn)均較差，路面破損較為嚴(yán)重，路面行駛質(zhì)量及路面抗車轍能力下降明顯。

因此，針對PQI在70～85間，結(jié)合發(fā)展規(guī)劃，建議采取中修養(yǎng)護(hù)方案，同時根據(jù)其它單項(xiàng)指標(biāo)情況細(xì)化中修養(yǎng)護(hù)方案。當(dāng)PQI在70以下時，路面使用性能嚴(yán)重下降，應(yīng)采取大修養(yǎng)護(hù)方案。當(dāng)PQI在85及以上時，參考指標(biāo)綜合確定養(yǎng)護(hù)方案?；谝陨戏治觯琍QI養(yǎng)護(hù)方案模型閾值界定為70、85，分為三個區(qū)間情況。

2 養(yǎng)護(hù)方案模型

《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 5421-2018)中對路面不同指標(biāo)情況下的路況提出了預(yù)防養(yǎng)護(hù)和修復(fù)養(yǎng)護(hù)。結(jié)合高速公路目前預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)情況，將預(yù)防養(yǎng)護(hù)確定為兩種類型，分別為Novachip超薄磨耗層和微表處。

Novachip超薄磨耗層對改善路面平整度、抗滑性能具有良好的效果，且該預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)已經(jīng)在各省多條高速公路得到應(yīng)用，施工技術(shù)成熟，應(yīng)用效果顯著。微表處則對路面輕度車轍具有明顯的改善效果。

修復(fù)養(yǎng)護(hù)則根據(jù)對近年來幾條高速公路維修養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)文件的調(diào)查，包括調(diào)查考慮維修養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)方案、驗(yàn)收檢測結(jié)果以及后期使用性能衰減情況，確定修復(fù)養(yǎng)護(hù)分為大修養(yǎng)護(hù)和中修養(yǎng)護(hù)，大修養(yǎng)護(hù)定義為維修包括基層及上中下面層的養(yǎng)護(hù)方案，中修養(yǎng)護(hù)分為維修包括上中面層和維修包括上中下面層的養(yǎng)護(hù)方案。具體養(yǎng)護(hù)方案如表1所示。

表1 養(yǎng)護(hù)方案類型分析表

根據(jù)對各指標(biāo)閾值界定分析，結(jié)合《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG5421-2018)中對不同單元情況提出的養(yǎng)護(hù)方案，綜合考量建養(yǎng)歷史、交通狀況、養(yǎng)護(hù)水平及技術(shù)等因素，構(gòu)建出適用于高速公路的基于檢測數(shù)據(jù)深度分析的養(yǎng)護(hù)方案模型。如表2所示。

表2 高速公路路面養(yǎng)護(hù)方案模型

3 結(jié) 論

我國高速公路進(jìn)入了“養(yǎng)護(hù)為主”的時期，每年對高速公路的定期檢測尤為重要，而對檢測數(shù)據(jù)的深度挖掘分析，并由此提出針對性的建議養(yǎng)護(hù)方案，可使管養(yǎng)單位充分了解管養(yǎng)路段路面狀況，在進(jìn)行養(yǎng)護(hù)決策時提供有力的技術(shù)建議參考，從而實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)資金的合理利用和提高養(yǎng)護(hù)決策的有效性，延長路面使用壽命，實(shí)現(xiàn)高速公路的綠色發(fā)展。