高速公路瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)管理決策

劉耘

(廣東能達(dá)高等級(jí)公路維護(hù)有限公司， 廣東 廣州 510000)

預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是指在路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度整體性較好，表層出現(xiàn)一定程度損壞但尚未達(dá)到大、中修指標(biāo)閾值時(shí)，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)預(yù)養(yǎng)護(hù)使路面質(zhì)量重新恢復(fù)。其核心目標(biāo)是在提高路面使用質(zhì)量(包括安全性、舒適性等)的同時(shí)，減少道路的全壽命周期成本。目前中國(guó)對(duì)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)管理決策進(jìn)行了廣泛探索，但普遍缺乏系統(tǒng)性，部分研究成果因技術(shù)分析過(guò)于嚴(yán)謹(jǐn)導(dǎo)致可操作性差，有的則因地域性局限明顯不能廣泛推廣。因此，有必要進(jìn)行系統(tǒng)分析，研究技術(shù)可行、可操作性強(qiáng)的瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)管理決策程序，規(guī)范瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)管理決策。

1 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案遴選程序

參照J(rèn)TG H20-2007《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》及JTJ 073.2-2001《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)，借鑒各地有關(guān)瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案遴選程序，制定如下預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案遴選程序：

(1) 注重前期養(yǎng)護(hù)檢測(cè)的規(guī)范化及數(shù)據(jù)積累，根據(jù)養(yǎng)護(hù)規(guī)范制定不同等級(jí)公路檢測(cè)頻次，第一時(shí)間對(duì)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并與累次數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。預(yù)防性養(yǎng)護(hù)主要采用的路況評(píng)定指標(biāo)為路面損壞狀況指數(shù)PCI、路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI(行駛質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo))、路面抗滑性能指數(shù)SRI(安全性評(píng)價(jià)指標(biāo))、路面車轍深度指數(shù)RDI(路面變形指標(biāo))、路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)PSSI(路面強(qiáng)度評(píng)價(jià)指標(biāo))。在條件允許的情況下，上述指標(biāo)優(yōu)先采用自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，以保證檢測(cè)的準(zhǔn)確性及快速性。

(2) 將當(dāng)期檢測(cè)數(shù)據(jù)與前期數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，在排除道路可能存在的結(jié)構(gòu)性病害后，判斷項(xiàng)目是否需要進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)及建議實(shí)施預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的路段。若未達(dá)到預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)指標(biāo)下限，可不進(jìn)行系統(tǒng)化預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。

(3) 根據(jù)路面損害類型及數(shù)量，視不同公路等級(jí)、不同交通量進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案初步遴選。缺少相關(guān)養(yǎng)護(hù)管理經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可參照表1推薦的養(yǎng)護(hù)方式進(jìn)行方案初選。

表1 瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)推薦方案

(4) 使用財(cái)務(wù)分析中等效年值法進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案投資效益比較，選取費(fèi)用最低的方案作為優(yōu)先推選方案。

(5) 結(jié)合項(xiàng)目具體內(nèi)外部條件，將養(yǎng)護(hù)施工后施工質(zhì)量、抗滑性能、舒適性等路面指標(biāo)及養(yǎng)護(hù)材料獲取便利性、是否符合綠色施工原則、對(duì)交通通行影響等外部性指標(biāo)進(jìn)行多因素加權(quán)綜合評(píng)價(jià)，結(jié)合上述等效年值法綜合確定技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、實(shí)施性強(qiáng)的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案。

2 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案遴選方法

2.1 初步遴選

根據(jù)表1中不同病害類型推薦的養(yǎng)護(hù)方案，中國(guó)現(xiàn)有預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案可分為封縫處治、封層處治、罩面處治三類。其中：封縫處治主要用于封閉瀝青路面表面淺層裂縫，防止表面雨水滲透至結(jié)構(gòu)層內(nèi)部造成在行車荷載及寒冷環(huán)境下凍脹破壞，封縫材料主要有密封膠、高粘度橡膠瀝青及抗裂貼等；封層處治是將路面損壞部位進(jìn)行整體性修補(bǔ)，根據(jù)施工設(shè)備限制，一般需進(jìn)行一段范圍連續(xù)鋪設(shè)，主要包括稀漿封層、碎石封層、微表處及復(fù)合封層等；罩面處治主要為薄層或超薄層罩面，一般加鋪厚度不超過(guò)4 cm，主要用于改善瀝青路面平整度、抗滑能力等整體性能。

上述預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案并非一成不變，一般瀝青路面會(huì)存在多種損害形式，宜根據(jù)主要損壞形式進(jìn)行方案初選。一種損害形式一般可采用不同的養(yǎng)護(hù)方案進(jìn)行處治，一種養(yǎng)護(hù)方案也可以處治不同損壞類型，應(yīng)根據(jù)公路等級(jí)、交通量等進(jìn)行選取。

2.2 經(jīng)濟(jì)性分析

預(yù)防性養(yǎng)護(hù)應(yīng)在保障路面高質(zhì)量運(yùn)營(yíng)的條件下盡可能降低道路全壽命周期運(yùn)營(yíng)成本，在進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案遴選時(shí)，經(jīng)濟(jì)性分析必不可少。而道路全壽命周期成本涵蓋各項(xiàng)投資費(fèi)用，如運(yùn)營(yíng)前的投資建設(shè)費(fèi)用、運(yùn)營(yíng)中的日常維護(hù)費(fèi)用、大中修費(fèi)用及達(dá)到使用壽命后的道路可利用殘值，若為融資型建設(shè)道路，還應(yīng)考慮利息償還等一系列費(fèi)用支出。若將全壽命周期各項(xiàng)費(fèi)用全部予以考慮，雖然技術(shù)上更合理，但可操作性將大大降低，也不利于遴選程序的大范圍推廣。考慮到預(yù)防性養(yǎng)護(hù)為運(yùn)營(yíng)過(guò)程中成本支出，在進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案對(duì)比時(shí)，可不考慮建設(shè)期費(fèi)用、道路殘值等費(fèi)用，使用財(cái)務(wù)分析中等效年值法進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案投資效益比較。首先確定各養(yǎng)護(hù)方案一次性建設(shè)所需費(fèi)用P，然后分列出各養(yǎng)護(hù)方案完成后路面再次損壞至目前技術(shù)狀況時(shí)可使用年限n，根據(jù)投資費(fèi)用P計(jì)算每年均攤費(fèi)用：

A=P(A/P,i,n)

為簡(jiǎn)化計(jì)算，可采用靜態(tài)財(cái)務(wù)分析，直接采用以下簡(jiǎn)化計(jì)算方式：

A=P/n

2.3 多因素加權(quán)綜合評(píng)價(jià)

經(jīng)過(guò)上述初步遴選及經(jīng)濟(jì)性分析后，可能還存在多個(gè)可行的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案，針對(duì)各項(xiàng)目特有的內(nèi)外部條件，可將影響方案實(shí)施的各因素進(jìn)行加權(quán)分析，以避免養(yǎng)護(hù)決策過(guò)程中主觀影響的決策偏差。引入多因素加權(quán)綜合評(píng)價(jià)系數(shù)ω，先列出影響因素并確定各影響因素權(quán)值比例，然后將不同預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案在各影響因素下進(jìn)行賦值，賦值范圍為1～5，該方案受該因素影響大則取高值，反之則取低值。最終根據(jù)多因素加權(quán)綜合評(píng)價(jià)矩陣(見(jiàn)表2)計(jì)算各方案多因素加權(quán)綜合評(píng)價(jià)系數(shù)ω，ω越大，項(xiàng)目越利于該方案實(shí)施。各地應(yīng)注重運(yùn)營(yíng)期間檢測(cè)資料積累，以保證影響因素分析及權(quán)值的準(zhǔn)確性。

表2 多因素加權(quán)綜合評(píng)價(jià)矩陣

注：影響因素及權(quán)值可根據(jù)項(xiàng)目特性進(jìn)行調(diào)整，但調(diào)整參數(shù)需經(jīng)專家評(píng)審后確定。

3 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)管理決策應(yīng)用

以某高速公路部分段落預(yù)防性養(yǎng)護(hù)為依托工程，該段落全長(zhǎng)約40 km，為瀝青路面，設(shè)計(jì)速度100 km/h。由于該路段連通某省會(huì)城市，車流量較大，達(dá)10 206 pcu/d，且重載車輛較多，瀝青路面已出現(xiàn)各種損壞，主要病害類型及數(shù)量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

由表3可知：1) 相對(duì)于其他路面損壞類型，裂縫類(含橫向、縱向)病害占比較大，龜裂病害比例也較大。由于道路運(yùn)營(yíng)中會(huì)不定期地對(duì)影響行車安全的較大病害進(jìn)行修補(bǔ)處理，該路段修補(bǔ)位置較多，而對(duì)道路運(yùn)行安全影響較大的坑槽病害較少。整體而言，該路段存在一定程度損壞，但損壞程度相對(duì)較輕。2) 對(duì)比左右幅病害數(shù)量，左幅損壞比例遠(yuǎn)高于右幅，除縱向裂縫數(shù)量左右幅相當(dāng)外，其他類型損壞左幅數(shù)量為右幅的2～14倍。這主要是由于左幅為通往省會(huì)城市方向，車輛一般滿載出發(fā)而空載返回，軸重不同導(dǎo)致左右幅差異顯著。進(jìn)行路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)左右幅進(jìn)行差異化考量。

表3 瀝青路面病害類型及數(shù)量

為判斷上述裂縫是否為結(jié)構(gòu)性貫穿裂縫，在全路段分別選取10條較大裂縫鉆芯取樣。芯樣外觀檢查顯示，只有2個(gè)芯樣存在貫穿基層裂縫，其余均為瀝青層裂縫，表明該路段結(jié)構(gòu)整體性相對(duì)較好，結(jié)構(gòu)安全性儲(chǔ)備較高。

基于上述分析，該路段預(yù)防性養(yǎng)護(hù)決策分析如下：1) 該路段左右幅路面損壞差異明顯，右幅遠(yuǎn)小于左幅，基于技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性考慮，可只對(duì)左幅進(jìn)行系統(tǒng)性預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，而右幅保持現(xiàn)有間斷性養(yǎng)護(hù)即可。2) 由于該路段交通量較大，應(yīng)按大交通量進(jìn)行養(yǎng)護(hù)方案遴選，且需按主要病害類型(縱、橫向裂縫及龜裂)進(jìn)行遴選。由于道路基層結(jié)構(gòu)相對(duì)完整，裂縫相對(duì)單一、連通裂縫少，該類病害宜采用封縫措施，以阻隔雨水通過(guò)裂縫滲入侵蝕道路內(nèi)部。對(duì)于龜裂類型損壞，可選取薄層罩面、復(fù)合封層及微表處進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)處治。3) 參照費(fèi)用效益計(jì)算公式進(jìn)行分析，該路段所有費(fèi)用均可自籌，不存在借貸利息等其他費(fèi)用，可采用簡(jiǎn)化方式計(jì)算，各方案計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。結(jié)果表明，微表處與薄層罩面的等效年度費(fèi)用相當(dāng)，均小于復(fù)合封層。4) 對(duì)初選3個(gè)方案進(jìn)行多因素加權(quán)綜合分析，按上述推薦的權(quán)值等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果顯示微表處、薄層罩面、復(fù)合封層的多因素加權(quán)系數(shù)分別為4.11、4.01、3.46，微表處與薄層罩面具有比復(fù)合封層更高的計(jì)算系數(shù)，即更具適用性。5) 綜上，建議該路段采用微表處或薄層罩面進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)。該路段實(shí)際采用4 cm AC-13薄層罩面進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)處治。

表4 推薦預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案的等效年度費(fèi)用計(jì)算

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)中國(guó)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)現(xiàn)狀的分析，提出一種技術(shù)可行、可操作性強(qiáng)的瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)管理決策程序，該程序主要分為初步遴選、經(jīng)濟(jì)性分析及多因素加權(quán)綜合評(píng)價(jià)分析。結(jié)論如下：

(1) 宜根據(jù)路面主要損壞形式進(jìn)行瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案初選，一種損害形式一般可采用不同的養(yǎng)護(hù)方案，一種養(yǎng)護(hù)方案也可以處治不同損壞類型，應(yīng)根據(jù)公路等級(jí)、交通量等進(jìn)行選取。

(2) 應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目具體內(nèi)外部條件，將各因素指標(biāo)進(jìn)行多因素加權(quán)綜合評(píng)價(jià)，結(jié)合等效年值法綜合確定技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、實(shí)施性強(qiáng)的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案。各地應(yīng)注重運(yùn)營(yíng)期間檢測(cè)資料積累，保證影響因素分析及權(quán)值的準(zhǔn)確性。

(3) 瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)管理決策程序技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理且實(shí)施性強(qiáng)，可用于預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案管理決策。