路面預防性養(yǎng)護時機確定方法探討

徐孝輝

摘 要 路面預防性養(yǎng)護時機的確定是預防性養(yǎng)護決策的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，時機確定過早會造成資金及成本上的浪費，時機確定過晚不能顯著改善路面狀況并降低效益，因此養(yǎng)護時機的選擇很重要。文章介紹了常用的預防性養(yǎng)護時機決策方法并對方法進行了探討，以供養(yǎng)護決策者參考。

關(guān)鍵詞 路面;預防性養(yǎng)護;時機確定

研究表明預防性的養(yǎng)護不僅可以緩解路面破壞程度，而且可以延遲比較昂貴的路面大中修時間，降低投資成本。路面預防性養(yǎng)護時機應該在路面良好的狀況，或者在遇到一些病害預兆時進行的有計劃的養(yǎng)護策略。預防性養(yǎng)護是一種社會效益和經(jīng)濟效益都很好的養(yǎng)護方法，但是，預防性養(yǎng)護的社會性以及經(jīng)濟性在很大程度上取決于養(yǎng)護的時機。如果養(yǎng)護時機確立的過早，就會造成資金以及成本上的浪費，如果養(yǎng)護時機確定的較晚，就錯過了最佳養(yǎng)護時機，從而降低經(jīng)濟效益。因此，路面預防性養(yǎng)護時機的確定非常重要，要把資金進行有效利用。這就需要憑借一系列科學的養(yǎng)護時機確定方法來發(fā)現(xiàn)路面功能的衰減趨勢，并對路面的狀況進行跟蹤調(diào)查，最后進行歸納以及判斷，從而得出合理的路面預防性養(yǎng)護時機。

1路面預防性養(yǎng)護時機確定方法的相關(guān)指標

1.1 路面狀況指數(shù)

路面破壞是由于各種因素作用于路面結(jié)構(gòu)所發(fā)生的現(xiàn)象，路面狀況指數(shù)反映了路面結(jié)構(gòu)的完整性，是路面預防性養(yǎng)護時機確定方法的重要指標之一，該指數(shù)在很多的路面管理系統(tǒng)中作為主要的數(shù)據(jù)。因此，這是預防性養(yǎng)護實際確定方法的路面性能評價指標。

1.2 行駛質(zhì)量指數(shù)

路面的行駛質(zhì)量指數(shù)是反映路面在行駛質(zhì)量方面所提供的性能的重要指標，路面的行駛質(zhì)量指數(shù)是根據(jù)國際平整度指數(shù)進行一系列計算的。根據(jù)路面的狀況可以分析出影響路面行駛質(zhì)量的因素是路面的平整度，包括路面行駛的安全性，經(jīng)濟性以及舒適性，這也是路面管理系統(tǒng)中采集的主要數(shù)據(jù)。因此，平整度成為度量路面使用性能的一項重要指標[1]。

1.3 抗滑系數(shù)

路面的一個重要功能就是保證使用者的安全，而路面抗滑性能是影響行車安全的主要因素，當路面的抗滑性能低于某一限度時，可通過經(jīng)濟、有效的預防性養(yǎng)護措施來恢復路面的抗滑性能，隨著人們對安全的重視程度提高，保證道路使用者的安全是至關(guān)重要的工作。因此，有必要將路面的抗滑性能作為確定預防性養(yǎng)護時機的一個指標。路面抗滑性能一般采用抗滑系數(shù)作為評價指標，路面抗滑系數(shù)以橫向力系數(shù)（SFC）表示。

1.4 車轍

車轍主要發(fā)生在路面投入使用的前期。車轍的出現(xiàn)不僅影響行車的舒適性，也影響行車的安全性。車轍達到一定深度后，車轍內(nèi)的積水不容易排除。一方面，降低了路面的抗滑性能，容易引發(fā)交通事故，另一方面如果不能及時排除積水向下滲入路面的情況，在行車荷載和凍融循環(huán)的作用下，極易引發(fā)其他病害的產(chǎn)生?，F(xiàn)有的養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范只是將車轍作為一種路面破損形式，不足以反映車轍對行駛舒適性和行車安全性的重要性[2]。因此，有必要將車轍作為確定預防性養(yǎng)護時機的指標之一。但作為預防性養(yǎng)護措施來處理，車轍會有一定的深度限制，當超過這個界限時，就不宜用預防性養(yǎng)護措施來處理了。

要確定路面預防性養(yǎng)護的最佳時機，首先要選擇路面使用性能的評價指標，但是對路面使用性能的影響因素不是單一的，因為路面使用性能具有多方面的屬性，所以在選取養(yǎng)護時機的方法時應從多方面考慮。

2路面預防性養(yǎng)護時機的確定方法

2.1 行駛質(zhì)量指數(shù)法和破壞指數(shù)法

在國外有機構(gòu)研究用行駛質(zhì)量指數(shù)法或破壞指數(shù)法來確定路面預防性養(yǎng)護的時機，比如密西根州運輸部在路網(wǎng)管理中，就用行駛質(zhì)量指數(shù)法和破壞指數(shù)法來表示路面的性能。根據(jù)目前的情況進行路面維修以及預防性養(yǎng)護決策的依據(jù)是破壞指數(shù)法。密西根州運輸部為了延遲由不平整度引起路面破壞，采用了行駛質(zhì)量指數(shù)法作為路面的預防性養(yǎng)護閾值研究[3]。若有了新的行駛質(zhì)量指數(shù)法的界限，就可以采用預防性的養(yǎng)護措施，從而提高路面的平整度，增加路面的使用期限。

2.2 基于時間或路況的方法

路面預防性養(yǎng)護是為了確保路面的正常使用，使路面盡量不出現(xiàn)功能失效的問題。因此，預防性養(yǎng)護理論研究必須弄清功能失效的時間，使路面功能還處于良好的狀態(tài)時進行養(yǎng)護。這時就采用基于時間或基于路況的方法作為路面預防性養(yǎng)護的方法。結(jié)合國內(nèi)外文獻可以看出，每種路面都需要進行預防養(yǎng)護的時間，霧狀封層的路面預防性養(yǎng)護時間為一到三年，裂縫填封路面預防性養(yǎng)護時間為二到四年，石屑和稀漿封層路面預防性養(yǎng)護時間為五到七年，薄層罩面路面的預防性養(yǎng)護時間為五到十年[4]。進行路面預防性養(yǎng)護的實際時間要根據(jù)交通情況以及環(huán)境的不同進行調(diào)整?；诼窙r的預防性養(yǎng)護是從路面的實際破壞情況出發(fā)，找出臨界破壞狀態(tài)，從而進行預防性養(yǎng)護措施。

2.3 效益費用評估法

效益費用評估法是用效益和費用的比值來進行衡量。效益是根據(jù)路面預防性養(yǎng)護，后期延長的路面壽命或者根據(jù)性能曲線的變化來判定的。性能曲線是結(jié)合路面的數(shù)據(jù)來確定的，性能會隨著進行的路面預防性養(yǎng)護措施而發(fā)生變化。費用則是根據(jù)單價。每種措施以及策略的費用都是根據(jù)管理部門的費用和用戶費來確定的，管理部門的費用包括設計費、養(yǎng)護費以及殘值，而用戶費用包括運營費、行程時間費以及事故費。

已經(jīng)知道路面性能指標，包括平整度指數(shù)、橫向力系數(shù)以及路面狀況指數(shù)等。衰變規(guī)律后，該指標的衰變曲線與上下效益基線圍成的面積為效益估算面積。當采用了預防性養(yǎng)護措施后，效益面積的增量稱之為預防性養(yǎng)護的效益面積。效益計算基線是計算效益面積的上下邊界， 反映在效益計算指標和時間關(guān)系圖上為平行于時間軸的直線[5]。效益面積增量為：實施預防性養(yǎng)護措施以后的性能衰變曲線與未采用預養(yǎng)措施時的性能曲線以及上下效益基線圍成的面積。采取預防性養(yǎng)護措施后的效果，用效益面積增量與未采取預養(yǎng)措施時效益面積的比值表示。最佳預防性養(yǎng)護時機是基于效果費用比得到的，最佳時機就是在費用最小而效果最大時，即效果費用比額E/C最大時是最佳的養(yǎng)護時機。

2.4 排序法

進行路面預防性養(yǎng)護是根據(jù)特征來預估的，但是有些特征不容易被定量化，比如交通分布以及經(jīng)驗和氣候條件的。因此，除了效益費用以外，還可以對預防性的養(yǎng)護措施進行整體的排序。排序法通常是通過安排養(yǎng)護的時間和對策，考慮到預算的約束以及優(yōu)先次序的要求來決策的項目規(guī)劃。路面預防性養(yǎng)護時間的安排可以遵循已經(jīng)設定的標準進行。比如使用性能的標準PCI，如果路面的PCI低于這個標準，就需要采取路面的預防性養(yǎng)護措施。在一定程度上路面的預防養(yǎng)護的時機和措施是分開的，可以使用性能參數(shù)進行項目的排序，也可以使用經(jīng)濟分析參數(shù)進行排序。

2.5 生命周期評估法

生命周期評估法是被廣泛應用的方法，指在一定的時間內(nèi)通過路面的出現(xiàn)費用以及折扣費用來評價經(jīng)濟價值的過程。當路面進行修建或重建時，就會用到生命周期評估法。路面預防性的養(yǎng)護推遲了昂貴的路面重修的活動，但預防性的養(yǎng)護要提前支付一定的費用，在不同的時期支付同樣多的費用，但有不同的經(jīng)濟價值，因此要進行一定的經(jīng)濟分析。這時的經(jīng)濟分析方法是把分析時期內(nèi)不同時間支付的費用，按照一定的貼現(xiàn)率轉(zhuǎn)化為現(xiàn)值，根據(jù)現(xiàn)值在等值的基礎上比較各種實施方案。

交通的發(fā)展提高了車輛結(jié)構(gòu)的變化以及載重的比例，由于這些因素的影響，造成了半剛性的基層結(jié)構(gòu)路面還沒有達到設定的年限，就發(fā)生了結(jié)構(gòu)性的破壞。而在這時，我們可以運用生命周期評估法，確定出半剛性基層的路面最合適的養(yǎng)護時機，從而達到維修資金的最少投入，提高路況的質(zhì)量。

2.6 決策矩陣法

在國外，有些公路管理部門用決策矩陣作為路面預防性養(yǎng)護的決策支持，比如密西根州運輸部認為薄層罩面路面的目的，是為了提高路面自身的結(jié)構(gòu)強度，因此就把薄層罩面路面納入到預防性的養(yǎng)護措施當中。當路面出現(xiàn)疲勞裂縫時，就不可以用微表處的預防性養(yǎng)護措施。當路面出現(xiàn)嚴重的車轍以及橫向，縱向的裂縫時，一般也不建議使用微表處的措施。

3關(guān)于路面預防性養(yǎng)護確定方法的探討

行駛質(zhì)量指數(shù)法和破壞指數(shù)法是建立在路面平整度以及行駛舒適性的關(guān)系上提出的。公路用戶對不同等級的公路有不同的行駛舒適性的要求和期望，公路的行駛質(zhì)量指數(shù)與公路的平整度呈反比。根據(jù)以往經(jīng)驗得出，進行路面維修和預防性養(yǎng)護決策的主要依據(jù)是破壞指數(shù)法。在行使質(zhì)量很差時破壞指數(shù)所達到的界限值才被用作路面進行重修或者大修的決策，在這種情況下，行駛質(zhì)量指數(shù)法的應用時比較消極的。

對于基于路況的預防性養(yǎng)護來說，不同破壞狀況的路面可能具有相同的PCI。有時候也會發(fā)生即使具有相近的PCI，但不同時期的路況變化情況是不同的。PCI一個綜合值，一般來說路面的損壞情況用PCI的值來衡量。首先，路面的損壞現(xiàn)象比較復雜，是由于路面結(jié)構(gòu)以及施工環(huán)境有所不同。PCI值僅僅是一個表面現(xiàn)象，是一種外觀的評價，忽略了實際情況，沒有深入了解具體引起路面破壞的原因是什么。因此，只憑PCI值不能決定采取哪一種具體的預防性養(yǎng)護措施。其次，PCI值的變化情況可以反映路面的使用性能，因此要使用PCI值及其變化率來作為使用性能的評價指標。最后，我國的一部分路面出現(xiàn)了功能性破壞，并且破壞速度比較快，所以用PCI值作為預防性的養(yǎng)護時機具有片面性。

效益費用法，生命周期評估法和排序法是從經(jīng)濟方面來解決預防性養(yǎng)護實際的辦法，但這些方法具有局限性。比如，用排序法進行路面預防性養(yǎng)護時機的選擇時，對優(yōu)先度排在前面的路段優(yōu)先進行養(yǎng)護，而對優(yōu)先度排在后面的路段則后進行預防性養(yǎng)護。但是經(jīng)過時間的推移，可能發(fā)生之前優(yōu)先度排在后面的路段遭到嚴重破壞而錯過了預防性養(yǎng)護的最佳的時機，這時就會導致路面的維護需要更大的維修成本。相反，優(yōu)先度排在前面的路段沒有進行預防性的維護，但過段時間路況的變化可能不是很大。而且用不同的標準進行排序，結(jié)果會不同。效益費用法和生命周期評估法在使用過程中容易受到主觀影響，實際的操作比較難。因此，效益費用法，生命周期評估法和排序法不適于作為預防性養(yǎng)護措施的主導辦法。

決策矩陣法是利用了當前的經(jīng)驗，可以較好地適應于當?shù)氐臈l件，比較適用于項目級的決策工具。首先，決策矩陣法不能從一個管理部門轉(zhuǎn)移到另一個管理部門。其次，決策矩陣法不能包含多種路面破壞類型，也不適合網(wǎng)級路面的預防性養(yǎng)護。因此，針對具體的項目，預防性養(yǎng)護措施的選取過程要比較復雜，不只要考慮路面類型，還要考慮路面破壞的嚴重程度以及費用效益等。最后，在對具體的項目進行預防性的養(yǎng)護措施時需要結(jié)合現(xiàn)場的實際情況。

4結(jié)束語

我國的氣候以及地形變化比較大，在進行路面的預防性養(yǎng)護時，要采用因地制宜的措施，根據(jù)不同的氣候特點以及路面的實際情況，選擇合適的預防養(yǎng)護時機，使路面可以繼續(xù)發(fā)揮其性能。路面預防性養(yǎng)護技術(shù)不僅要達到養(yǎng)護路面的效果，而且要減少資源浪費。綜上所述，預防性養(yǎng)護時機的選取應該基于路面的功能性能，在路面的功能惡化之前進行預防性的養(yǎng)護措施。因此，預防性養(yǎng)護時機研究的突破口是預防性養(yǎng)護路面的功能衰變。若路面功能性損壞沒有得到及時的修復，則會加速路面結(jié)構(gòu)性的破壞。一般來說，路面的大修以及重修是針對結(jié)構(gòu)性的破壞的，而路面的預防性養(yǎng)護只能解決功能性的損壞。

參考文獻

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