北京市京承高速瀝青路面性能衰變規(guī)律分析

于保華，高玉梅，楊婉怡，盧兆洋，胡繼俠，鄧志坤

（1.北京首發(fā)公路養(yǎng)護(hù)工程有限公司，北京 102613；2.北京建筑大學(xué)，北京市城市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程技術(shù)研究中心，北京 100044；3.中國建筑土木建設(shè)有限公司，河南 濮陽 457000；4.河南中原公路勘察設(shè)計有限公司，河南 濮陽 457000）

引言

近年來，隨著高速公路建設(shè)的逐漸完善，很多高速公路開始進(jìn)入養(yǎng)護(hù)階段[1]。我國雖然已制定公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)規(guī)范，但由于缺乏路面性能的歷史數(shù)據(jù)，對高速公路的性能衰變規(guī)律的研究依然較少[2-5]。而路面性能預(yù)測對道路養(yǎng)護(hù)部門來說至關(guān)重要，預(yù)測結(jié)果往往主導(dǎo)著養(yǎng)護(hù)決策的制定。在瀝青路面性能預(yù)測方面，國內(nèi)外學(xué)者相繼提出了力學(xué)法、經(jīng)驗法與力學(xué)經(jīng)驗法[6]。美國公路與運輸協(xié)會在1993年出版的AASHTO中提出以PSI作為評價路面性能的重要評價指標(biāo)[7]；國內(nèi)較早的衰變預(yù)測方程由孫立軍和劉喜平[8]提出；張洪偉等[9]采用灰色模型對路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)進(jìn)行了研究；孔祥杰[10]采用指數(shù)衰減模型對瀝青路面性能進(jìn)行了預(yù)測，此類指數(shù)模型對瀝青路面預(yù)測具有良好的適用性。

1 路面性能指標(biāo)

路面性能評價指標(biāo)有路面狀況指數(shù)（PCI）、路面行駛質(zhì)量指數(shù)（RQI）、路面車轍深度指數(shù)（RDI）、路面抗滑性能指數(shù)（SRI）與路面綜合評價指數(shù)（PQI）。根據(jù)《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG 5210—2018）要求，將京承高速公路收集到的路面性能原始數(shù)據(jù)帶入相應(yīng)公式計算，可得到歷年路面性能評價指標(biāo)的數(shù)據(jù)，六環(huán)高速公路歷年路面性能評價指標(biāo)見表1。

表1 京承高速歷年路面性能評價指標(biāo)檢測數(shù)據(jù)

2 北京市道路衰變預(yù)測模型

2.1 指數(shù)預(yù)測模型

經(jīng)前期大量研究，可得到性能指標(biāo)數(shù)據(jù)與路齡呈指數(shù)關(guān)系：

式中：Yt—路齡t年時的路面性能評價指標(biāo)數(shù)據(jù)；Y0—預(yù)測起始年的路面性能評價指標(biāo)數(shù)據(jù)；a—路面參數(shù)，反映養(yǎng)護(hù)狀況、交通量、路面結(jié)構(gòu)對路面的影響。

2.2 京承高速衰變預(yù)測模型及精度檢驗

由于道路的齡期不同，經(jīng)過不同養(yǎng)護(hù)處置措施的恢復(fù)率也不一樣，鑒于高速道路使用年限為15 a，養(yǎng)護(hù)黃金年限為一個周期內(nèi)的前10 a。以北京市京承高速三期為例，根據(jù)不同數(shù)據(jù)單調(diào)遞減分布規(guī)律的差異性，選取公路路齡為2～4 a的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，得到適用于京承高速的衰變預(yù)測模型，再利用模型對后面5～8 a的路面性能數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，并與實際數(shù)據(jù)對比得到預(yù)測精度。表2為線性回歸后的預(yù)測模型；表3為模型預(yù)測精度檢驗結(jié)果。

表2 北京市京承高速有關(guān)路面性能的回歸模型

表3 京承高速使用年限與路面性能檢測和模擬

由表3與圖1可知，對于短期預(yù)測（1～2 a），模型中各路面性能指標(biāo)的預(yù)測精度都能達(dá)到96%左右，而對于長期預(yù)測（3～4 a），由于路面養(yǎng)護(hù)帶來的影響，使得預(yù)測精度降低，但也能達(dá)到91%以上，證明此模型具備很高的精度。對于養(yǎng)護(hù)決策最為重要的兩個指標(biāo)，模型預(yù)測PCI值的精度在93%左右，模型預(yù)測RQI的精度在98%以上。對于剩下的指標(biāo)，由于連續(xù)幾年養(yǎng)護(hù)的影響，模型預(yù)測RDI值的精度在91%左右，SRI的預(yù)測精度在93%左右，PQI的預(yù)測精度在95%以上。因此，模型可以較好地預(yù)測各項路面性能的發(fā)展規(guī)律，為養(yǎng)護(hù)決策的制定提供精確地指導(dǎo)。

圖1 京承高速衰變預(yù)測模型各指標(biāo)殘差檢驗對比

3 結(jié)語

（1）根據(jù)京承高速歷年路面性能數(shù)據(jù)，建立了關(guān)于PCI、RQI、RDI、SRI與PQI五種路面性能指標(biāo)的回歸模型，擬合精度較好，都在91%以上，具有較高的關(guān)聯(lián)度。（2）利用回歸模型對目標(biāo)高速路面性能各項評價指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測，并將預(yù)測值與實際測量值對比，發(fā)現(xiàn)京承高速衰變預(yù)測模型的預(yù)測精度均高于91%，證明此模型用于路面性能預(yù)測效果良好，可為養(yǎng)護(hù)決策的制定提供精確指導(dǎo)。