基于路用性能指標(biāo)的高等級公路瀝青路面預(yù)養(yǎng)護方案研究

王 磊

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

預(yù)養(yǎng)護技術(shù)全稱預(yù)防性養(yǎng)護技術(shù)，該養(yǎng)護技術(shù)產(chǎn)生于傳統(tǒng)公路養(yǎng)護技術(shù)之上，其完整的概念體系最早成型于20世紀(jì)八十年代。路面預(yù)養(yǎng)護技術(shù)指在路面尚未出現(xiàn)大規(guī)模病害且路面承載強度、變形尚處于良好狀態(tài)的條件下，為了遏制路面病害的繼續(xù)劣化，最大程度保持路面結(jié)構(gòu)的強度及剛度，而采取的一種前置性、針對性的路面養(yǎng)護處治措施[1-2]。

本文擬從高等級公路瀝青路面路用性能角度出發(fā)，建立路面通行工況評價模型，基于評價結(jié)果制定差異化的預(yù)養(yǎng)護方案，以增強瀝青路面預(yù)養(yǎng)護工作的精準(zhǔn)性和科學(xué)性。

1 高等級公路瀝青路面預(yù)養(yǎng)護技術(shù)分類

目前，工程上成熟的預(yù)養(yǎng)護方式較多，根據(jù)養(yǎng)護規(guī)模和工程量大小可將常見的預(yù)養(yǎng)護方式分為填縫類、封層類、薄層罩面及路面再生4種，具體工藝形式詳見表1所示。

表1 高等級公路瀝青路面預(yù)養(yǎng)護技術(shù)分類[2]

2 基于路用性能指標(biāo)的瀝青路面通行工況評價

2.1 高等級公路瀝青路面路用性能指標(biāo)研究

以現(xiàn)行高等級公路瀝青路面《養(yǎng)護規(guī)范》為基準(zhǔn)，計劃選取橫向力系數(shù)（SFC）、平整度指數(shù)（IRI）、車轍深度（RD）及裂縫率（CR）作為瀝青路面路用性能評價指標(biāo)[3]。

本文根據(jù)現(xiàn)行養(yǎng)護規(guī)范，對評價等級進行量化分級，為預(yù)養(yǎng)護前的路面通行工況綜合評價提供了依據(jù)，高等級公路瀝青路面預(yù)養(yǎng)護評價結(jié)果見表2。

表2 高等級公路瀝青路面預(yù)養(yǎng)護評價結(jié)果[3]

2.2 基于路用性能指標(biāo)的瀝青路面通行工況評價

為了客觀全面地評價瀝青路面的通行工況，從而更好地為路面預(yù)養(yǎng)護方案編制提供決策依據(jù)，單純使用一種路用性能指標(biāo)顯然是不合理的，應(yīng)同時兼顧上述4項指標(biāo)，充分考慮不同指標(biāo)對路面通行工況的影響權(quán)重，以求評價結(jié)果更加精準(zhǔn)客觀。據(jù)表2可知，不同指標(biāo)的指標(biāo)范圍差距較大，為了統(tǒng)一判斷標(biāo)準(zhǔn)，擬以量化等級，即：1級、2級、3級作為評價依據(jù)。

本文擬借助層次分析法建立路面指標(biāo)判斷模型，因素對比標(biāo)度以Saaty的1～9級標(biāo)準(zhǔn)度為準(zhǔn)[4]；層次分析模型中，至少應(yīng)包括目標(biāo)層和準(zhǔn)則層，本文構(gòu)建的層次分析模型見圖1。

圖1 瀝青路面通行工況層次分析模型

據(jù)圖1建立對應(yīng)的判斷矩陣D，采用求根法近似計算判斷矩陣的特征向量[3]，計算過程如式（1）：

采用專家咨詢法確定準(zhǔn)則層內(nèi)4項因素間的重要性對比量化結(jié)果，將量化對比結(jié)果代入式（1），得到層次分析模型對應(yīng)的判斷矩陣D如式（2）：

采用求根法近似計算判斷矩陣D的特征向量，特征向量即為準(zhǔn)則層相應(yīng)的指標(biāo)權(quán)重值，歸一化后的特征向量元素計算公式如式（3）：

經(jīng)計算，得到4項路用指標(biāo)評價權(quán)重結(jié)果，具體見圖2所示。

圖2 4項路用指標(biāo)評價權(quán)重結(jié)果

3 基于瀝青路面通行工況評價結(jié)果的路面預(yù)養(yǎng)護方案制定

3.1 瀝青路面預(yù)養(yǎng)護方案制定原則

為了實現(xiàn)瀝青路面預(yù)養(yǎng)護處治的精準(zhǔn)施策，同時提高養(yǎng)護方案編制的經(jīng)濟性和科學(xué)性，在編制預(yù)養(yǎng)護方案和謀劃預(yù)養(yǎng)護決策的過程中，應(yīng)堅持以下基本原則[4]：

a）技術(shù)先進 預(yù)養(yǎng)護技術(shù)應(yīng)優(yōu)先使用已納入養(yǎng)護規(guī)范的成熟技術(shù)或經(jīng)工程論證的新工藝，預(yù)養(yǎng)護后的路面應(yīng)滿足承載、平順、耐久及降噪等性能要求。

b）性價比高 在滿足技術(shù)先進的前提下，優(yōu)先使用成本低、投資小的預(yù)養(yǎng)護技術(shù)，以提高項目的單位養(yǎng)護效益。

c）施工便捷 預(yù)養(yǎng)護方案應(yīng)力求工藝簡潔、工期更短，盡量減少對在役公路正常通行的影響。

3.2 基于通行工況評價結(jié)果的預(yù)養(yǎng)護決策

本文提出的高等級公路瀝青路面預(yù)養(yǎng)護決策立足于瀝青路面路用性能之上，同時兼顧了不同路用性能指標(biāo)對路面工況評價的影響權(quán)重差異，最終養(yǎng)護方案選取以量化等級對應(yīng)的養(yǎng)護標(biāo)準(zhǔn)作為選定依據(jù)，考慮指標(biāo)權(quán)重的預(yù)養(yǎng)護評級結(jié)果Y計算公式如式（4）：

為統(tǒng)一判斷標(biāo)準(zhǔn)，以表2中給出的量化等級，即1、2、3作為計算取值參數(shù)，當(dāng)考慮性能指標(biāo)權(quán)重后的量化等級Y介于1.0～1.5級時，預(yù)養(yǎng)護方案按輕度養(yǎng)護標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行；當(dāng)考慮性能指標(biāo)權(quán)重后的量化等級Y介于1.5～2.5級時，預(yù)養(yǎng)護方案按中度養(yǎng)護標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行；當(dāng)考慮性能指標(biāo)權(quán)重后的量化等級Y介于2.5～3.0級時，預(yù)養(yǎng)護方案按重度養(yǎng)護標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。預(yù)養(yǎng)護方式選取標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 高等級公路瀝青路面預(yù)養(yǎng)護方式選取標(biāo)準(zhǔn)

4 工程案例分析

某高速公路1標(biāo)段建成通車超過5年，經(jīng)現(xiàn)場交通量調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該標(biāo)段位于重載交通路段，交通量常年高位運行，項目部擬對該標(biāo)段進行預(yù)養(yǎng)護施工，以延長瀝青路面的使用壽命，該項目采用本文提出的評價模型進行養(yǎng)護標(biāo)準(zhǔn)劃定。

經(jīng)現(xiàn)場路面檢測，得到的橫向力系數(shù)（SFC）、平整度指數(shù)（IRI）、車轍深度（RD）及裂縫率（CR）指標(biāo)對應(yīng)的量化等級見表4。

表4 1標(biāo)段路面現(xiàn)場檢測結(jié)果

引用表4中各指標(biāo)的權(quán)重值代入式（4），得到預(yù)養(yǎng)護評級結(jié)果Y值為1.62，介于1.5～2.5之間，根據(jù)表5給出的選取標(biāo)準(zhǔn)，故應(yīng)采用中度養(yǎng)護標(biāo)準(zhǔn)；施工現(xiàn)場綜合施工條件、機具配置、綜合成本等因素，最終決定選用微表處預(yù)養(yǎng)護方案。經(jīng)工程實踐檢驗，1標(biāo)段采取微表處預(yù)養(yǎng)護后，路面各項指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求，公路通行能力得到有效保障，管段內(nèi)的綜合養(yǎng)護成本得到明顯控制。

5 結(jié)語

本文基于路用性能指標(biāo)對路面通行工況的影響權(quán)重值，建立了適用于高等級公路瀝青路面通行工況的評價模型，借助評價模型計算了瀝青路面當(dāng)前的劣化等級；同時，根據(jù)預(yù)養(yǎng)護評級結(jié)果Y值所處區(qū)間，給出了路面預(yù)養(yǎng)護方案的選取依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)的預(yù)養(yǎng)護方案精準(zhǔn)決策提供了理論依據(jù)；工程實踐表明，該評價模型給出的預(yù)養(yǎng)護選取標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)可行，能夠最大限度發(fā)揮路面預(yù)養(yǎng)護的作用和功能，為進一步實現(xiàn)公路養(yǎng)護資源的優(yōu)化利用提供了重要參考。