基于養(yǎng)護經濟效益的微表處預養(yǎng)護時機分析

曹海利， 付麗紅

(1.徐州市交通規(guī)劃設計研究院， 江蘇 徐州 221006；2. 中國礦業(yè)大學， 江蘇 徐州 221116)

預防性養(yǎng)護是確保路面安全、舒適運營的關鍵。路面預防性養(yǎng)護方法較多，需根據路面狀況科學選擇。姚玉玲等對瀝青路面預防性養(yǎng)護時機進行研究，建立了全壽命周期瀝青路面預養(yǎng)護時機計算方法；許德錄通過分析公路運營中病害特點及相關養(yǎng)護技術，提出了瀝青路面最佳養(yǎng)護時機的全壽命周期費用確定方法；王笑風基于路面性能評價指標實測數據，提出了考慮養(yǎng)護指標權重的養(yǎng)護時機決策模型。由于研究地域的差異，預防性養(yǎng)護研究成果參差不齊，沒有形成標準化流程，缺乏系統(tǒng)性的衡量預期收益的相關標準，預防性養(yǎng)護監(jiān)督及效果檢驗缺乏系統(tǒng)性的制度和方法。該文針對國道314線瀝青路面，采用微表處技術進行養(yǎng)護前后路面狀況評價，分析養(yǎng)護效果，從而確定最佳養(yǎng)護時機。

1 瀝青路面性能評價指標

瀝青路面性能在使用初期下降最快，隨著使用時間的增加，路面使用性能持續(xù)降低，降低至某一范圍時，下降速度減慢。瀝青路面性能指標的評價標準如下：

(1) 車轍。國內高速公路允許的車轍深度為不大于15 mm，評價等級分為優(yōu)、良、中、次、差，對應車轍深度分別為0～5 mm、5～10 mm、10～15 mm、15～20 mm、≥20 mm。

(2) 裂縫。在路面使用初期，裂縫寬度小于2 mm時，可利用封縫技術進行處治。如果裂縫寬度大于2 mm，封縫技術不再適用，應采取其他養(yǎng)護措施。裂縫寬度、密度分級標準分別見表1、表2。

表1 裂縫寬度分級標準

表2 裂縫密度分級標準

(3) 平整度。路面平整度評價等級分為優(yōu)、良、中、差，對應路面平整度分別為0～3.42 mm、3.42～5.42 mm、5.42～6.6 mm、>6.6 mm。

(4) 抗滑性。以抗滑系數作為路面抗滑性能評價指標，分為優(yōu)、良、中、次、差5個等級，對應擺值分別為≥42 BPN、37～42 BPN、32～37 BPN、27～32 BPN、≤27 BPN，橫向力系數分別為≥48、40～48、33.5～40、27.5～33.5、<27.5，路面抗滑性能分別為≥90、80～90、70～80、60～70、≤60。

2 養(yǎng)護前后路面狀況

國道314線巴州境內輪臺縣野云溝至拉依蘇工業(yè)園區(qū)段(K551—K654)病害整治工程第二合同段全長38.56 km，路基寬度12 m，路面寬度9 m。對原瀝青砼面層進行病害處理后，采用MS-3型微表處進行處治。采用綜合指標，結合車轍深度、平整度、裂縫率、破損度、抗滑性能、結構強度系數，以該路段各評價指標為依據，通過回歸分析建立瀝青路面評價指標變化關系，并根據養(yǎng)護技術規(guī)范及實際經驗值確定各指標在路面性能中的權重，確定預養(yǎng)護路面狀況指數。各指標權重見表3。

表3 路面性能評價指標的權重

路面狀況指數為：

PQI=0.21RD+0.22CR+0.17IRI+

0.18DR+0.114SPC+0.11SSI

(1)

2.1 養(yǎng)護前路面狀況

該路段運營5年內評價指標值見表4。

表4 預養(yǎng)護前各通車年限的指標值

由表4可知：6個關鍵指標值均隨著時間的增長逐步降低，其中破損面積指標降低幅度最大，達25.3%。按式(1)計算各年路面狀況指數PQI，第1年、第2年、第3年、第4年、第5年的路面狀況指數分別為91.45、90.9、86.23、82.56、77.42。

2.2 養(yǎng)護后路面狀況

《高速公路養(yǎng)護質量檢評方法》對路面預養(yǎng)護時機進行了宏觀規(guī)定，路面狀況指數在90之上時可不采取養(yǎng)護措施。根據養(yǎng)護前路面狀況指數值，該路段運營第3年開始路面狀況指數小于90，可從第3年開始進行預養(yǎng)護。為確定合理的預養(yǎng)護時機，對第3～6年采用微表處預養(yǎng)護措施時路面指標測試數據進行分析。

第3年采用微表處預養(yǎng)護后路面狀況指標見表5。由表5可知：裂縫率、車轍深度、平整度、破損面積、抗滑性能在養(yǎng)護后3年內均得到改善，僅結構強度指標值降低，因為微表處對改善路面強度的效果很小。按式(1)計算，養(yǎng)護后第1年、第2年、第3年的路面狀況指數分別為91.82、89.72、86.97。

表5 第3年預養(yǎng)護后各指標值

第4年采用微表處預養(yǎng)護后路面狀況指標見表6。由表6可知：第4年實施預養(yǎng)護后，除路面結構強度指標降低外，其他指標均得到改善。按式(1)計算，養(yǎng)護后第1年、第2年、第3年的路面狀況指數分別為91.73、89.62、87.06。

表6 第4年預養(yǎng)護后各指標值

第5年采用微表處預養(yǎng)護后路面狀況指標見表7。由表7可知：第5年實施預養(yǎng)護后，除路面結構強度指標降低外，其他指標均得到改善，但相對于第3年、第4年實施微表處，路面指標改善程度降低。按式(1)計算，養(yǎng)護后第1年、第2年、第3年的路面狀況指數分別為90.28、87.79、83.6。

表7 第5年預養(yǎng)護后各指標值

第6年采用微表處預養(yǎng)護后路面狀況指標見表8。按式(1)計算，養(yǎng)護后第1年、第2年、第3年的路面狀況指數分別為89.17、86.61、82.4。

表8 第6年預養(yǎng)護后各指標值

對各年實施微表處處治后路面狀況指數進行擬合，結果見表9。

表9 不同通車年限進行預養(yǎng)護后路面狀況指數的變化

3 養(yǎng)護效果及最佳養(yǎng)護時機分析

3.1 養(yǎng)護面積

對養(yǎng)護實施效果進行評價，除需評價路面狀況指數提高程度外，還需進行養(yǎng)護有效面積分析。根據該路段通車第3～6年實施微表處養(yǎng)護時路面狀況指數進行全壽命周期內有效面積計算，以7.5年為計算年限，即第3年進行微表處養(yǎng)護后的最短相對生命周期為7.5年。對各年路面狀況指數在(0,7.5)求積分值，得通車第3年、第4年、第5年、第6年采取微表處養(yǎng)護后的有效面積分別為622.18 m2、623.36 m2、565.45 m2、557.65 m2。為保持各年計算的有效面積一致，第4年、第5年、第6年均采用7.5年的相對生命周期。

3.2 經濟效益評價

國道314線整個線路每年投入的養(yǎng)護費用為5萬元/km，而微表處養(yǎng)護成本為20萬元/km。預養(yǎng)護費用主要考慮建設期建設費、日常養(yǎng)護費、養(yǎng)護后殘余值，即總養(yǎng)護費用=建設費+日常養(yǎng)護費-養(yǎng)護后殘余值。為分析簡便，不考慮整個路段的建設費用，僅考慮養(yǎng)護日常費用及殘余費用。養(yǎng)護殘余值S通過路面剩余壽命與預期壽命比值來確定，按式(2)計算。以路面狀況為“中”等級作為路面預期壽命值。以第3年預養(yǎng)護為例，路面預期壽命值見式(3)。

S=(1-y1/y2)C

(2)

式中：y1為養(yǎng)護施工年份與預期使用壽命的差值；y2為預期使用壽命；C為預養(yǎng)護實施成本。

(3)

養(yǎng)護年限統(tǒng)一為7.5年，則第3年日常養(yǎng)護時間為8.5年。第3年采取預養(yǎng)護措施時日常養(yǎng)護費用為5×8.5+20=62.5 萬元。按式(3)計算，得x=6.9，即路面預期壽命為6.9年。按式(2)計算，第3年路面殘余值為20×(1-3.9/6.9)=8.70 萬元。

不同通車年限采取預養(yǎng)護措施時的經濟效益見表10。

表10 不同年份采取預養(yǎng)護措施時的經濟效益

3.3 最佳養(yǎng)護時機

各年實施預防性養(yǎng)護的總費用、養(yǎng)護面積均不同，為便于比較，采用費用效益比來評價養(yǎng)護效益。養(yǎng)護效益比為養(yǎng)護總費用與養(yǎng)護面積的比值，計算得通車第3年、第4年、第5年、第6年實施微表處的費用效益比分別為11.57、11.13、10.75、10.53。在第3年實施微表處養(yǎng)護的費用效益比最大，在養(yǎng)護面積及效果一定的情況下投入的養(yǎng)護資金最少，為最佳養(yǎng)護時機。一般路面養(yǎng)護費用會隨著路面狀況

的下降而增多，通過上述分析，結合實際路面費用使用情況，路面狀況指數為“良”時采用微表處養(yǎng)護可獲得高效益。

4 結論

對于國道314線巴州境內輪臺縣野云溝至拉依蘇工業(yè)園區(qū)段，在通車第3年采取微表處預養(yǎng)護措施的費用效益比最大，即投入的資金最少；路面狀況指數為“良”時，越早實施微表處養(yǎng)護效益越高。由于路面進行預養(yǎng)護前后各指標在不同年限的值會受到當地實際交通量狀況的影響，上述結論僅適用于該路段。