基于系統(tǒng)分析的高速公路路面性能評價

徐行、黃舒文、馬智煒、倪慶

（1.紹興市高速公路運營管理有限公司，浙江 紹興 312000；2.南京道潤交通科技有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

S24 紹諸高速公路于2011年開通，全線按雙向四車道高速公路建設(shè)，全長62.46km，設(shè)計時速控制在100km/h，路基寬度26m。該高速公路地處東南沿海地區(qū)，屬于亞熱帶季風氣候區(qū)，季風顯著，四季分明，年平均氣溫在16℃左右，年平均日照時數(shù)約為1800h，年平均降水量約為1400mm，且雨熱同季。該路段開通多年以來，交通量持續(xù)增長，路面出現(xiàn)不同程度的性能衰減，病害逐漸增多。鑒于此種情況，管理單位采用構(gòu)建路面養(yǎng)護大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的方式，對路面性能等各方面進行分析評估，指導養(yǎng)護方案的制定。

1 路面養(yǎng)護大數(shù)據(jù)系統(tǒng)構(gòu)建

路面養(yǎng)護大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的構(gòu)建具體包括：數(shù)據(jù)匯總收集、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、軟件環(huán)境搭建、數(shù)據(jù)分析模塊建設(shè)、性能數(shù)據(jù)評價體系建立等內(nèi)容。系統(tǒng)收集路面建設(shè)期數(shù)據(jù)，運營期的檢測、養(yǎng)護、交通量、氣候環(huán)境等相關(guān)數(shù)據(jù)，形成符合道路養(yǎng)護需求的數(shù)據(jù)庫，整合統(tǒng)計、查詢、報表等功能，最終形成路面養(yǎng)護大數(shù)據(jù)系統(tǒng)。具體功能主要包括路況基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢、性能數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、歷年養(yǎng)護數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)大屏展示、性能數(shù)據(jù)預測與比對、養(yǎng)護決策、統(tǒng)計報表、系統(tǒng)配置等。

2 數(shù)據(jù)系統(tǒng)分析

以收費站節(jié)點為劃分依據(jù)，S24 紹諸高速公路可劃分為9 個路段，行駛方向分為上行與下行。應(yīng)用養(yǎng)護大數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行分析，得到結(jié)果如下。

2.1 交通量及車型分布分析

根據(jù)歷年AADT 數(shù)據(jù)變化情況，該路段2013—2021年，交通量呈現(xiàn)逐步上升趨勢，增長速度有所加快，2021年有所下降，但仍高于2019年，交通量整體呈快速增長趨勢（見圖1）。

圖1 歷年交通量變化情況

從圖2 可以看出，S24 紹諸高速公路貨車比例呈逐年升高的態(tài)勢。從表1 可以看出，2021年貨車比例達到35%以上，且大型貨車（貨6）占比達到13%以上，軸載壓力較大，上行與下行方向基本一致。根據(jù)交通量與軸載情況綜合評定，該路段屬于重交通等級。

圖2 紹諸高速公路歷年貨車比例變化曲線

表1 2021年度各類車型分布

2.2 養(yǎng)護歷史數(shù)據(jù)分析

根據(jù)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)收集的歷年度養(yǎng)護數(shù)據(jù)情況，得到統(tǒng)計結(jié)果如圖3 所示。

圖3 歷年養(yǎng)護規(guī)模及所用技術(shù)情況統(tǒng)計

從養(yǎng)護里程看，2018年以前該高速公路路面養(yǎng)護實施里程相對較少，每年度路面養(yǎng)護里程不超過11km，累計養(yǎng)護實施里程為27.44km/車道；2018—2020年路面養(yǎng)護里程增長較快，開展以罩面方式為主的功能性修復養(yǎng)護。2018年以前，路面養(yǎng)護技術(shù)以銑刨重鋪上中面層為主，之后路面養(yǎng)護以罩面為主，截至目前單車道罩面里程已達到162.6km，占總數(shù)的43.22%。

從養(yǎng)護層位情況看（見圖4），以處治上中面層為主，單獨處置上面層次之，下面層及基層處治里程極少（約0.5km）。歷年來中面層累計處治里程數(shù)達64.69km，占總里程比例高達51.79%。整體來看，紹諸高速公路原始路面中面層質(zhì)量較差，養(yǎng)護比例相對較高?；鶎右韵陆Y(jié)構(gòu)通車至今從未養(yǎng)護過。

圖4 歷年養(yǎng)護層位分布情況

3 路面性能評估

根據(jù)系統(tǒng)收集的歷年檢測性能數(shù)據(jù)結(jié)果，得到路面性能分析評估情況。

3.1 車轍狀況評估

根據(jù)系統(tǒng)對車轍原始數(shù)據(jù)（10m 值）的分析，得到歷年來車轍整體分布情況箱型圖（見圖5）。由圖中可知，車轍深度總體呈下降趨勢，極值也呈下降趨勢，平均值由7～8mm 下降到3～4mm，極值由12～13mm下降至7～8mm。數(shù)據(jù)的離散程度亦有所改善，至2021年，車轍深度分布集中于3～4mm 范圍內(nèi)。少數(shù)點位車轍深度大于15mm，需要對這些點位進行數(shù)據(jù)復核以及現(xiàn)場觀測，以判斷實際情況。

圖5 車轍單點值分布情況

3.2 平整度狀況評估

根據(jù)系統(tǒng)對平整度原始數(shù)據(jù)單點值的分析（見圖6），歷年來平整度值變化不大，數(shù)據(jù)離散程度較低，部分路段單點值超過了2.3m/km。各年度均有部分單點值偏差較大，對于單點值異常的點位，應(yīng)進行數(shù)據(jù)復核以及現(xiàn)場觀測，以判斷該路段的實際情況

圖6 平整度單點值分布情況

3.3 路面破損指數(shù)評估

系統(tǒng)對PCI 值的細分和評估，相關(guān)數(shù)據(jù)見表2。

表2 PCI 值分布情況

自2016年以來，該高速公路PCI 值整體處于優(yōu)的狀態(tài)。2018年P(guān)CI 值處于最差狀態(tài)，經(jīng)過2019、2020連續(xù)兩年的養(yǎng)護維修，恢復到較好的狀態(tài)。整體上，該高速公路路面損壞狀況不容忽視，經(jīng)過連續(xù)2年較大規(guī)模的養(yǎng)護維修之后，依然有部分路段PCI 值不足90，需對該部分路段重點關(guān)注，采取適當?shù)酿B(yǎng)護手段。

4 綜合分析

結(jié)合交通量、養(yǎng)護歷史、性能數(shù)據(jù)等各方面，該高速公路車轍、平整度、PCI 性能水平維持在一個較好的水準，優(yōu)良率在90%以上，養(yǎng)護工作取得了一定的成效（見圖7）。

圖7 養(yǎng)護里程與性能數(shù)據(jù)變化情況

但是需要引起重視的是，養(yǎng)護里程在不斷增加，現(xiàn)有的較好路況建立在比較大的養(yǎng)護投入的基礎(chǔ)上，需要對路面性能未來的發(fā)展狀況、衰變規(guī)律以及養(yǎng)護手段的技術(shù)合理性、經(jīng)濟適配性繼續(xù)深入研究。

5 結(jié)語

根據(jù)路齡、交通量以及軸載情況分析，該高速公路通車約9年，貨車比例占比高，交通流量大，屬于重交通等級高速公路。

從性能數(shù)據(jù)上看，車轍、平整度、破損均處于較為優(yōu)秀的狀態(tài)，養(yǎng)護管理工作取得了較大的成效。但需要注意的是，伴隨優(yōu)質(zhì)路況的是逐年較大幅度增長的養(yǎng)護規(guī)模。因此，需要對路面性能未來的發(fā)展狀況、衰變規(guī)律以及養(yǎng)護手段的技術(shù)合理性、經(jīng)濟適配性繼續(xù)深入研究，尋求更為合理的路況評價機制和養(yǎng)護決策方法。

從歷史養(yǎng)護情況來看，自2018年以來，養(yǎng)護體量不斷增大，目前以單層罩面類為主要手段，養(yǎng)護規(guī)模達到單車道100km 以上，罩面路段占總數(shù)的43.22%?？傮w的養(yǎng)護規(guī)模已經(jīng)較大。

S24 紹諸高速公路路面結(jié)構(gòu)中基層、下面層目前整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，中面層性能狀況較差。需要對中面層材料進行取樣檢測，測試其高溫穩(wěn)定性及中溫耐久性，以此作為判斷其是否需要養(yǎng)護的一項重要依據(jù)。

S24 紹諸高速公路通過構(gòu)建路面養(yǎng)護大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，較好地實現(xiàn)了數(shù)據(jù)收集、統(tǒng)計分析、科學評估等重要功能，對養(yǎng)護工作的科學決策，養(yǎng)護計劃安排的科學性、合理性、經(jīng)濟性等方面均有較大的幫助。