基于技術(shù)效應(yīng)的瀝青路面養(yǎng)護(hù)后評(píng)價(jià)研究*

田陳燕，岳建洪，陳金蓉，張洲洋，陳陽

(1.四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610041；2.四川成渝高速公路股份有限公司，四川 成都 610021)

《公路建設(shè)項(xiàng)目后評(píng)價(jià)工作管理辦法》和《公路建設(shè)項(xiàng)目后評(píng)價(jià)報(bào)告編制辦法》對(duì)公路建設(shè)項(xiàng)目后評(píng)價(jià)作了較全面的規(guī)定，明確了公路項(xiàng)目后評(píng)價(jià)的工作重點(diǎn)及后評(píng)價(jià)報(bào)告的文本格式和內(nèi)容，但均針對(duì)新建項(xiàng)目。而養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目的評(píng)價(jià)與新建項(xiàng)目截然不同，例如新建項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)后評(píng)價(jià)主要側(cè)重于國民經(jīng)濟(jì)的影響等，養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)后評(píng)價(jià)則更關(guān)注對(duì)項(xiàng)目管理者的經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)效益的影響。瀝青路面養(yǎng)護(hù)后評(píng)估是在詮釋瀝青路面性能演化規(guī)律的基礎(chǔ)上，開展路面養(yǎng)護(hù)維修措施成效分析，為下階段瀝青路面養(yǎng)護(hù)決策提供依據(jù)。方凱從預(yù)防性養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目的實(shí)施過程、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境影響、社會(huì)影響四方面探討了預(yù)防性養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目后評(píng)價(jià)方法與步驟，對(duì)實(shí)施過程的評(píng)價(jià)采用專家打分法，這種方法很難實(shí)施，養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目的參與單位人員顯然不宜作為評(píng)分專家，而未參與項(xiàng)目的人員難以了解項(xiàng)目實(shí)施詳細(xì)情況，因而很難得到合理的打分結(jié)果，同時(shí)對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)價(jià)未提出具體方法。張東旭針對(duì)廠拌熱再生路面進(jìn)行后評(píng)價(jià)，但只分析了廠拌熱再生項(xiàng)目的工程實(shí)施效果。查慶等對(duì)養(yǎng)護(hù)后瀝青路面抗滑性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)比分析了養(yǎng)護(hù)后抗滑指標(biāo)在3.5年內(nèi)的變化趨勢(shì)。胡國祥等提出從工程技術(shù)、管理技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境及社會(huì)影響等方面建立預(yù)防性養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目后評(píng)價(jià)體系，但未給出可操作的評(píng)價(jià)方法。范上寧通過對(duì)采取預(yù)養(yǎng)護(hù)措施的高速公路瀝青路面損壞狀況、結(jié)構(gòu)狀況和抗滑性能進(jìn)行檢測與評(píng)估，評(píng)價(jià)了灌漿處理、強(qiáng)化劑預(yù)養(yǎng)護(hù)、瀝青再生預(yù)養(yǎng)護(hù)的效果。眾多學(xué)者對(duì)瀝青路面技術(shù)狀況衰變特征進(jìn)行了研究，但鮮有學(xué)者將其與瀝青路面養(yǎng)護(hù)后評(píng)估進(jìn)行關(guān)聯(lián)，同時(shí)針對(duì)瀝青路面養(yǎng)護(hù)后評(píng)估的研究較少，且未形成具體可行的評(píng)價(jià)體系。鑒于此，該文根據(jù)成樂(成都—樂山)高速公路下行(樂成方向)K62+000—K80+000段2010—2018年各項(xiàng)養(yǎng)護(hù)維修數(shù)據(jù)，結(jié)合瀝青路面技術(shù)狀況和裂縫率演變規(guī)律，從養(yǎng)護(hù)維修路段選擇、養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)、養(yǎng)護(hù)措施觸發(fā)指標(biāo)和養(yǎng)護(hù)技術(shù)效果方面對(duì)瀝青路面養(yǎng)護(hù)進(jìn)行后評(píng)價(jià)。

1 工程概況

成樂高速公路全長86.4 km，于1999年12月建成通車，雙向四車道。位于亞熱帶濕潤氣候區(qū)，瀝青與瀝青混合料氣候分區(qū)為夏炎熱冬溫潮濕區(qū)(1-4-1)。項(xiàng)目建成通車以來，交通量一直保持較高增長，根據(jù)交通量預(yù)測結(jié)果，成都—青龍場段交通量預(yù)計(jì)在2025年左右達(dá)到80 000 pcu/d，青龍場—樂山段交通量預(yù)計(jì)在2025年左右達(dá)到50 000 pcu/d。

成樂高速公路原路面結(jié)構(gòu)為4 cm抗滑表層AK-13A+5 cm中粒式瀝青混凝土AC-20I+6 cm粗粒式瀝青混凝土AC-30I+30 cm二灰(水泥)穩(wěn)定碎礫石基層+14～35 cm級(jí)配砂礫底基層。該高速公路已通車20多年，交通量大、重載車輛多，全線絕大多數(shù)段落都進(jìn)行了大修整治或罩面專項(xiàng)處治，2009年左右全線加鋪了4 cmSBS改性瀝青AC-13C罩面，下行K62+000—K80+000段在2015年再次加鋪了4 cm改性瀝青AC-13C罩面。

2 瀝青路面技術(shù)狀況和病害演化特征

2.1 瀝青路面技術(shù)狀況衰變趨勢(shì)分析

成樂高速公路下行K62+000—K80+000段2010—2018年瀝青路面技術(shù)狀況衰減規(guī)律擬合結(jié)果見圖1，擬合方程見表1(擬合方程的起始年均為2010年)。由圖1可知：該路段除路面車轍深度指數(shù)RDI衰變規(guī)律不顯著外，其余各指標(biāo)在2010—2013年均呈現(xiàn)明顯衰減趨勢(shì)，整體近似呈反S形；除抗滑性能指數(shù)SRI外，其余各指標(biāo)隨運(yùn)營時(shí)間增加衰減速率均較緩。2015年左右再次實(shí)施的維修養(yǎng)護(hù)對(duì)路面使用性能指數(shù)PQI、路面損壞狀況指數(shù)PCI、RDI和路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI的提升較明顯。根據(jù)衰變擬合曲線波動(dòng)情況，該路段PQI指標(biāo)在2010—2014年衰減幅度大于2015—2018年；PCI指標(biāo)在2010—2014年的衰減趨勢(shì)小于2015—2018年，受病害范圍擴(kuò)大的影響，2017—2018年衰減幅度更顯著；RQI指標(biāo)在2010—2014年整體呈反S形曲線變化，在2011—2012年衰減速率較大；RDI指標(biāo)由2010年的94.00下降至2014年的84.25，數(shù)值變化較大，尤其在2010—2011年，2016年以后衰減趨勢(shì)逐漸變緩；SRI指標(biāo)在2010—2014年呈現(xiàn)反S形變化規(guī)律，衰減速率較大，2016—2018年其值基本保持恒定。

表1 瀝青路面技術(shù)狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)擬合方程

圖1 瀝青路面技術(shù)狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)擬合結(jié)果

2.2 瀝青路面病害發(fā)展?fàn)顩r分析

2010—2018年成樂高速公路下行K62+000—K80+000段瀝青路面病害以裂縫類和修補(bǔ)類病害為主，其中2014年修補(bǔ)類病害面積最大(3 925.06 m2)，2015年加鋪4 cm AC-13C改性瀝青混合料后，修補(bǔ)類病害清零；橫向裂縫病害在2014年達(dá)到150.29 m2，長約752 m；2017—2018年龜裂病害增長速率大幅增加，2018年龜裂病害面積為239.78 m2(見表2)。

表2 成樂高速公路下行K62+000—K80+000段瀝青路面病害統(tǒng)計(jì)

2010—2018年該路段裂縫率演化規(guī)律見圖2，擬合方程見式(1)、式(2)。2009、2015年加鋪罩面后裂縫率發(fā)展規(guī)律近似服從冪函數(shù)增長，2013—2014年、2017—2018年裂縫率呈現(xiàn)跨越式增長，這一現(xiàn)象均發(fā)生在加鋪罩面后第2～3年，且后一次養(yǎng)護(hù)后增加幅度大于前一次養(yǎng)護(hù)，路齡對(duì)裂縫率演化規(guī)律的影響較顯著，且再次養(yǎng)護(hù)后裂縫率的增加趨勢(shì)大于前一次養(yǎng)護(hù)。

圖2 瀝青路面裂縫率發(fā)展?fàn)顩r擬合

CR=6.71×10-10×t9.70

(1)

CR=4.37×10-20×t17.85

(2)

3 瀝青路面養(yǎng)護(hù)維修后評(píng)價(jià)

3.1 養(yǎng)護(hù)路段選擇后評(píng)價(jià)

如圖3所示，2014年成樂高速公路下行K62+000—K80+000段PQI、PCI總體較低，RQI也偏低，RDI有個(gè)別位置低于80，SRI整體偏低，總體上技術(shù)狀況較差。因此，2015年對(duì)該路段瀝青路面進(jìn)行病害處治，加鋪4 cm改性瀝青混凝土AC-13C，養(yǎng)護(hù)路段選擇較合理。

圖3 2014年瀝青路面技術(shù)狀況指標(biāo)值

3.2 養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)選擇后評(píng)價(jià)

文獻(xiàn)[9]提出采用PCI性能指標(biāo)衰減加速時(shí)點(diǎn)(對(duì)比歷年檢測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)衰減明顯變快的時(shí)點(diǎn))作為預(yù)防性養(yǎng)護(hù)參考依據(jù)，將其與宏觀路況標(biāo)準(zhǔn)下限值相比較，若已出現(xiàn)加速破壞趨勢(shì)(即PCI衰減加速時(shí)點(diǎn)已出現(xiàn))但未達(dá)到宏觀路況標(biāo)準(zhǔn)下限值，則應(yīng)考慮進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)；若加速破壞趨勢(shì)暫未出現(xiàn)或PCI衰減加速時(shí)點(diǎn)預(yù)計(jì)出現(xiàn)在宏觀路況標(biāo)準(zhǔn)的下限值以下，則以路況指標(biāo)(RQI、PCI、SRI、RDI)達(dá)到或接近宏觀路況標(biāo)準(zhǔn)的下限值作為預(yù)防性養(yǎng)護(hù)實(shí)施時(shí)機(jī)。據(jù)此，瀝青路面養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)后評(píng)價(jià)中以路面技術(shù)狀況指標(biāo)下限值和衰減速率來判斷養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)的合理性。

成樂高速公路下行K62+000—K80+000段2010—2018年瀝青路面技術(shù)路況數(shù)據(jù)相對(duì)于上年的變化情況見表3和圖4。該路段2014年瀝青路面技術(shù)狀況檢測指標(biāo)PQI為87.16，PCI為86.92，均低于90，RDI為84.25，SRI低至74.64，多個(gè)指標(biāo)均已達(dá)到JTG 5421—2018《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》養(yǎng)護(hù)實(shí)施范疇的閾值，PCI指標(biāo)比2013年降低9.23，已進(jìn)入快速衰減階段，必須采取養(yǎng)護(hù)維修措施，此時(shí)進(jìn)行瀝青路面養(yǎng)護(hù)可達(dá)到多個(gè)目的，是比較恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)。

表3 瀝青路面分項(xiàng)指標(biāo)的變化

圖4 瀝青路面分項(xiàng)指標(biāo)的變化

3.3 養(yǎng)護(hù)技術(shù)效果后評(píng)價(jià)

養(yǎng)護(hù)技術(shù)效果主要包括直接效果(或稱短期效果)和中長期效果，前者通過比較養(yǎng)護(hù)實(shí)施前后路況指標(biāo)值的改善情況予以評(píng)價(jià)，后者通過養(yǎng)護(hù)實(shí)施后路況指標(biāo)的衰變趨勢(shì)、后續(xù)維修養(yǎng)護(hù)比例(含日常養(yǎng)護(hù))、再養(yǎng)護(hù)間隔時(shí)間等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)?；诋?dāng)前所收集的數(shù)據(jù)，根據(jù)直接效果和中長期效果中路況數(shù)據(jù)開展養(yǎng)護(hù)技術(shù)效果后評(píng)價(jià)，即主要通過對(duì)比養(yǎng)護(hù)工程完成后及間隔數(shù)年后瀝青路面路況數(shù)據(jù)分析養(yǎng)護(hù)效果。成樂高速公路下行K62+000—K80+000段2015年加鋪4 cm改性瀝青AC-13C罩面的主要目的是修復(fù)路況，防止瀝青路面損壞進(jìn)一步快速發(fā)展，同時(shí)改善抗滑性能。該路段瀝青路面實(shí)施養(yǎng)護(hù)措施前后相關(guān)技術(shù)指標(biāo)值見圖5。實(shí)施養(yǎng)護(hù)后原測值偏低的PCI和SRI指標(biāo)均得到顯著改善，養(yǎng)護(hù)維修3年后各指標(biāo)仍維持在較高水準(zhǔn)，雖然其值有所衰減但仍遠(yuǎn)高于養(yǎng)護(hù)前測值，該路段養(yǎng)護(hù)技術(shù)效果和養(yǎng)護(hù)質(zhì)量均較好。

圖5 瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)效果后評(píng)價(jià)

3.4 養(yǎng)護(hù)措施觸發(fā)指標(biāo)后評(píng)價(jià)

圖6為成樂高速公路下行K62+000—K80+000段預(yù)防性養(yǎng)護(hù)觸發(fā)區(qū)間。最先觸發(fā)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施實(shí)施的控制指標(biāo)為PQI(養(yǎng)護(hù)后運(yùn)營年限為2.3年)，最后觸發(fā)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施實(shí)施的控制指標(biāo)為CR(養(yǎng)護(hù)后運(yùn)營年限為7.3年)；最先觸發(fā)4～5 cm加鋪罩面實(shí)施的控制指標(biāo)為PQI(養(yǎng)護(hù)后運(yùn)營年限為4.5年)，最后觸發(fā)4～5 cm加鋪罩面實(shí)施的控制指標(biāo)為CR(養(yǎng)護(hù)后運(yùn)營年限為7.6年)。由于成樂高速公路裂縫類病害較突出，裂縫率的衰變規(guī)律較明顯，不再將它作為最后觸發(fā)維修養(yǎng)護(hù)的控制指標(biāo)。裂縫病害較突出時(shí)，瀝青路面PCI值及其衰變速率均較大，由此可得該路段養(yǎng)護(hù)措施實(shí)施的控制指標(biāo)為PQI和PCI。PQI指標(biāo)對(duì)應(yīng)的觸發(fā)區(qū)間較寬，裂縫率的觸發(fā)區(qū)間最窄，在原路面病害處治不徹底、路面裂縫病害突出或不采取相關(guān)養(yǎng)護(hù)措施時(shí)，裂縫率的增長速率最快，對(duì)路面PCI指標(biāo)值及其衰變速率的影響也較顯著。結(jié)合PQI和PCI指標(biāo)的綜合影響，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施實(shí)施的最佳年限為通車運(yùn)營后2.5～4年，4～5 cm加鋪罩面實(shí)施的最佳年限為通車運(yùn)營后4～5年。

圖6 成樂高速公路下行K62+000—K80+000段養(yǎng)護(hù)觸發(fā)區(qū)間

4 結(jié)論

(1)瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)后評(píng)價(jià)主要是從結(jié)果而非過程角度評(píng)價(jià)是否在最合適的時(shí)間將最合適的養(yǎng)護(hù)措施應(yīng)用在最合適的位置?；诩夹g(shù)效應(yīng)的瀝青路面養(yǎng)護(hù)后評(píng)價(jià)主要包括養(yǎng)護(hù)路段選擇、養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)選擇、養(yǎng)護(hù)措施觸發(fā)指標(biāo)、養(yǎng)護(hù)技術(shù)效果后評(píng)價(jià)。

(2)裂縫率近似服從冪函數(shù)增長，加鋪罩面后第2～3年裂縫率呈大幅度增長趨勢(shì)，且后一次養(yǎng)護(hù)后增加幅度大于前一次養(yǎng)護(hù)，可間接推演為路齡對(duì)裂縫率演化規(guī)律影響顯著。

(3)路段選擇評(píng)價(jià)應(yīng)遵循工程上最需處治和經(jīng)濟(jì)上效益最大的原則，成樂高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)中以PCI為主并適當(dāng)兼顧RDI和SRI等指標(biāo)進(jìn)行瀝青路面維修養(yǎng)護(hù)路段選擇，基本是在總體路況評(píng)分較好的情況下采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，路段選擇和時(shí)機(jī)選擇均較合理。后期應(yīng)將SRI前置，實(shí)時(shí)觀測抗滑性能衰減較快的路段。

(4)瀝青路面養(yǎng)護(hù)措施實(shí)施的觸發(fā)指標(biāo)為PQI和PCI，同時(shí)應(yīng)將抗滑性能指標(biāo)SRI作為前置條件。整體而言，雖然裂縫率不是一個(gè)控制指標(biāo)，但裂縫率的觸發(fā)區(qū)間最窄、裂縫率計(jì)算值較大，對(duì)PCI指標(biāo)值及其衰變速率影響顯著。