公路瀝青路面檢測(cè)和養(yǎng)護(hù)決策優(yōu)化研究

高旋

摘要 針對(duì)目前公路瀝青路面檢測(cè)以及養(yǎng)護(hù)中存在的問題，為了對(duì)瀝青路面檢測(cè)和養(yǎng)護(hù)決策優(yōu)化展開研究，文章依托具體工程實(shí)例，以某公路A、B、C路段養(yǎng)護(hù)為例，結(jié)合養(yǎng)護(hù)干預(yù)下的路面使用性能衰變特點(diǎn)，提出了基于路面指標(biāo)可靠度的檢測(cè)周期優(yōu)化模型，得出適用于養(yǎng)護(hù)干預(yù)下的路面檢測(cè)周期，確定了合理的檢測(cè)方案以及養(yǎng)護(hù)決策，為瀝青路面養(yǎng)護(hù)決策提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞 瀝青路面；檢測(cè)；養(yǎng)護(hù)決策；優(yōu)化

中圖分類號(hào) U416.217文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）10-0072-03

0 引言

路面檢測(cè)是開展系統(tǒng)性道路養(yǎng)護(hù)的前置工作，檢測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性、準(zhǔn)確性以及分析結(jié)果，是道路運(yùn)營者判斷道路狀況、做出養(yǎng)護(hù)決策的重要依據(jù)，因此應(yīng)當(dāng)予以重視[1]。檢測(cè)周期不合理將導(dǎo)致路面狀況信息收集不及時(shí)，無法支撐養(yǎng)護(hù)決策。然而，頻繁的路面檢測(cè)雖然能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)道路性能存在的問題，但是不利于全壽命周期的成本節(jié)約?；诼访鏅z測(cè)工作開展公路養(yǎng)護(hù)決策，不同于道路設(shè)計(jì)及施工前的道路調(diào)查，更強(qiáng)調(diào)前瞻性與系統(tǒng)性。因此，該文綜合考慮交通量、使用年限、道路性能衰減趨勢(shì)、檢測(cè)周期、養(yǎng)護(hù)成本等因素，建立多目標(biāo)規(guī)劃優(yōu)化模型，計(jì)算最佳養(yǎng)護(hù)時(shí)期，確定路面適宜檢測(cè)周期，為道路運(yùn)營者及時(shí)開展檢測(cè)工作和科學(xué)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)決策提供依據(jù)。

1 工程概況

某公路路線全長82.45 km，采用雙向四車道設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)速度為120 km/h，路基寬度26.0 m。自2010年建成以來，交通量不斷增加，且大型貨車比例較高，約占交通組成的30%～40%，交通荷載繁重。在近期日常巡查過程中發(fā)現(xiàn)部分該公路整體評(píng)價(jià)結(jié)果為“良”，在整個(gè)養(yǎng)護(hù)過程中的大中修路段較少，日常養(yǎng)護(hù)路段占比較大，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路段逐年增長。選取A、B、C路段，三個(gè)路段在2017—2022年分別采取了日常性養(yǎng)護(hù)、預(yù)防性養(yǎng)護(hù)和大中修措施，且在各個(gè)路段內(nèi)不同車道的養(yǎng)護(hù)情況基本一致，能夠較好地反映路段養(yǎng)護(hù)情況及病害發(fā)展趨勢(shì)[2]。

2 養(yǎng)護(hù)對(duì)路面使用性能的影響

2.1 日常性養(yǎng)護(hù)

A路段在2017年、2020年和2022年均采取了日常養(yǎng)護(hù)，采用劉伯瑩指數(shù)模型[3]以2017年為節(jié)點(diǎn)，對(duì)后續(xù)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)后續(xù)檢測(cè)值進(jìn)行計(jì)算，對(duì)比實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值，以此判斷檢測(cè)周期的適用性。日常養(yǎng)護(hù)下路面檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值對(duì)比情況如圖1所示。

由圖1可知，對(duì)比預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值可以發(fā)現(xiàn)，路面破損率DR、路面平整度IRI、路面車轍RD的實(shí)測(cè)值小于預(yù)測(cè)值，路面橫向力系數(shù)SFC的實(shí)測(cè)值大于預(yù)測(cè)值，這表明在日常養(yǎng)護(hù)工作發(fā)揮了補(bǔ)充路面性能的作用。從路面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來看，路面破損率、平整度、車轍、路面橫向力系數(shù)等指標(biāo)，在經(jīng)過日常養(yǎng)護(hù)后，均有較為明顯的改善。整體來講，由于日常養(yǎng)護(hù)工作對(duì)道路性能下降趨勢(shì)的及時(shí)干預(yù)，各項(xiàng)指標(biāo)的前后變化較為平緩。

對(duì)日常養(yǎng)護(hù)下不同檢測(cè)周期的數(shù)據(jù)偏差進(jìn)行分析，結(jié)果如圖2所示。

整體而言，A路段在經(jīng)過日常養(yǎng)護(hù)工作后，路面性能得以及時(shí)補(bǔ)充，整體變化趨勢(shì)較為穩(wěn)定，各項(xiàng)路面性能指標(biāo)值呈現(xiàn)“優(yōu)”的狀態(tài)。計(jì)算各檢測(cè)周期下的數(shù)據(jù)偏差可以發(fā)現(xiàn)，偏差率為5%～10%，說明經(jīng)過日常養(yǎng)護(hù)后，各檢測(cè)周期測(cè)得的路面性能數(shù)據(jù)差異較小。因此對(duì)于日常養(yǎng)護(hù)路段，建議選擇較長檢測(cè)周期，能夠滿足養(yǎng)護(hù)決策的檢測(cè)數(shù)據(jù)要求，同時(shí)降低檢測(cè)成本。

2.2 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)

B路段在2017年、2020年和2022年采取了預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，以2017年為節(jié)點(diǎn)，對(duì)后續(xù)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)后續(xù)檢測(cè)值進(jìn)行計(jì)算，對(duì)比實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值，以此判斷檢測(cè)周期的適用性。預(yù)防性養(yǎng)護(hù)下路面檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值對(duì)比如圖3所示。

由圖3可知，由于預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作的及時(shí)開展，路面破損率DR、平整度IRI指標(biāo)的變化趨勢(shì)平緩。而路面車轍RD、路面橫向力系數(shù)SFC指標(biāo)在預(yù)防性養(yǎng)護(hù)后，出現(xiàn)數(shù)據(jù)驟然變化的現(xiàn)象，數(shù)據(jù)變異性較高；相較于日常養(yǎng)護(hù)的指標(biāo)趨勢(shì)圖，在經(jīng)歷過預(yù)防性養(yǎng)護(hù)后，路面破損率DR、平整度IRI、車轍RD的實(shí)測(cè)值下降趨勢(shì)更明顯。而預(yù)測(cè)值上升趨勢(shì)保持，這與道路性能衰變的規(guī)律相一致[4]；橫向力系數(shù)SFC實(shí)測(cè)值表現(xiàn)出的上升幅度也超過日常養(yǎng)護(hù)。

對(duì)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)下不同檢測(cè)周期的數(shù)據(jù)偏差進(jìn)行分析，結(jié)果如圖4所示。

B路段為采用預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的路段，路面整體性能仍表現(xiàn)出優(yōu)良狀態(tài)。但是相比日常養(yǎng)護(hù)的A路段，各評(píng)價(jià)指標(biāo)的變化程度更為劇烈、檢測(cè)數(shù)據(jù)的變異性較大。其中路面車轍和橫向力系數(shù)在經(jīng)過預(yù)防性養(yǎng)護(hù)后，波動(dòng)趨勢(shì)尤為明顯。分析圖4的數(shù)據(jù)偏差情況，路段采用預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施對(duì)道路性能的影響更大，檢測(cè)周期為2年、3年和4年時(shí)，各檢測(cè)指標(biāo)的變異性增加明顯，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)偏差大于10%。由于道路指標(biāo)差異性增大，檢測(cè)工作周期不宜設(shè)置過大，以免由于檢測(cè)不及時(shí)和檢測(cè)數(shù)據(jù)誤差，影響?zhàn)B護(hù)決策工作的開展，錯(cuò)過最佳養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)。

2.3 大中修后

C路段在2017年、2020年、2022年開展大中修養(yǎng)護(hù)工作，以2017年為起點(diǎn)開展預(yù)測(cè)。大中修養(yǎng)護(hù)下路面檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值對(duì)比如圖5所示。

由圖5可知，在大中修前后，四個(gè)路面檢測(cè)指標(biāo)實(shí)測(cè)值均有較大波動(dòng)，表明路面性能在經(jīng)過大中修后發(fā)生明顯變化。從整體實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來看，路面性能的變化較為平緩，在2017年、2020年和2022年進(jìn)行大中修后，路面破損率、平整度和車轍指標(biāo)實(shí)測(cè)值明顯下降，且下降趨勢(shì)超過日常養(yǎng)護(hù)與預(yù)防性養(yǎng)護(hù)下的趨勢(shì)。預(yù)測(cè)值呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，與路面衰變規(guī)律相符。路面橫向力系數(shù)實(shí)測(cè)值上升幅度超過日常性養(yǎng)護(hù)與預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。

大中修養(yǎng)護(hù)下不同檢測(cè)周期檢測(cè)數(shù)據(jù)偏差如圖6所示。

整體而言，在經(jīng)過大中修后，C路段路面性能為“良－中”狀態(tài)。路面整體性能的變化趨勢(shì)較大，各檢測(cè)指標(biāo)實(shí)測(cè)值的變異性較為明顯，不同指標(biāo)的變化程度也存在差異。其中路面破損率、車轍、橫向力系數(shù)等指標(biāo)的變異性較大，結(jié)合圖6可以發(fā)現(xiàn)，C段路面性能實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)偏差普遍大于15%，隨著檢測(cè)周期的增加，數(shù)據(jù)偏差值明顯增大，最大可超過65%。因此路面經(jīng)過大中修后，檢測(cè)周期的確定應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注指標(biāo)的變異性，檢測(cè)周期不可設(shè)置過大，以免檢測(cè)數(shù)據(jù)收集不及時(shí)影響?zhàn)B護(hù)決策。

3 路面檢測(cè)周期優(yōu)化模型

根據(jù)該公路的運(yùn)營數(shù)據(jù)，每車道日平均累計(jì)當(dāng)量Ne1=1.25萬次，累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載Ne與可靠度R之間的關(guān)系[5]如下：

式中，——平均維修時(shí)間，根據(jù)該公路歷年養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)，可取值18 h；——平均病害維修時(shí)間，可取值90 h。計(jì)算可得累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載與維修系數(shù)的關(guān)系曲線如圖7所示。

由圖7可以看出，當(dāng)累計(jì)當(dāng)量軸次Ne=800萬次時(shí)，維修系數(shù)α最小，此時(shí)最佳維修周期640 d。根據(jù)上述模型對(duì)各路用性能指標(biāo)在到達(dá)臨界值時(shí)的使用壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)合各性能指標(biāo)下檢測(cè)周期與偏差值的分析結(jié)果可知，路面采用的養(yǎng)護(hù)方式不同，對(duì)檢測(cè)周期的要求存在較大差異，因此需將養(yǎng)護(hù)方式與檢測(cè)周期一并作為養(yǎng)護(hù)決策體系的優(yōu)化內(nèi)容。

4 瀝青路面養(yǎng)護(hù)決策優(yōu)化

對(duì)該公路的歷年養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)和路面現(xiàn)狀進(jìn)行分析，綜合考慮路面路用性能、舒適性和經(jīng)濟(jì)性要求，提出表1所示的路面養(yǎng)護(hù)需求標(biāo)準(zhǔn)[6]。結(jié)合上述研究結(jié)果，由于不同養(yǎng)護(hù)方式下檢測(cè)指標(biāo)值存在的數(shù)據(jù)偏差，不同養(yǎng)護(hù)方式需對(duì)應(yīng)不同的檢測(cè)周期要求。

5 結(jié)語

綜上，該文對(duì)日常養(yǎng)護(hù)、預(yù)防性養(yǎng)護(hù)和大中修下三種不同養(yǎng)護(hù)方式下的路面性能預(yù)測(cè)試與實(shí)測(cè)值進(jìn)行分析，研究不同養(yǎng)護(hù)方式對(duì)后續(xù)檢測(cè)周期的要求，研究表明日常養(yǎng)護(hù)路段可采用較長的檢測(cè)周期，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)及大中修后需采用較短的檢測(cè)周期。綜合考慮路面性能衰變規(guī)律、荷載變化、路齡和檢測(cè)周期要求等因素，該文提出了路面檢測(cè)與養(yǎng)護(hù)決策優(yōu)化模型。

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