基于病害權(quán)重修正的路面損壞狀況評定研究

郭柏林

(廣東交科檢測有限公司, 廣州 510550)

截至2021年底,我國公路已建總里程528.07萬km,其中高速公路通車里程16.91萬km[1],公路養(yǎng)護里程525.16萬km,占公路總里程99.4%。我國已進入大規(guī)模路面養(yǎng)護階段,目前對路面損壞病害的采集已逐漸實現(xiàn)機械化與智能化,但對路面損壞病害狀況的評定還有待完善。基于此,周嵐[2]提出了橫向裂縫評價指數(shù)、路面修補狀況指數(shù)和路面表面損壞狀況指數(shù)等3個新項目路面破損評價指標,采用層次分析法和熵值法提出了一種新的路面破損狀況變權(quán)綜合評價方法。萬九鳴等[3]采用浮動權(quán)重和病害修補率等計算方法,用于評價對狀況良好和惡劣的道路。楊春風等[4]建立了基于層次權(quán)變法的路面使用性能模糊評價模型,其評價結(jié)果更符合路面的實際狀況。趙帥等[5]采用獎懲函數(shù)建立了動態(tài)權(quán)重路面性能指數(shù)評價指標,能直接反映不同道路病害類型的影響。張敏江等[6]采用模糊綜合評價法,根據(jù)最大關(guān)聯(lián)度原則判斷路面狀況等級。另有諸多學者采用如灰色理論、變權(quán)重、未測知度理論、分級擬合、TWW函數(shù)、經(jīng)驗統(tǒng)計回歸、決策樹等方法及提出余弦函數(shù)衰變模式模型對路面損壞狀況進行評價分析與預測,均取得了較好的效果[7-14]。

查閱現(xiàn)有研究文獻,路面損壞評價的方法非常多,但均鑒于對現(xiàn)行《公路技術(shù)狀況評定標準》(JTG 5210—2018)[15](簡稱現(xiàn)行標準)中方法的拓展,對存在的問題進行了一定的改善,但他們的評價方法復雜,不便于工程實踐應(yīng)用。

現(xiàn)行標準中根據(jù)路面損壞狀況指數(shù)(PCI)把路面損壞病害類型劃分為11大類,各大類又分成不同層次的小類,合計21小類[15],均以損壞面積或折算的損壞面積為基本評定單元,且在路面狀況損壞評定時,對瀝青路面11大類損壞類型,均采用固定權(quán)重,未考慮不同的損壞類型對路面損壞狀況的貢獻度,這就不能準確反映路面的實際損壞情況及程度。盡管對每個損壞病害小類均進行了權(quán)重分配,但僅針對各個損壞病害大類的不同損壞程度進行了權(quán)值分配,并沒有考慮各個大類損壞類型在11大類中要分配的權(quán)重。而且目前的研究者在改良現(xiàn)行標準存在的問題時,同樣采用固定權(quán)重,也并未考慮不同損壞類型對路面狀況指數(shù)評定影響重要程度不同的問題。因此,需對現(xiàn)行標準中的評定方法進行修正,以突出不同病害類型對路面實際狀況指數(shù)的影響,更真實反映路面損壞狀況,不僅為路面養(yǎng)護決策提供合理可靠的依據(jù),還為今后公路技術(shù)狀況評定標準的修訂提供參考。

1 基于病害權(quán)重修正的路面損壞狀況指數(shù)評定方法

路面損壞病害類型權(quán)重賦值的基本思想:是將影響程度越大的指標賦予其越大的權(quán)值。在路面損壞狀況指數(shù)評定時:1) 若對破損路面處治不及時或不處治時,會造成結(jié)構(gòu)性破壞的龜裂、塊狀裂縫、縱向裂縫等病害;2) 對路面行車安全將帶來明顯安全隱患,如波浪擁包、坑槽等病害。這些均可認定為影響程度大的損壞類型,宜賦于大的權(quán)重。

據(jù)此,通過路面病害統(tǒng)計分析,采用客觀賦權(quán)法中的變異系數(shù)法為現(xiàn)行標準中11大類路面損壞病害類型中的10大類損壞類型進行權(quán)重賦值,如表1所示,以判斷其對路面破損狀況影響的程度,如某類型變異系數(shù)大,則說明其對路面破損狀況影響大,應(yīng)賦予較大的權(quán)重。其中車轍由于在評定標準中單獨評定,故在此不予考慮。

表1 瀝青路面損壞類型及權(quán)重[15]

路面損壞狀況指數(shù)評定步驟如下:

1) 挑選有代表性的高速公路12條,以面積為單位,計算全路段某車道各損壞類型的損壞面積。

Ai=RSi1+RSi2+RSi3+…RSij

(1)

式中:Ai為某損壞類型全路段損壞面積和,i=1,2,…,10,表示有10大類損壞;RSij為第j路段的第i類損壞,j=1,2,…。

2) 求全線各損壞類型損壞面積和。

A=A1+A2+A3+…A10

(2)

式中:A為所有10大類損壞類型全線損壞面積和。

3) 計算各損壞類型損壞面積占全線所有破損面積的比例,結(jié)果如表2所示。

表2 瀝青路面各病害類型損壞面積占全線損壞總面積比重

Ri=Ai/A×100

(3)

式中:Ri為某大類損壞類型在全線損壞所占比率,%。

4) 以第3步的計算結(jié)果為基礎(chǔ),計算12條高速公路相同損壞類型的變異系數(shù),計算結(jié)果如表3所示。

表3 瀝青路面各病害類型變異系數(shù)

從表3可以看出,在10大類損壞類型中,塊狀裂縫、龜裂、坑槽、橫向裂縫等變異系數(shù)明顯較大,表明其對路面狀況損壞的影響程度較大,按照權(quán)重賦值思想,這些損壞類型應(yīng)賦予較大的權(quán)重。此結(jié)論與文獻[2]的研究結(jié)果基本一致,表明本文研究的方法是可行的。另外,修補的變異系數(shù)最小,說明其對路面狀況損壞的影響程度最小,應(yīng)賦予較小值,印證了現(xiàn)行標準中修補權(quán)重最低的設(shè)定。

基于此,對表3中計算結(jié)果進行歸一化處理,以修補類損壞的變異系數(shù)為基準,其權(quán)重為1,其余各類型損壞變異系數(shù)與基準損壞類型變異系數(shù)的比值,即為各類型的路面狀況指數(shù)評定權(quán)重值,評分結(jié)果如表4所示。

表4 瀝青路面10大類損壞類型修正權(quán)重

依據(jù)表4所得權(quán)重系數(shù),在進行路面損壞狀況指數(shù)評定時,所有10大類病害類型對路面損壞狀況的影響程度即可進行細分,從而解決現(xiàn)行標準權(quán)重針對性不足的問題。據(jù)此,各病害權(quán)重按現(xiàn)行標準相關(guān)方法進行計算路面破損率DR及路面損壞狀況指數(shù)PCI,該評定方法即為修正權(quán)重法。

2 修正權(quán)重法的應(yīng)用及效果評價

2.1 工程應(yīng)用

以廣東省東部及西部某2條高速公路為例,按現(xiàn)行標準法及修正權(quán)重法計算路面破損率DR及路面狀況指數(shù)PCI,結(jié)果如表5、表6及圖1所示。

(a) 東部某高速

表5 東部某高速2種權(quán)重計算方法PCI評定結(jié)果對比

表6 西部某高速2種權(quán)重計算方法PCI評定結(jié)果對比

表5、表6及圖1計算結(jié)果表明:

1) 修正權(quán)重法計算的破損率不小于現(xiàn)行標準法的計算結(jié)果。

2) 在路段路面狀況整體較好的情況下,雖然修正權(quán)重法與現(xiàn)行標準法計算的破損率結(jié)果有一定的差異,但對路面狀況指數(shù)PCI的評定等級影響不大。

3) 部分路段修正權(quán)重法計算的路面破損率DR明顯大于現(xiàn)行標準法計算結(jié)果,經(jīng)復查路面病害記錄,發(fā)現(xiàn)這些路段存在較大面積的龜裂、縱向裂縫、橫向裂縫、松散等一類或多類病害。

2.2 效果評價

東部某高速上行方向第30路段,按現(xiàn)行標準法計算的破損率DR為0.43,路面狀況指數(shù)PCI為89.4,路段評定為良級;但按修正權(quán)重法計算的DR為3.82,PCI為74.0,路段評定為中級,直接降低了一個等級。如果按現(xiàn)行標準,此段路面是不需要進行處治的,但實際上該路段有累計1.36 m2輕度龜裂,長107.3 m輕度縱向裂縫。同樣,西部某高速上行方向第7路段有累計長20.7 m輕度、長15.9 m重度縱向裂縫,長53.1 m輕度、長32.0 m重度橫向裂縫,按現(xiàn)行標準法路面狀況指數(shù)評定為良級,但按修正權(quán)重法則評定為中級,直接降低了一個等級。經(jīng)復查表明,這些裂縫是確實存在的,且需要立即處治。

案例表明,修正權(quán)重法計算的路面破損率不僅能反映路面損壞的實際情況,還能揭示按現(xiàn)行標準計算所隱藏的路面病害,即當所計算的DR值明顯較大時,則此路段一定隱藏著龜裂、縱向或橫向裂縫、松散、坑槽等將使路面加速損壞的病害。

路面損壞狀況指數(shù)評定實踐表明,修正權(quán)重法雖然一定程度會降低路面狀況等級,但不會大幅度拉低整條高速的質(zhì)量評定等級,且能較好地揭示路段中隱藏的較嚴重的病害,結(jié)果可直接用于高速公路日常管理工作或指導管養(yǎng)單位內(nèi)控管理工作,對準確判定路面針對性處治措施具有良好的指導作用。

3 結(jié)論

1) 現(xiàn)行《公路技術(shù)狀況評定標準》(JTG 5210—2018)在瀝青路面損壞狀況指數(shù)評定時,對11大類損壞類型均采用固定權(quán)重與實際狀況不相符,需對現(xiàn)行方法進行修正,重點體現(xiàn)不同的損壞類型對路面損壞狀況貢獻程度的差異。

2) 采用客觀賦權(quán)法分析不同損壞類型對路面損壞狀況的影響程度,對路面狀況損壞影響較大的病害類型賦予較大的權(quán)重,從而解決了現(xiàn)行標準中針對性不足問題。

3) 修正權(quán)重法計算的路面破損率不僅能反映路面損壞的實際情況,還能揭示按現(xiàn)行標準法計算所隱藏的路面病害,簡便易用是對路面損壞狀況指數(shù)評定方法客觀合理、科學的改善。