不同路幅技術(shù)狀況檢測對二級及以下瀝青路面使用性能指標(biāo)評定的影響分析

侯美晴，粟海濤，楊 洋，亓祥宇，劉名揚

(1.昆明理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院 土木工程防災(zāi)重點實驗室，云南 昆明 650000；2.云南省公路科學(xué)技術(shù)研究院，云南 昆明 650000)

0 引言

公路技術(shù)狀況評定現(xiàn)行主要依據(jù)為《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG 5210—2018)，其中公路技術(shù)狀況指數(shù)采用MQI評定。公路技術(shù)狀況指數(shù)包含分項指標(biāo)路基技術(shù)狀況指數(shù)(SCI)、路面技術(shù)狀況指數(shù)(PQI)、橋隧構(gòu)造物技術(shù)狀況指數(shù)(BCI)和沿線設(shè)施技術(shù)狀況指數(shù)(TCI)，其中路面技術(shù)狀況指數(shù)所占比重為70%，是公路技術(shù)狀況檢測與評定的重要指標(biāo)[1-2]。

近年，國內(nèi)外學(xué)者圍繞公路技術(shù)狀況檢測與評定開展了許多方面的研究。AOKI[3]等提出了利用三維點云數(shù)據(jù)進行路面簡化評價和受損路面剖面評價方法，評估結(jié)果能夠讓道路管理員進行詳細檢查并立即進行維修工作。IBRAGIMOV[4]等提出了一種基于更快區(qū)域卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的路面遇險跡象檢測方法，該方法能夠精準(zhǔn)檢測路面圖像中的縱向裂縫、橫向裂縫、鱷魚裂縫和部分修補。MAEDA[5]等開發(fā)出一款手機應(yīng)用程序，通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練出損壞檢測模型，檢測損傷類型可以高精度地分為8種類型。余俊等[6]提出了基于深度學(xué)習(xí)的公路路面病害智能化檢測系統(tǒng)，利用ResNet結(jié)構(gòu)訓(xùn)練模型來確定公路路面病害所屬的分類，分類準(zhǔn)確率在90%以上。孫朝云等[7]結(jié)合數(shù)字圖像處理濾波技術(shù)，提出了一種基于平均值法曲線擬合的雙向掃描檢測路面裂縫識別方法，可以很好地識別裂縫。

綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者主要圍繞公路路面技術(shù)狀況檢測與路面病害自動識別等問題開展了多方面研究，研究主要服務(wù)于路面檢測工作，但結(jié)合路面技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)，對檢測評定數(shù)據(jù)的差異性研究分析較少。本文通過對云南省某市二級及以下瀝青公路的技術(shù)狀況檢測評定數(shù)據(jù)進行差異性對比分析，分析研究不同路幅技術(shù)狀況檢測對二級及以下瀝青路面使用性能指標(biāo)評定的影響。

1 項目概況

本文以云南省某市二級及以下瀝青公路為例，選取G213策磨線、G248蘭馬線、G320滬瑞線、S206永召線、S213升黃線、S214東八線、S215宣雙線、S240以維線、S241阿鐵線、S303會長線、S304文東線、S307東越線、S209蒙鐵線13條國省干線公路共1 033.46 km，其中二級公路541.81 km，三級公路220.732 km，四級公路270.92 km，各路線技術(shù)等級明細表詳見表1。

表1 各路線技術(shù)等級明細表

按《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG 5210—2018)[8]的規(guī)定，二級及以下公路路面技術(shù)狀況評定必檢指標(biāo)為路面損壞狀況指數(shù)(PCI)和路面行駛質(zhì)量指數(shù)(RQI)。本文所選取路線不同路幅的路面損壞指數(shù)(PCI)、路面行駛質(zhì)量指數(shù)(RQI)和路面技術(shù)狀況指標(biāo)(PQI)的檢測數(shù)據(jù)詳見表2。

表2 各路線不同路幅路面技術(shù)狀況檢測數(shù)據(jù)

2 路段級路面技術(shù)狀況評定

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，S209蒙姑-鐵廠作為旅游公路，沿線村鎮(zhèn)密集，除需滿足作為干線公路的快速通過性，還需滿足旅游公路及集散公路的服務(wù)性。隨著交通量的激增，運輸任務(wù)繁重，在承擔(dān)上述運輸功能的前提下，還需承擔(dān)周邊縣份運輸煤炭、石料、建材等重型貨車通過功能。目前該線路共計36.92 km路面出現(xiàn)開裂、翻漿、坑塘、擁包等病害，路面平整度較差。本文針對該路線交通組成的特殊性，選取S209蒙姑-鐵廠路段級瀝青路面實測路面技術(shù)狀況數(shù)據(jù)做差異性對比分析。

2.1 路面損壞狀況指數(shù)PCI

路面損壞狀況指數(shù)PCI(在公式中用PCI表示)評定方法采用扣分法，即根據(jù)不同的損壞類型、嚴(yán)重程度和范圍規(guī)定不同的扣分值和權(quán)重[9]，按式(1)計算：

PCI=100-a0DRa1

(1)

式中：DR為路面破損率，%；a0為瀝青路面采用15.0；a1為瀝青路面采用0.412；Ai為第i類路面損壞的累計面積，m2；A為路面檢測或調(diào)查面積，m2；wi為第i類路面損壞的權(quán)重或換算系數(shù)；i為路面損壞類型，包括損壞程度(輕、中、重)；i0為損壞類型總數(shù)，瀝青路面取21。分項指標(biāo)PCI等級劃分標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 PCI等級劃分

本文按《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG 5210—2018)[8]中規(guī)定：“公路技術(shù)狀況檢測與調(diào)查應(yīng)以1 000 m路段長度為基本檢測單元”，對S209蒙鐵線上行、下行和全幅的路面損壞狀況指數(shù)PCI進行對比，分析該路段不同路幅的PCI評定差異，為能夠更好對規(guī)范進行驗證，本文選取S209蒙鐵線同里程數(shù)的普通交通組成路段K265+900至K341+300與特殊交通的路段進行對比分析，S209蒙鐵線選定路段各評定單元的PCI評定數(shù)據(jù)如圖1所示，不同交通組成PCI上下行差異性參數(shù)表見表4。

(a)S209的K228+800～K240+800不同路幅PCI數(shù)據(jù)

表4 不同交通組成上下行PCI差異性參數(shù)表

由圖1可得：S209蒙鐵線下行、上行和全幅的路面損壞狀況指數(shù)(PCI)差異性較大。其中，圖1(a)中K231+300至K231+400路段，其下行PCI評定結(jié)果比上行PCI評定結(jié)果低81.86，圖1(c)中K265+100至K265+200路段下行PCI評定結(jié)果比上行的PCI評定結(jié)果低80.02。在選取路段中，下行PCI評定值與上行PCI評定值差值在10以上的有24.327 km，占比65.88%；下行PCI評定值與上行PCI評定值差值在10以內(nèi)的有12.6 km，占比35.12%。

從表4可看出，在S209蒙鐵線的普通交通路段中，上下行在均值和標(biāo)準(zhǔn)差的最終結(jié)果都是相同的，在特殊交通路段中，上行的PCI均值比下行多13.04，下行PCI評定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差更是比上行高8.72，可得下行的PCI評定數(shù)據(jù)離散性較大，從最后的顯著性P值來看，普通交通組成路段和特殊交通組成路段的P值都小于0.05，說明組間都存在差異性，普通交通組成路段的P值比特殊交通組成路段高2.38E+13，說明特殊交通組成路段的上下行PCI評定結(jié)果的組間差異十分大。結(jié)果表明：重載車輛沿下行滿載駛出料場，空車沿上行駛?cè)肓蠄觯厥饨煌ńM成及超重行車荷載是導(dǎo)致相同路段不同路幅、不同行車方向PCI評定結(jié)果形成較大差異的主要原因。故特殊交通組成路段路面損壞狀況指數(shù)(PCI)評定，以單幅檢測評定數(shù)據(jù)代替全幅檢測評定數(shù)據(jù)有較大差異性。

2.2 路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI

路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI(在公式中用RQI表示)，應(yīng)按式(2)計算。

(2)

式中：IRI為國際平整度指數(shù)，m/km；a0為高速公路和一級公路采用0.026，其他等級公路采用0.018 5；a1為高速公路和一級公路采用0.65，其他等級公路采用0.58。

其中IRI是路面平整度，路面平整度是評價路面行駛質(zhì)量的重要指標(biāo)，其值大小不僅影響行車的舒適性、行駛安全、路面損壞和車輛損壞，還直接關(guān)系到養(yǎng)護工程量的大小和路面使用的耐久性[10-13]，RQI等級劃分標(biāo)準(zhǔn)見表5。

表5 RQI等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

通過對S209蒙鐵線RQI進行評定，不同交通組成上下行RQI差異性參數(shù)表見表6，選定路段各評定單元的RQI評定數(shù)據(jù)如圖2所示，不同交通組成路段的指標(biāo)對比見圖3。

(a)S209的K228+800～K240+800不同路幅RQI數(shù)據(jù)

圖3 不同交通路段指標(biāo)對比

表6 不同交通組成上下行RQI和IRI差異性參數(shù)表

由圖2可得，在圖2(b)中K249+400至K249+500路段，上行RQI評定值比下行RQI評定值高62.2。選取路段中，下行RQI與上行RQI評定結(jié)果相差在10～100的有10.097 km，占比27.34%。表6可得，RQI和IRI普通交通組成的P值分別比特殊交通的高1.25E+08和1.04E+09，其特殊交通路段較PCI的特殊交通組成路段分別低了4.48E+03和1.03E+01，特殊路段的標(biāo)準(zhǔn)差也都比PCI小，說明數(shù)據(jù)的離散性也較PCI小。由圖3 可知，PCI的評定中普通交通組成路段上行與下行評定結(jié)果相差0.04，在特殊交通組成路段評定中，下行的PCI評定結(jié)果比上行低13.04，在RQI評定結(jié)果對比中，普通交通上下行的評定結(jié)果相差0，特殊交通組成路段下行的評定結(jié)果比上行低6.01，下行的IRI評定結(jié)果比上行高0.88。結(jié)果表明，不同路幅RQI評定結(jié)果較PCI的評定結(jié)果差異性減少，主要由于S209蒙鐵線路面裂縫類病害占比較多坑槽類病害較少，對路面平整度的評定結(jié)果影響不大。

2.3 路面技術(shù)狀況指數(shù)PQI

瀝青路面技術(shù)狀況指數(shù)PQI(在公式中用PQI表示)是各單項指標(biāo)乘以各自的權(quán)重并相加計算得到的[14-15],按式(3)計算，各分項指標(biāo)的權(quán)重見表7。

表7 分項指標(biāo)的PQI權(quán)重一覽表

PQI=wPCIPCI+wRQIRQI+wRDIRDI+wPBIPBI+

wPWIPWI+wSRISRI+wPSSIPSSI

(3)

式中：wPCI為PCI在PQI中的權(quán)重，按表7規(guī)定取值；wRQI為RQI在PQI中的權(quán)重，按表7規(guī)定取值。

S209蒙鐵線的不同路幅各評定單元的PQI結(jié)果以及各路線不同路幅PQI結(jié)果的里程差異圖如圖4、圖5所示，不同交通組成上下行PQI差異性參數(shù)表見表8。

(a)S209的K228+800～K240+800不同路幅PQI數(shù)據(jù)

圖5 路線上下行PQI等級里程差異圖

表8 不同交通組成上下行PQI差異性參數(shù)表

由圖4可知，圖4(a)中，K234+700至K234+800路段下行PQI評定結(jié)果較上行PQI評定結(jié)果低59.02，圖4(b)中，K249+200至K249+900路段下行PQI評定結(jié)果比上行PQI評定結(jié)果低62.66，下行PQI評定結(jié)果與上行評定結(jié)果差值在10-100區(qū)間內(nèi)路段里程總里程的54.5%。整條路段，下行PQI評定結(jié)果與上行PQI評定結(jié)果差值在10-100區(qū)間內(nèi)的有20.127 km，占比55.5%，差值在10以下的有16.8 km，占比45.5%。

由表8可得，S209蒙鐵線的普通交通組成路段上行與下行的PQI均值和標(biāo)準(zhǔn)差都基本相同，而特殊交通組成路段下行PCI結(jié)果比上行低10.23，標(biāo)準(zhǔn)差高6.85，說明下行數(shù)據(jù)離散性比上行大，特殊交通組成路段上下行的P值也比普通交通組成的P值小3.98E+13，數(shù)據(jù)的組間差異較普通交通組成的明顯增大。圖5 可得，S209蒙鐵線仍是差異性最大的路線，被評定為優(yōu)等路、良等路和中等路的里程中，上行比下行分別少8.51、11.86、2.1 km，其標(biāo)準(zhǔn)差分別為3.53、4.89和0.96。被評定為次等路和差等路的里程中，上行比下行分別多9.16、13.31 km，標(biāo)準(zhǔn)差分別為3.76和5.43。其余路線不同等級下行與上行的評定里程差值在5 km以內(nèi)，不同路幅的標(biāo)準(zhǔn)差在2上下浮動。

綜上可得，無特殊交通的路段，不同路幅的等級評定里程差和標(biāo)準(zhǔn)差的差異性都較小，但是S209蒙鐵線各評定指標(biāo)在路段級評定中，上行與下行間都存在差異性，尤其指標(biāo)PCI，最終匯總到PQI指標(biāo)時，上下行基本單元檢測評定結(jié)果仍存在較大差異，在PQI等級對應(yīng)公里數(shù)差異對比中也得到體現(xiàn)，S209蒙鐵線各等級下行與上行間里程差值最大，標(biāo)準(zhǔn)差也最大，所以在路段級路面技術(shù)狀況指標(biāo)評定中，對于特殊交通組成路段，以單幅檢測數(shù)據(jù)代替全幅檢測數(shù)據(jù)，有較大差異性。

3 路網(wǎng)級路面技術(shù)狀況評定

3.1 分項指標(biāo)PCI路網(wǎng)級評定

一個地區(qū)，根據(jù)交通運輸?shù)男枰筛骷壒方M成一個四通八達的網(wǎng)狀系統(tǒng)就叫做路網(wǎng)，在路線公路技術(shù)狀況評定時，應(yīng)該采用路線內(nèi)所有評定單元的算術(shù)平均值作為該路線的指標(biāo)評定值?，F(xiàn)將各條路線不同路幅的PCI算術(shù)平均值匯總見表9，各路線PCI評定等級比較見圖6。

圖6 各路線PCI評定等級比較

表9 各路線PCI評定等級一覽

由圖6可得，G248蘭馬線、S206永召線和S209蒙鐵線各路幅的PCI評定等級不一致，其中S209蒙鐵線的全幅(中等路)PCI評定結(jié)果比上行(良等路)的PCI評定結(jié)果低3.99。永召線的上行(良等路)與下行(優(yōu)等路)低3.09。G248蘭馬線的上行(優(yōu)等路)PCI評定結(jié)果比全幅(良等路)的PCI評定結(jié)果高0.74，差異性十分微弱。其他路幅雖評價值大小不同，但評價等級皆相同。

結(jié)果表明，雖然在路段級技術(shù)狀況評定中，不同路幅各評定單元的PCI評定結(jié)果差異性較大，但是在路網(wǎng)級的PCI等級評定中，各路線不同路幅的間評定結(jié)果的最大差值為3.9，為S209蒙鐵線這段特殊交通組成路段，可見對于二級及以下瀝青路面路網(wǎng)級的PCI等級評定，隨著里程樁號的增加，特殊交通組成路段在路段級出現(xiàn)的差異性會在路網(wǎng)級評定被弱化。

3.2 分項指標(biāo)RQI路網(wǎng)級評定

各路線不同路幅的RQI值匯總?cè)绫?0所示，各路線RQI評定等級比較見圖7。

圖7 各路線RQI評定等級比較

表10 各路線評定指標(biāo)RQI等級

由圖7和表10可得，在路網(wǎng)級的RQI等級評定中，S240以維線不同路幅等級評定結(jié)果的差異性最大，其上行RQI評定結(jié)果為差等路，下行的RQI評定結(jié)果為次等路，下行評定值比上行高5.18。S307東越線上行評定結(jié)果為良等路，下行評定為優(yōu)等路，下行RQI評定值比上行RQI的評定值高4.05，其他路線不同路幅的RQI評定值雖不同，但評定等級一致。

由此可得，在路段級的RQI等級評定中，S209蒙鐵線較其他普通交通路段不同路幅的評定結(jié)果差異性較大，但是在路網(wǎng)級RQI等級評定中，特殊交通組成路段S209蒙鐵線不同路幅的RQI評定等級是一致的，可見二級及以下瀝青路面在路網(wǎng)級的RQI等級評定中，特殊交通組成路段中在路段級隨著里程樁號的增加，會弱化在路段級出現(xiàn)的差異性。

3.3 分項指標(biāo)PQI路網(wǎng)級評定

現(xiàn)將各條路線各路幅所有評定單元的PQI算術(shù)平均值匯總?cè)绫?1，各路線PQI評定等級比較見圖8，不同路幅PQI評定等級里程比較見圖9。

圖8 各路線PQI評定等級比較

圖9 PQI評定等級里程比較圖

表11 各路線評定指標(biāo)PQI等級

由圖8可得，各路線不同路幅的PQI評定值曲線幾近重合，從表11也可看出，所有路線不同路幅的PQI評定等級都相同，雖然S209蒙鐵線在路段級技術(shù)狀況評定中，下行與上行的評定結(jié)果顯現(xiàn)出較大差異性，但是在最終的PQI等級指標(biāo)評定中，下行與上行的評定值相同，且僅比全幅的評定值低3.5，其他路線不同路幅的PQI等級評定等級也皆一致。

圖9能夠看出，各路線不同路幅間的評定里程數(shù)也十分接近，優(yōu)等路不同路幅里程的標(biāo)準(zhǔn)差為7.56，雖然相比路段級評定的標(biāo)準(zhǔn)差稍大，但是下行被評定為優(yōu)等路的里程比全幅多18.33 km，路段級評定差值最為14.73 km，僅相差3.6 km，并且路網(wǎng)級的評定里程相對于路段級的評定里程增加約431.66 km，差值也僅占評定里程的3.83%，而路段級占39.13%。

綜上可得，特殊交通組成路段在路段級指標(biāo)評定中的差異性在路網(wǎng)級評定中得到了較大程度的弱化。

4 結(jié)論

a.針對二級及二級以下特殊交通組成路段的瀝青路面技術(shù)狀況評定，以單幅檢測評定數(shù)據(jù)代替全幅檢測評定數(shù)據(jù)有較大差異性，尤其體現(xiàn)在PCI等這樣表征路面損壞狀況的指標(biāo)。

b.在二級及二級以下特殊交通組成路段的瀝青路面技術(shù)狀況評定，如路面裂縫類病害較多，坑槽類少，則在RQI指標(biāo)評定時，不同路幅間的差異性會弱化。

c.在路網(wǎng)級的路面技術(shù)狀況評定中，二級及二級以下瀝青路面不管是對單幅還是對全幅進行路面技術(shù)狀況指標(biāo)的評定，最終的評定等級都相同，也就代表特殊交通組成路段，隨著檢測總里程的增加，在路段級檢測數(shù)據(jù)評定的差異性會被弱化。