既有高速公路改擴(kuò)建工程路面性能評(píng)價(jià)及利用策略

江 臣，楊 洋，胡洪龍，程 龍，張定一

(1. 江蘇省交通工程建設(shè)局，江蘇 南京 210001；2. 華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210001；3. 東南大學(xué)，江蘇 南京 210001)

0 引言

截至2019年，中國(guó)高速公路的通車?yán)锍碳s為14.96×104km，規(guī)模居世界首位，但我國(guó)高速公路的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期較短，僅為15 a。其中雙向4車道的高速公路為12.25×104km，雙向6車道高速公路2.14×104km，雙向8車道高速公路0.57×104km，雙向4車道高速公路占全部高速公路的81.9%[1]。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，早期建成的雙向4車道高速公路交通量和交通荷載不斷增加，原有設(shè)計(jì)通行能力與日益增長(zhǎng)的交通需求之間的差距越來(lái)越大，一定程度上阻礙了區(qū)域經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)。我國(guó)自20世紀(jì)90年代開(kāi)始大規(guī)模修建高速公路，截至2019年年底，我國(guó)已建成的高速公路中有近1/3的高速公路服役周期超過(guò)15 a，部分高速公路已達(dá)到使用末期[2-3]。因此早期建成的諸多高速公路急需進(jìn)行改擴(kuò)建來(lái)改善現(xiàn)狀，在改擴(kuò)建工程實(shí)施前，必須對(duì)既有高速公路路基路面結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀進(jìn)行分析與評(píng)估，進(jìn)而科學(xué)地制訂既有路面結(jié)構(gòu)的利用策略[4]。

各個(gè)國(guó)家和地區(qū)都制訂了相應(yīng)的路面使用性能評(píng)價(jià)體系，國(guó)外比較具有代表性的有美國(guó)AASHTO-PSI[5](現(xiàn)實(shí)服務(wù)指數(shù))指標(biāo)，德州PMIS路面管理系統(tǒng)-CS[6](路況得分)指標(biāo)，而國(guó)內(nèi)則主要包括《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG 5210—2018)[7]及《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JTG 5142—2019)[8]中的PQI(整體性能指標(biāo))及PCI(破損率)等指標(biāo)。但現(xiàn)有評(píng)價(jià)體系主要面向公路養(yǎng)護(hù)管理，在高速公路改擴(kuò)建工程中適用性受限，導(dǎo)致老路處治時(shí)缺乏關(guān)鍵控制指標(biāo)，無(wú)法為高速公路改擴(kuò)建工程舊路評(píng)價(jià)和利用策略的制訂提供充分的依據(jù)[9]。

歐洲地區(qū)24個(gè)國(guó)家歷時(shí)4 a，對(duì)歐盟地區(qū)的不同等級(jí)的道路以及各類型路面進(jìn)行系統(tǒng)、細(xì)致的分析，最終形成了涵蓋路面設(shè)計(jì)、養(yǎng)護(hù)和改擴(kuò)建，滿足既有道路目前以及未來(lái)需求的路面性能定量評(píng)估體系COST354[10-11](European Cooperation in the field of Scientific and Technical Research)。相比于我國(guó)《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》中路面性能評(píng)價(jià)體系，COST354評(píng)價(jià)體系具有以下兩個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：(1)引入3項(xiàng)綜合性能指標(biāo)，基于單項(xiàng)指標(biāo)、綜合指標(biāo)及總體指標(biāo)構(gòu)造3級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得總體性能指標(biāo)的得分更加全面；(2)在生成綜合指標(biāo)時(shí)，允許單項(xiàng)指標(biāo)交叉引用，即某一單項(xiàng)指標(biāo)可能同時(shí)影響3項(xiàng)綜合性能指標(biāo)，這使得各單項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重確定更加符合實(shí)際狀況。

因此，為改進(jìn)我國(guó)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中綜合指標(biāo)存在的不足，本研究將COST354模型應(yīng)用于我國(guó)高速公路改擴(kuò)建路面評(píng)價(jià)，建立能綜合反映實(shí)際路面使用性能狀況的評(píng)價(jià)指標(biāo)。然而，考慮到COST354確定單項(xiàng)指標(biāo)的得分會(huì)導(dǎo)致單項(xiàng)指標(biāo)的分級(jí)過(guò)于嚴(yán)格或得分結(jié)果與我國(guó)實(shí)際路況不相符的情況，本研究首先分析了國(guó)內(nèi)外評(píng)價(jià)體系的差異，依據(jù)我國(guó)規(guī)范中各個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的分級(jí)水平和我國(guó)高速公路病害特征對(duì)COST354模型中單項(xiàng)指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修正；其次，考慮實(shí)際病害特點(diǎn)以及改擴(kuò)建工程路面設(shè)計(jì)的實(shí)際需求提出舊路路面改造的利用策略；最終，以江蘇省A和B高速公路為例，采用修正后的COST354模型對(duì)典型路段進(jìn)行評(píng)價(jià)并制定相應(yīng)的利用策略。本研究對(duì)改擴(kuò)建工程中既有路面性能評(píng)級(jí)體系進(jìn)行優(yōu)化，為科學(xué)制定既有路面結(jié)構(gòu)利用方案提供了參考。

1 COST354模型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

COST354模型路面評(píng)價(jià)如圖1所示，不同于傳統(tǒng)的二元結(jié)構(gòu)，模型首先將單項(xiàng)指標(biāo)對(duì)路面使用性能的影響分為3項(xiàng)綜合性能指標(biāo)，再通過(guò)綜合性能指標(biāo)組合形成總體性能指標(biāo)。這種指標(biāo)組合方式能夠?qū)雾?xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分類分析，使得權(quán)重系數(shù)組合更加合理[12-13]。此外，在利用單項(xiàng)指標(biāo)組合綜合指標(biāo)時(shí)，COST354允許對(duì)同一單項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行重復(fù)調(diào)用，如車轍病害可能對(duì)行車安全性和路面結(jié)構(gòu)性能都有影響，因此兩項(xiàng)綜合指標(biāo)都考慮了車轍病害對(duì)其產(chǎn)生的影響，這種方法相比于傳統(tǒng)評(píng)價(jià)體系對(duì)各指標(biāo)的交叉影響考慮更加全面。

圖1 路面性能評(píng)價(jià)體系Fig.1 Assessment system of pavement performance

在COST354模型中，使用性能總體評(píng)價(jià)指標(biāo)(General Performance Indicators，GPI)由3個(gè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)組成，每個(gè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)由4項(xiàng)單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)組成。如式(1)～(4)所示：

GPI=f(w1CPI1，w2CPI2，w3CPI3)，

(1)

CPI1=f(w11PIR，w12PIF，w13PIT，w14PISD)，

(2)

CPI2=f(w21PIE，w22PIR，w23PISD，w24PICR)，

(3)

CPI3=f(w31PIB，w32PICR，w33PIR，w34PIE)，

(4)

式中，GPI為總體性能指標(biāo)；GPI1，GPI2，GPI3為綜合性能指標(biāo)，分別為行車安全性、行車舒適性、路面結(jié)構(gòu)指數(shù)；PIE，PIR，PIT，PIF，PIB，PISD，PICR為單項(xiàng)性能指標(biāo)，分別為平整度指標(biāo)、車轍深度指標(biāo)、構(gòu)造深度指標(biāo)、摩擦系數(shù)指標(biāo)、承載能力指標(biāo)、表面損壞指標(biāo)和裂縫指標(biāo)。

為了盡可能使權(quán)重系數(shù)最大的單項(xiàng)指標(biāo)的影響在結(jié)果中得到體現(xiàn)，COST354模型中瀝青路面綜合指標(biāo)CPI以及總體指標(biāo)GPI的計(jì)算使用了最大優(yōu)先準(zhǔn)則[14]。

(5)

(6)

式中，I1≥I2≥I3≥…In；I1=w1·P1；I2=w2·P2；…；In=wn·Pn；wi為單項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重；Pi為單項(xiàng)指標(biāo)的得分；p為控制總影響力的影響因子，推薦值取0.2。

基于優(yōu)先最大準(zhǔn)則理論，提出了考慮其余各單項(xiàng)指標(biāo)對(duì)總體指標(biāo)的平均影響的計(jì)算方法。GPI評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 COST354模型路面總體性能指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Assessment criterion of pavement overall performance indicators for COST354 model

2 修正COST354模型評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.1 修正單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

COST354模型單項(xiàng)指標(biāo)的分級(jí)雖然同我國(guó)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)類似，但病害計(jì)量方法和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)具有一定的差異。本部分從以下兩個(gè)方面對(duì)其單項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行修正：(1)單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)方面，兩者部分病害的統(tǒng)計(jì)方式存在差異，如裂縫、表面損壞等，因此需要對(duì)COST354模型單項(xiàng)指標(biāo)的病害計(jì)量方式進(jìn)行修正，使其滿足我國(guó)工程實(shí)際的需求；(2)在分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)方面，利用我國(guó)規(guī)范中路面性能評(píng)價(jià)的單項(xiàng)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)COST354模型的單項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修正。

以平整度指標(biāo)為例：

COST354以PIE指標(biāo)作為評(píng)價(jià)路面平整度的指標(biāo)，其與國(guó)際平整度指數(shù)IRI的關(guān)系如式(7)所示：

PIE=MIN(5；0.173 3IRI2+0.714 2IRI-0.031 6)。

(7)

COST354及我國(guó)規(guī)范中路面平整度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 COST354模型及我國(guó)規(guī)范中平整度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比Tab.2 Comparison of evenness assessment criteria between COST354 model and Chinese specification

從表2可以看出，歐洲地區(qū)國(guó)家在公路建設(shè)及管理等方面較我國(guó)更加嚴(yán)格，但由于表征指標(biāo)、實(shí)際使用狀況等方面的差異，不能直接應(yīng)用于我國(guó)的高速公路。因此，可通過(guò)修正歐洲評(píng)價(jià)模型參數(shù)達(dá)到適用我國(guó)高速公路路面使用性能評(píng)價(jià)的目的。

將國(guó)際平整度指數(shù)IRI的標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)界限值與PIE的標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)界限值進(jìn)行回歸，得到修正后的回歸模型如圖2所示，修正后的轉(zhuǎn)換方程如式(8)所示。

圖2 修正后的平整度評(píng)價(jià)模型Fig.2 Evenness assessment model after revision

PIE=MIN(5；0.177·IRI2-0.178·IRI+0.468)，

R2=0.999 8。

(8)

按照上述方法對(duì)平整度、車轍深度、構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)及承載能力的分界標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修正，同時(shí)對(duì)裂縫和表面損壞指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)方式進(jìn)行統(tǒng)一，各單項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化公式如表3所示。

表3 各指標(biāo)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)化公式Tab.3 Conversion formula corresponding to each indicator

2.1.1 基于層次分析法確定單項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重

原有各單項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)推薦范圍是在歐洲道路系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提出的，不能完全適用于江蘇省高速公路的具體情況，為了進(jìn)一步確定各單項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，需要對(duì)其進(jìn)行修正。按照層次分析法確定各單項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重過(guò)程如下[15-16]。首先，根據(jù)圖1確定COST354模型的結(jié)構(gòu)層次并構(gòu)造3個(gè)綜合指標(biāo)的判斷矩陣如表4所示，并借助Matlab分別計(jì)算出各矩陣的最大特征值以及特征向量，并計(jì)算其一致性指標(biāo)CI和CR。結(jié)果表明：CR1=0.003 7，CR2=0.003 7，CR3=0.003 7均小于0.1，由此可知，通過(guò)層次分析計(jì)算的各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)分配合理，可以接受。

表4 綜合指標(biāo)判斷矩陣Tab.4 Comprehensive indicator judgment matrix

在計(jì)算各項(xiàng)綜合指標(biāo)時(shí)，由于規(guī)定最重要單項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)必須為1，因此，需要將以上各單項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)根據(jù)表3中的公式進(jìn)行線性轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化后結(jié)果如表5所示。

表5 單項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)的轉(zhuǎn)化結(jié)果Tab.5 Conversion result of single indicator weight coefficient

2.1.2 修正綜合指標(biāo)權(quán)重

在確定重要性判斷矩陣時(shí)已經(jīng)綜合考慮了江蘇省高速公路的病害特征[17-19]以及改擴(kuò)建項(xiàng)目的要求，因此構(gòu)成總體指標(biāo)的3項(xiàng)綜合性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)參考值如表6所示。

表6 綜合性能指標(biāo)權(quán)重系數(shù)參考值Tab.6 Reference values of comprehensive performance indicator weight coefficients

以A高速和B高速為例，通過(guò)對(duì)比不同權(quán)重組合條件下GPI評(píng)級(jí)較差路段與橫向裂縫以及車轍指標(biāo)較差路段的重合率，確定最優(yōu)綜合性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，如表7～9所示。

表7 1-1-1權(quán)重系數(shù)下GPI評(píng)級(jí)與實(shí)測(cè)病害路段重合率Tab.7 Coincidence rate between GPI rating with 1-1-1 weight coefficient and measured diseased road section

表8 1-0.7-0.65權(quán)重系數(shù)下GPI評(píng)級(jí)與實(shí)測(cè)病害路段重合率Tab.8 Coincidence rate between GPI rating with 1-0.7-0.65 weight coefficient and measured diseased road section

表9 0.65-0.7-1權(quán)重系數(shù)下GPI評(píng)級(jí)與實(shí)測(cè)病害路段重合率Tab.9 Coincidence rate between GPI rating with 0.65-0.7-1 weight coefficient and measured diseased road section

通過(guò)對(duì)比上述結(jié)果，可以看出，綜合指標(biāo)權(quán)重組合為1-1-1時(shí)，即認(rèn)為3項(xiàng)綜合性能指標(biāo)同等重要條件下，各單項(xiàng)指標(biāo)與總體性能指標(biāo)GPI的重合度在A和B高速都能達(dá)到較高的水平，因此確定最終綜合性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)如表10所示。

表10 綜合性能指標(biāo)權(quán)重系數(shù)確定值Tab.10 Determined weight coefficients of combined performance indicators

綜上所述，本研究所提出的基于江蘇省公路破壞特點(diǎn)修正的COST354瀝青路面使用性能評(píng)價(jià)模型如圖3所示。

圖3 修正后的COST354瀝青路面使用性能評(píng)價(jià)模型Fig.3 Revised COST354 asphalt pavement performance assessment model

2.2 修正COST354模型驗(yàn)證合理性驗(yàn)證

為了對(duì)修正模型的可靠性及工程應(yīng)用性進(jìn)行驗(yàn)證，明確修正模型的特點(diǎn)，本研究將從以下兩個(gè)方面進(jìn)行討論。

2.2.1 修正COST354模型綜合性能指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果與單項(xiàng)病害的一致性分析

以A及B高速病害數(shù)據(jù)為樣本，按照100 m分段對(duì)橫縫間距，車轍深度以及修正COST354評(píng)級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過(guò)比較COST354總體指標(biāo)評(píng)級(jí)與兩個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的一致性來(lái)判斷修正COST354 模型的適用性。同時(shí)為說(shuō)明該模型的泛用性，除A高速兩個(gè)方向4條車道數(shù)據(jù)外，另外取B高速上、下行4個(gè)車道作為參照加以對(duì)比說(shuō)明，如表11所示。

表11 COST354模型評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)測(cè)病害路段重合率Tab.11 Coincidence rate between assessment result by COST354 model and measured diseased road section

從表11的重合率可以看出，實(shí)際高速公路典型病害狀況嚴(yán)重的路段絕大多數(shù)被包含在COST354評(píng)級(jí)較差的路段中。盡管橫向裂縫和車轍是兩種不同類型的病害，但兩項(xiàng)典型病害較差路段均能在COST354總體性能指標(biāo)評(píng)級(jí)下得到反映，因此有理由證明COST354模型的可靠性。

2.2.2 修正COST354模型評(píng)價(jià)結(jié)果與現(xiàn)行規(guī)范評(píng)價(jià)指標(biāo)一致性分析

(1)總體性能指標(biāo)

為了進(jìn)一步說(shuō)明修正COST模型的特點(diǎn)，以A高速數(shù)據(jù)為例，借助我國(guó)規(guī)范的總體性能指標(biāo)和單項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比說(shuō)明。由于我國(guó)規(guī)范采用的是百分制，而修正COST354采用的是5分制，兩者數(shù)據(jù)較難直接比較，對(duì)修正COST354 確定的GPI進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榘俜种?，與我國(guó)規(guī)范直接比較。轉(zhuǎn)換如式(9)所示：

(9)

將轉(zhuǎn)化后的GPI值與我國(guó)規(guī)范確定的PQI進(jìn)行比較，如圖4所示。根據(jù)我國(guó)規(guī)范總體指標(biāo)與修正COST354總體指標(biāo)的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，修正COST354評(píng)價(jià)體系計(jì)算出的得分相對(duì)于我國(guó)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的總體指標(biāo)要更加嚴(yán)格，除個(gè)別路段外普遍低于我國(guó)PQI指標(biāo)。

(2)單項(xiàng)性能指標(biāo)

由圖5～6可知，我國(guó)規(guī)范PQI指標(biāo)與抗滑性能指標(biāo)(SRI)及行駛質(zhì)量指標(biāo)(RQI)的趨勢(shì)相近，說(shuō)明PQI主要受這兩項(xiàng)單項(xiàng)指標(biāo)影響。SRI和RQI指標(biāo)在養(yǎng)護(hù)評(píng)價(jià)時(shí)需要重點(diǎn)考慮，而在改擴(kuò)建工程中需要重點(diǎn)考慮的是裂縫、車轍等病害。然而，修正后的COST總體性能指標(biāo)(GPI)與車轍深度(RDI)的趨勢(shì)較為相近，說(shuō)明GPI主要受RDI的影響。雖然該段抗滑得分相對(duì)較低，但該指標(biāo)對(duì)GPI的影響有限，說(shuō)明在改擴(kuò)建舊路評(píng)價(jià)階段制訂的修正COST模型降低了抗滑性能的影響。

圖5 A高速行車道單項(xiàng)性能指標(biāo)與我國(guó)規(guī)范總體指標(biāo)、COST總體指標(biāo)關(guān)系Fig.5 Relationship among individual performance indicators of expressway A，overall indicators in Chinese specification and overall indicators of COST model

圖6 B高速行車道單項(xiàng)性能指標(biāo)與我國(guó)規(guī)范總體指標(biāo)、COST總體指標(biāo)關(guān)系Fig.6 Relationship among individual performance indicators of expressway B，overall indicators in Chinese specification and overall indicators of COST model

3 基于修正COST354模型的舊路路面改造利用策略

根據(jù)我國(guó)規(guī)范要求，結(jié)合工程實(shí)際特點(diǎn)，以1 000 m 為評(píng)價(jià)單元，對(duì)A高速路面破損率、橫向裂縫間距、網(wǎng)裂面積率和修補(bǔ)面積率等病害特征指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，A高速各路段的路面破損率<10%，橫向裂縫間距>15 m，網(wǎng)裂面積率<10%，修補(bǔ)面積率<10%，各單項(xiàng)指標(biāo)均未達(dá)到需要整體處治的界限。因此需要將總體性能指標(biāo)與單項(xiàng)指標(biāo)結(jié)合，同時(shí)進(jìn)一步縮小路段劃分標(biāo)準(zhǔn)，制訂既有路面結(jié)構(gòu)利用策略。

江蘇省高速公路的典型病害為橫向裂縫、車轍、坑槽等，為進(jìn)一步制訂舊路處治利用策略，以總體性能指標(biāo)GPI為基礎(chǔ)，結(jié)合15 m橫向裂縫間距及10 mm 車轍深度界限值共同制訂既有高速路面處治與利用策略。同時(shí)考慮到1 000 m路段劃分存在的問(wèn)題，進(jìn)一步設(shè)置100 m分段的評(píng)價(jià)單元制定舊路處治與利用策略，如圖7所示。

圖7 既有高速改擴(kuò)建路面性能評(píng)估及利用策略Fig.7 Performance assessment and utilization strategy of pavement in existing expressway reconstruction and extension projects

基本的流程如下：

(1)以1 000 m為評(píng)價(jià)單元，利用修正COST354模型對(duì)路面總體性能GPI進(jìn)行評(píng)級(jí)。

(2)對(duì)于GPI為優(yōu)的路段，按以下方法選擇利用方案：(1)橫向裂縫間距>15 m及車轍深度<10 mm 時(shí)，可對(duì)該路段僅進(jìn)行局部病害處治或功能性修復(fù)。(2)橫向裂縫間距>15 m及車轍深度≥10 mm 時(shí)，可對(duì)舊路銑刨至車轍發(fā)生層位并重鋪。(3)橫向裂縫間距≤15 m及車轍深度<10 mm時(shí)，可對(duì)舊路進(jìn)行灌縫后加鋪。(4)橫向裂縫間距≤15 m 及車轍深度≥10 mm時(shí)，考慮對(duì)舊路銑刨至車轍發(fā)生或開(kāi)裂層位后加鋪。

(3)對(duì)于GPI為良或中的路段，取100 m作為評(píng)價(jià)單元重新計(jì)算GPI總體性能指標(biāo)：(1)對(duì)于GPI為優(yōu)的路段，參照以上步驟(2)確定利用方案。(2)對(duì)于GPI為良或中的路段，按以下方法選擇利用方案：橫向裂縫間距>15 m及車轍深度<10 mm 時(shí)，可結(jié)合結(jié)構(gòu)及材料性能評(píng)價(jià)做進(jìn)一步判斷；其他情況，考慮對(duì)舊路進(jìn)行銑刨重鋪，具體的路面結(jié)構(gòu)層銑刨利用方案需結(jié)合結(jié)構(gòu)及材料層面的評(píng)價(jià)進(jìn)一步制訂。

(4)對(duì)于GPI為次及差的路段，考慮直接銑刨整個(gè)面層結(jié)構(gòu)，同時(shí)根據(jù)銑刨后現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)基層做進(jìn)一步評(píng)價(jià)。

通過(guò)上述利用策略可以根據(jù)路面總體性能指標(biāo)GPI以及單項(xiàng)指標(biāo)(橫向裂縫間距、車轍深度)的組合確定總計(jì)6種舊路處治及利用方案，由于表觀性能指標(biāo)的局限性以及現(xiàn)有結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)存在的區(qū)分度不大的問(wèn)題，因此在舊路利用方案中給出了部分需要結(jié)合結(jié)構(gòu)及材料性能指標(biāo)共同確定的路段。

4 案例分析

結(jié)合上述舊路利用策略制訂流程，以2019年A高速和B高速的修正COST354評(píng)級(jí)結(jié)果為基礎(chǔ)，統(tǒng)計(jì)得到不同處治方案的路段數(shù)量。

A高速上行方向行車道統(tǒng)計(jì)結(jié)果可匯總?cè)鐖D8所示：

圖8 A高速改擴(kuò)建項(xiàng)目路面性能評(píng)估及利用策略Fig.8 Performance assessment and utilization strategy of pavement in expressway A reconstruction and extension project

(1)以1 000 m為評(píng)價(jià)單元，利用修正COST354模型對(duì)路面總體性能GPI進(jìn)行評(píng)級(jí)可得到評(píng)級(jí)為優(yōu)的路段為38個(gè)千米段，評(píng)級(jí)為良或中的路段為222個(gè)千米段，評(píng)級(jí)為次或差的路段為0個(gè)千米段。

(2)在評(píng)級(jí)為優(yōu)的38個(gè)千米段中(對(duì)應(yīng)380個(gè)百米段)：橫向裂縫間距>15 m及車轍深度<10 mm的路段為371個(gè)百米段；橫向裂縫間距>15 m及車轍深度≥10 mm的路段為0個(gè)百米段；橫向裂縫間距≤15 m及車轍深度<10 mm的路段為9個(gè)百米段；橫向裂縫間距≤15 m及車轍深度≥10 mm的路段為0個(gè)百米段。

(3)對(duì)評(píng)級(jí)為良或中的222個(gè)千米段(對(duì)應(yīng)2 220個(gè)百米段)，取100 m作為評(píng)價(jià)單元重新進(jìn)行評(píng)級(jí)劃分，其中評(píng)級(jí)為優(yōu)的路段為428個(gè)百米段，評(píng)級(jí)為良或中的路段為1791個(gè)百米段，評(píng)級(jí)為次或差的路段為1個(gè)百米段。

(4)在評(píng)級(jí)為優(yōu)的428個(gè)百米段中：橫向裂縫間距>15 m及車轍深度<10 mm的路段為404個(gè)百米段；橫向裂縫間距>15 m及車轍深度≥10 mm的路段為0個(gè)百米段；橫向裂縫間距≤15 m及車轍深度<10 mm的路段為24個(gè)百米段；橫向裂縫間距≤15 m及車轍深度≥10 mm的路段為0個(gè)百米段。

(5)在評(píng)級(jí)為良或中的1 791個(gè)百米段中：橫向裂縫間距>15 m及車轍深度<10 mm的路段為1 676 個(gè)百米段；橫向裂縫間距≤15 m或車轍深度≥10 mm的路段為115個(gè)百米段。

同理對(duì)B高速兩個(gè)行車方向4個(gè)車道的處治利用方案進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表12所示。

表12 A和B高速改擴(kuò)建舊路評(píng)價(jià)及處治利用策略Tab.12 Old road assessment and treatment utilization strategy of expressways A and B reconstruction and extension projects

5 結(jié)論

本研究以高速公路瀝青路面使用性能評(píng)價(jià)方法作為研究重點(diǎn)，針對(duì)現(xiàn)行規(guī)范中各指標(biāo)區(qū)分度不明顯，評(píng)價(jià)結(jié)果缺乏針對(duì)性，無(wú)法篩選出不良段落等問(wèn)題，引入歐洲COST354模型對(duì)路面使用性能總體狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，主要有以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)首先利用我國(guó)規(guī)范對(duì)COST模型中單項(xiàng)指標(biāo)(平整度、車轍深度、構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)及承載能力)的分界標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修正，同時(shí)將裂縫和表面損壞指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)方式進(jìn)行統(tǒng)一，修正后COST模型能夠反映單項(xiàng)病害交叉對(duì)路面性能的影響。

(2)借助層次分析法，根據(jù)江蘇省高速公路瀝青路面及改擴(kuò)建工程的特點(diǎn)，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行了修正。結(jié)果表明修正后的路面性評(píng)價(jià)指標(biāo)具有更好的區(qū)分度，對(duì)路面使用性能的分級(jí)效果更為明顯。

(3)基于修正COST354總體性能指標(biāo)GPI對(duì)A高速和B高速路面使用性能進(jìn)行分級(jí)，并結(jié)合橫向裂縫間距及車轍深度指標(biāo)，通過(guò)1 000 m和100 m路段評(píng)價(jià)單元，制訂相關(guān)路段的處治和利用策略。

(4)根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，A高速和B高速?zèng)]有需要整體處治的段落，而基于修正COST354評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，A高速5 200個(gè)評(píng)價(jià)單元和B高速3 380個(gè)評(píng)價(jià)單元中需要功能性修復(fù)的路段分別為1 667個(gè)和1 141個(gè)，需要整體處置的路段分別為1個(gè)和47個(gè)。