考慮累計貨運交通量影響的普通國道瀝青路面衰變規(guī)律研究

【摘 " "要】：為了更加準(zhǔn)確預(yù)測瀝青路面的使用性能，以天津市普通國道瀝青路面典型指標(biāo)損壞狀況指數(shù)PCI、技術(shù)狀況指數(shù)PQI的實測數(shù)據(jù)，考慮累計交通量數(shù)據(jù)的影響，建立了瀝青路面指標(biāo)PCI、PQI的衰變預(yù)測模型，分析驗證了新建模型的預(yù)測精度。結(jié)果表明：考慮累計交通量影響后的預(yù)測模型，相關(guān)系數(shù)和預(yù)測進度均有顯著的提高，預(yù)測精度達到95%以上。

【關(guān)鍵詞】：公路工程；瀝青路面；衰變模型

【中圖分類號】：U418 【文獻標(biāo)志碼】：A 【文章編號】：1008-3197（2024）05-05-03【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.05.002

Study on the Decay Law of Asphalt Pavement of National Highway

Considering the Cumulative Freight Traffic Volume

YU Hongxing1，ZHANG Xuliang2，PU Xiatian1， JIANG Yi3

（1. Tianjin Highway Development Service Center， Tianjin 300170，China；2. School of Civil and Transportion Engineering， Hebei University of Technology， Tianjin 300401，China； 3. Tianjin Transportation Infrastructure Maintenance Group Co.Ltd， Tianjin 300211，China）

【Abstract】： In order to predict the performance of asphalt pavement more accurately， the decay prediction model of asphalt pavement indexes PCI and PQI is established based on the measured data of typical indexes PCI and PQI of asphalt pavement of Tianjin ordinary national highway， considering the impact of accumulated traffic volume data. And the prediction accuracy of the new model is analyzed and verified. The results show that the correlation coefficient and prediction progress of the prediction model after considering the impact of cumulative traffic volume are significantly provided， and the prediction accuracy is more than 92%.

【Key words】： highway engineering; asphalt pavement; decay model

隨著我國公路網(wǎng)絡(luò)的逐步完善，公路發(fā)展逐漸從大規(guī)?？焖俳ㄔO(shè)進入到中等規(guī)模建設(shè)、大規(guī)模養(yǎng)護階段[1]。路面性能在使用過程中會因受到行車荷載、雨水、溫度等外部環(huán)境及其他多種因素的作用而產(chǎn)生衰變；因此，掌握路面使用性能的衰變規(guī)律，對未來一定時間內(nèi)路面性能指標(biāo)做出科學(xué)而準(zhǔn)確的預(yù)測，是科學(xué)確定路面養(yǎng)護時機與養(yǎng)護措施、科學(xué)制定養(yǎng)護方案、合理分配養(yǎng)護資金的前提和基礎(chǔ)。廣大工程技術(shù)人員和科研工作者在瀝青路面衰變規(guī)律和性能預(yù)測方面進行了大量的研究，提出了諸多路面性能衰變預(yù)測模型，比如：指數(shù)衰減模型[2]、灰色模型[3]，經(jīng)驗法與力學(xué)經(jīng)驗法模型等 [4]，各種路面性能預(yù)測模型均具有其自身的特點和適用性。但是，這些模型基本上只考慮了路用性能的初始指標(biāo)及其隨著使用年限的衰變規(guī)律，即路面使用性能指標(biāo)隨著時間的變化函數(shù)，未考慮累計交通量的反復(fù)作用對路面使用性能衰變規(guī)律的影響；而累計交通量，尤其是累計貨運交通量的作用是造成瀝青路面疲勞損傷的最為關(guān)鍵因素之一，分析路面使用性能指標(biāo)的衰變規(guī)律時加入累計貨運交通量數(shù)據(jù)將有利于得出更加科學(xué)而準(zhǔn)確的結(jié)果。

本文以實測瀝青路面使用性能數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在瀝青路面衰變模型中加入累計貨運交通量數(shù)據(jù)的影響因素，建立新的瀝青路面衰變模型，以期提高瀝青路面使用性能預(yù)測的科學(xué)性與準(zhǔn)確性。

1 瀝青路面性能與貨運交通量指標(biāo)

1.1 瀝青路面性能典型指標(biāo)

瀝青路面使用性能的評定指標(biāo)我國相關(guān)規(guī)范已經(jīng)做出了明確規(guī)定[5]，主要包括路面損壞狀況指數(shù)PCI、路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI、路面車轍深度指數(shù)RDI、路面抗滑性能指數(shù)SRI等。但是，不同地區(qū)氣候條件、降雨特征、交通量作用等情況不同，瀝青路面的病害特征不盡相同，因此瀝青路面性能的典型評價指標(biāo)側(cè)重點也不同。天津市普通國道瀝青路面的典型病害以裂縫類為主，對瀝青路面技術(shù)狀況指數(shù)PQI的影響以損壞狀況指數(shù)PCI最為典型，本文基于G104 京嵐線和G336津神線近5 a的路面性能實測數(shù)據(jù)，建立預(yù)測模型，計算出PCI和PQI。見表1。

1.2 貨運交通量

根據(jù)天津市交通量觀測站數(shù)據(jù)，以2017年為初始年， G104和G336近5 a累計貨運交通量見表2。

根據(jù)JTGD 50—2017《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》，兩條公路的貨運交通量較大，均屬于特重交通等級。貨運交通荷載對于瀝青路面的使用性能會產(chǎn)生較大影響。

2 瀝青路面使用性能的衰變模型

2.1 模型的建立

瀝青路面使用性能PCI和PQI的衰變模型，最為常用的是在初始值基礎(chǔ)上，建立瀝青路面性能指標(biāo)與路齡之間的指數(shù)關(guān)系[1]。

[Pt=P0e-at] （1）

式中：[Pt]、[P0]為路齡為[t]年及起始年時的瀝青路面使用性能指標(biāo)；[t]為路齡，a；[a]為回歸參數(shù)。

在貨運交通量較大的情況下，交通荷載會對瀝青路面的使用性能產(chǎn)生顯著的影響，如車轍、疲勞開裂等病害均與交通荷載的直接作用密切相關(guān)。式（1）未考慮累計貨運交通量對于路面使用性能指標(biāo)衰變影響，難以科學(xué)且準(zhǔn)確地預(yù)測瀝青路面使用性能的變化規(guī)律。

為了比較是否考慮累計貨運交通量對瀝青使用性能影響規(guī)律的影響特征，根據(jù)表1的數(shù)據(jù)，按照式（1）回歸得出傳統(tǒng)模型；同時根據(jù)表1和表2中的數(shù)據(jù)，考慮累計貨運交通量的影響，經(jīng)過回歸分析，得出G104和G336瀝青路面PQI、PCI的衰變模型。見表3。

與傳統(tǒng)模型相比，考慮累計貨運交通量后的新衰變模型相關(guān)系數(shù)[R2] 有了明顯的提高， G104和G336兩條國道的PCI模型相關(guān)系數(shù)[R2]分別提高了4.74%和16.99%；PQI模型的相關(guān)系數(shù)分別提高了7.17%和14.47%，說明考慮累計貨運交通量之后，瀝青路面PCI和PQI新的衰變模型更接近于實測結(jié)果。

2.2 精度分析

根據(jù)表3中的衰變模型，分別計算出第5 a的路面使用性能預(yù)測結(jié)果并與表1對比，得出未考慮累計貨運交通量、考慮累計貨運交通量情況下兩種模型的相對誤差。見表4。

兩種模型的計算結(jié)果精度均較高，第5 a的PCI和PQI的相對誤差均在5%之內(nèi)?？紤]累計貨運交通量之后，PCI和PQI的相對誤差均小于傳統(tǒng)模型，驗證了考慮累計貨運交通量之后，PCI和預(yù)測模型具有更好的計算精度，可以為瀝青路面使用性能預(yù)測及養(yǎng)護時機的科學(xué)選定奠定基礎(chǔ)。

3 結(jié)論

1）以G104、G336的瀝青路面典型指標(biāo)實測數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過回歸分析，分別建立了未考慮累計貨運交通量和考慮累計貨運交通量情況下的PCI、PQI衰變預(yù)測模型。

2）未考慮累計貨運交通量和考慮累計貨運交通量情況下兩種路面使用性能衰變模型的相關(guān)系數(shù)[R2] 均較高，預(yù)測精度較好，第5 aPCI和PQI的相對誤差均在5%之內(nèi)，有利于提高瀝青路面的路用性能指標(biāo)的預(yù)測結(jié)果。

3）考慮累計貨運交通量之后，PCI和PQI的衰變模型相關(guān)系數(shù)[R2]大于傳統(tǒng)元模型且相對誤差有了顯著降低，說明考慮累計貨運交通量的路面衰變模型具有更高的預(yù)測效果。

參考文獻：

[1]于保華，高玉梅，楊婉怡，等.北京市京承高速瀝青路面性能衰變規(guī)律分析[J]. 山東交通科技，2021，（5）：1-2+9.

[2]張洪偉，連 "鵬，楊 "東.基于灰色模型方法的路面使用性能預(yù)測[J]. 公路，2015，60（12）：34-38.

[3]孔祥杰.瀝青路面性能衰變預(yù)測及養(yǎng)護維修決策方法研究[D]. 北京：北京工業(yè)大學(xué)，2015.

[4]陳昌盛.普通公路瀝青路面使用性能衰變組合模型的研究[D]. 貴陽：貴州大學(xué)，2021.

[5]中華人民共和國交通運輸部.公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)：JTG 5210—2018 [S]. 北京：人民交通出版社，2019.