瀝青道路預(yù)防性管養(yǎng)技術(shù)研究
——以鄆鄄高速公路項(xiàng)目為例

王允川

（成武縣公路事業(yè)發(fā)展中心，山東 成武縣 274200）

1 引言

隨著通車?yán)锍毯褪褂媚晗薜牟粩嘣黾?，我?guó)公路交通事業(yè)開始由快速建設(shè)階段向養(yǎng)護(hù)管理階段過渡[1]。高速公路是道路系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其瀝青路面的質(zhì)量將直接關(guān)系到整個(gè)路網(wǎng)的運(yùn)輸效率。高速公路往往承擔(dān)著較大的運(yùn)輸壓力，投入使用后在諸多內(nèi)外因素的作用下，路面將不可避免地出現(xiàn)質(zhì)量問題。加強(qiáng)對(duì)瀝青路面的維護(hù)和管理，有利于提高人們的交通出行舒適度，推動(dòng)交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也對(duì)延長(zhǎng)公路的使用壽命、保障交通安全、提高道路通行效率具有重要的意義。研究將以鄆鄄高速公路項(xiàng)目為例，基于對(duì)瀝青道路的質(zhì)量衰減規(guī)律分析，提出可操作的預(yù)防性管養(yǎng)方案，為鄆鄄高速公路的路面提供長(zhǎng)期的預(yù)防性管養(yǎng)措施。

2 瀝青道路的常見問題

鄆城至鄄城高速公路東連兗鄆高速、與濟(jì)廣高速交叉，西接擬建魯豫省際黃河大橋，與河南高速公路聯(lián)網(wǎng)，是菏澤市北部地區(qū)與河南省之間東西向重要通道。瀝青路面是鄆鄄高速公路的行車部分，由于外部環(huán)境所引起的破壞影響和車輛行駛所產(chǎn)生的巨大壓力，其路面韌性和平整度會(huì)有所變化，直接影響行車舒適性和交通安全。隨著公路使用時(shí)間的增加，瀝青路面會(huì)出現(xiàn)開裂、油化、沉降等各種各樣的問題，這些問題的產(chǎn)生受到內(nèi)在和外在兩個(gè)方面的影響[2]。

內(nèi)在原因主要是在路面施工時(shí)，施工技術(shù)原因?qū)е碌臑r青路面本身質(zhì)量不高而引發(fā)后續(xù)的路面質(zhì)量問題。比如，在配置瀝青混合料時(shí)用料比例不合理，或在攪拌時(shí)攪拌不均以及攤鋪和碾壓時(shí)施工不到位，這些因素可能使公路投入使用后期加速出現(xiàn)路面裂縫、沉降等現(xiàn)象。外部原因則是公路受到周邊自然環(huán)境因素的影響而開裂，風(fēng)吹雨淋以及低溫、高溫等極端氣候條件也會(huì)影響瀝青路面的平整度。同時(shí)，在國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，高速公路承載著極大的交通量，其車流量大、重載車輛多，路面承載壓力大，可能導(dǎo)致路面產(chǎn)生坑槽和車轍，嚴(yán)重?fù)p害路面平整度。

3 瀝青路面的預(yù)防性管養(yǎng)技術(shù)

3.1 瀝青路路面質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

開裂、油化、坑槽等損傷是路面質(zhì)量惡化的標(biāo)志，嚴(yán)重影響了行車的舒適度和安全性，并提高了路面的維護(hù)成本。但對(duì)路面進(jìn)行修整之前，需要對(duì)路面的整體質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估以安排合適的維修方案。在評(píng)價(jià)瀝青路面使用性能時(shí)，瀝青路面的狀態(tài)數(shù)據(jù)是最基本的數(shù)據(jù)，它可以真實(shí)地反映每一條道路的基本情況以及其性能的變化趨勢(shì)。由于高速公路的使用性能有多個(gè)指標(biāo)，需要從多個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)的評(píng)價(jià)，才能更好地體現(xiàn)出其路面質(zhì)量。根據(jù)JTG F80/1—2017《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)第一冊(cè)土建工程》和JTG 2182—2020《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)第二冊(cè)機(jī)電工程》并考慮以往的經(jīng)驗(yàn)，研究制定了如表1 所示的路面質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并使用層次分析法和專家法確定了各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。

表1 瀝青路路面質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3.2 路面質(zhì)量預(yù)測(cè)

確定路面質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系后，將對(duì)路面質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測(cè)，以在路面質(zhì)量大幅衰減之前制訂預(yù)防性管養(yǎng)方案。路面質(zhì)量衰變預(yù)測(cè)指的是在對(duì)路段的路況基本信息和影響因素有充分了解的情況下，利用預(yù)測(cè)模型對(duì)路面質(zhì)量的未來變化趨勢(shì)展開分析和預(yù)測(cè)。

基于灰色理論的預(yù)測(cè)模型需要的檢測(cè)數(shù)據(jù)較少且容易實(shí)現(xiàn)，因此，研究選取灰色模型進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。以2022 年1 月~2023 年6 月鄆鄄高速公路已完工路段的歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)作為模型的輸入數(shù)據(jù)，對(duì)其路面質(zhì)量指標(biāo)數(shù)值預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)的結(jié)果如圖1 所示，灰色模型的預(yù)測(cè)結(jié)果較為準(zhǔn)確，除了2022 年4 月~11 月預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果均存在0.2 的誤差，其他時(shí)間的預(yù)測(cè)結(jié)果均與實(shí)測(cè)結(jié)果一致。可見模型具有較高的預(yù)測(cè)精度，可以投入使用，通過預(yù)測(cè)未來路面質(zhì)量分?jǐn)?shù)為預(yù)防性管養(yǎng)方案的確定提供數(shù)據(jù)支持。

圖1 模型預(yù)測(cè)結(jié)果

3.3 基于質(zhì)量預(yù)測(cè)的預(yù)防性管養(yǎng)方案確定

在我國(guó)，高速公路的預(yù)防性管養(yǎng)技術(shù)剛剛起步，業(yè)界仍沿用著過去的養(yǎng)護(hù)方法，對(duì)預(yù)防性管養(yǎng)技術(shù)的理解尚處于初步了解階段，因此，一些早期工程缺乏預(yù)防性管養(yǎng)措施，導(dǎo)致路面或者其結(jié)構(gòu)存在嚴(yán)重問題，后期養(yǎng)護(hù)收效甚微。預(yù)防性管養(yǎng)技術(shù)可以在路面病害發(fā)生之前及早采取措施以維持路面質(zhì)量，延長(zhǎng)路面的使用壽命，減少維修費(fèi)用。預(yù)防性管養(yǎng)技術(shù)的核心思想是在最好的養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)以最小的費(fèi)用，采取最有效的養(yǎng)護(hù)措施達(dá)到最佳的養(yǎng)護(hù)效果。預(yù)防性維護(hù)的實(shí)施時(shí)機(jī)與管養(yǎng)工作的經(jīng)濟(jì)效益及效率有著直接的聯(lián)系。

根據(jù)瀝青路面質(zhì)量預(yù)測(cè)和將出現(xiàn)的問題，建立預(yù)防性養(yǎng)護(hù)計(jì)劃并將其付諸實(shí)施是非常有必要的。養(yǎng)護(hù)計(jì)劃的流程如圖2 所示。第一步是收集和分析歷史數(shù)據(jù)，然后建立預(yù)測(cè)模型對(duì)路面質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測(cè)，生成預(yù)測(cè)報(bào)告。若報(bào)告顯示路面質(zhì)量滿足養(yǎng)護(hù)條件，需要對(duì)道路進(jìn)行修整或重建。反之，則擬訂預(yù)防性的具體養(yǎng)護(hù)方案，在考慮效益和成本的條件下確定最佳養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)，最后根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果判斷問題類型確定最終的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案。例如，在判斷路面可能出現(xiàn)老化問題的時(shí)候，可以采用還原劑封層技術(shù)，在老化的瀝青路面上噴灑特殊的還原劑或回填劑以更新老化的瀝青，并推遲路面的老化時(shí)間。為預(yù)防路面早期出現(xiàn)的磨損問題，可以利用薄層覆蓋養(yǎng)護(hù)技術(shù)，使用攤鋪機(jī)將改性乳化瀝青均勻地噴灑到高速公路表面，然后通過鋼輪壓路機(jī)對(duì)路面進(jìn)行碾壓。為防止裂縫導(dǎo)致雨水滲漏，可采用霧封層養(yǎng)護(hù)技術(shù)，在路面噴灑乳化瀝青以形成穩(wěn)定防護(hù)層，盡可能地減少雨水滲漏[3]。

圖2 養(yǎng)護(hù)計(jì)劃確定流程

確定最佳養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)的方法如圖3 所示，在對(duì)地方概況、路面概況和路面質(zhì)量預(yù)測(cè)模型的分析結(jié)果相結(jié)合，計(jì)算不同方案的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。并考慮養(yǎng)護(hù)所需時(shí)間、模型預(yù)測(cè)結(jié)果和最低養(yǎng)護(hù)水平得出不同方案在不同時(shí)間內(nèi)的效益面積。通過比較養(yǎng)護(hù)費(fèi)用和綜合效益的比值確定最佳的養(yǎng)護(hù)時(shí)間。并根據(jù)不同的養(yǎng)護(hù)計(jì)劃進(jìn)行了成本-收益比較分析，得出成本-收益比較高的計(jì)劃是最優(yōu)的計(jì)劃。然后，根據(jù)該模型，求出每一種預(yù)防養(yǎng)護(hù)方法的等額成本年數(shù)，并選取最少的一種方法為最佳預(yù)防養(yǎng)護(hù)方法。

圖3 最佳養(yǎng)護(hù)時(shí)間確定方法

3.4 管養(yǎng)措施

確定預(yù)防性養(yǎng)護(hù)計(jì)劃后，需要根據(jù)鄆鄄高速公路的項(xiàng)目概況，對(duì)現(xiàn)有的管養(yǎng)體系進(jìn)行革新建設(shè)，制定相應(yīng)的管養(yǎng)措施以配合預(yù)防性的道路養(yǎng)護(hù)計(jì)劃。

首先，是要完善現(xiàn)有的管理養(yǎng)護(hù)體系，高速公路的維護(hù)與管理是一項(xiàng)復(fù)雜而又龐大的工作系統(tǒng)，維護(hù)與管理的難度大。為了提高路面的整體質(zhì)量，必須以國(guó)家交通部門的有關(guān)法規(guī)為依據(jù)，建立一種具有較高可行性、與道路交通發(fā)展?fàn)顩r相適應(yīng)的管理制度，并在有關(guān)的準(zhǔn)則和規(guī)范的約束下展開養(yǎng)護(hù)工作。在管理部門中，要對(duì)管理人員和崗位進(jìn)行合理的劃分與安排，確保瀝青路面的維護(hù)管理工作能夠高效率地進(jìn)行。

其次，需要提升路面質(zhì)量檢測(cè)的數(shù)字化水平。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，道路交通管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)信息化水平也在不斷提高。為確保高速公路系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須提高公路監(jiān)測(cè)水平，使其向智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展。相應(yīng)地，也必須提升瀝青路面質(zhì)量檢測(cè)的信息化水平，利用衛(wèi)星定位、建筑信息模型技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)等，對(duì)瀝青路面的狀態(tài)展開詳細(xì)的監(jiān)控和管理。

再次，還需加強(qiáng)對(duì)管養(yǎng)部門人員的職業(yè)道德和技術(shù)培訓(xùn)。管養(yǎng)部門人員的職業(yè)道德和技術(shù)對(duì)管養(yǎng)工作的質(zhì)量有直接影響，特別是在目前我國(guó)公路交通系統(tǒng)快速發(fā)展的情況下，公路工程項(xiàng)目的數(shù)量以及規(guī)模都出現(xiàn)了前所未有的增長(zhǎng)，但是專業(yè)的養(yǎng)護(hù)人員人手匱乏，部分工作人員的專業(yè)技術(shù)水平較低，缺乏相應(yīng)的職業(yè)道德素養(yǎng)。為此，要加大人員的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)力度，延長(zhǎng)培訓(xùn)時(shí)間，提高他們的工作責(zé)任心，將養(yǎng)護(hù)管理工作的每一個(gè)環(huán)節(jié)都做好。

最后，要推進(jìn)養(yǎng)護(hù)設(shè)備的更新?lián)Q代。隨著瀝青路面養(yǎng)護(hù)工作的展開，對(duì)機(jī)械設(shè)備的需求在不斷增加，特別是在極端惡劣的環(huán)境下，開展瀝青路面養(yǎng)護(hù)工作，對(duì)機(jī)械化和自動(dòng)化程度較高的機(jī)械設(shè)備需求更大。為了確保公路交通體系的正常運(yùn)行，就必須加大對(duì)機(jī)械設(shè)備的采購(gòu)?fù)顿Y，加大對(duì)養(yǎng)護(hù)機(jī)械設(shè)備和技術(shù)的研發(fā)，加速各種型號(hào)與種類的機(jī)械設(shè)備的更新，從而使路面管養(yǎng)達(dá)到更高的自動(dòng)化、智能化水平。

4 結(jié)語

為延長(zhǎng)瀝青道路的使用壽命，及早進(jìn)行路面維護(hù)，本文提出了基于路面質(zhì)量水平預(yù)測(cè)模型的預(yù)防性管養(yǎng)技術(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，路面質(zhì)量水平預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)誤差為0.2，預(yù)測(cè)精度較高。基于路面質(zhì)量預(yù)測(cè)，提出了完善現(xiàn)有的管理養(yǎng)護(hù)體系、加強(qiáng)路面質(zhì)量檢測(cè)的數(shù)字化水平、加強(qiáng)對(duì)管養(yǎng)部門人員的職業(yè)道德和技術(shù)培訓(xùn)和推進(jìn)養(yǎng)護(hù)設(shè)備的更新?lián)Q代等管養(yǎng)措施。為實(shí)現(xiàn)瀝青道路的預(yù)防性管養(yǎng)，需要完善現(xiàn)有的管理養(yǎng)護(hù)體系，提升路面質(zhì)量檢測(cè)的數(shù)字化水平，加強(qiáng)對(duì)管養(yǎng)部門人員的職業(yè)道德和技術(shù)培訓(xùn)，最后要推進(jìn)養(yǎng)護(hù)設(shè)備的更新?lián)Q代，為瀝青道路的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)提供了理論基礎(chǔ)。