基于高速公路路面性能衰減的養(yǎng)護費用控制分析

摘要 為研究高速公路服役過程中路面性能退化特點對公路養(yǎng)護費用的影響，該文探討了高速公路路面沉陷與裂縫寬度的擴展過程，建立了高速公路路面維護成本與路面沉陷－裂縫衰減的關(guān)系模型，研究結(jié)果表明：（1）高速公路路面養(yǎng)護過程中，通過針對性預(yù)防性養(yǎng)護、優(yōu)化養(yǎng)護流程、提升養(yǎng)護技術(shù)水平等，降低因路面性能衰減帶來的養(yǎng)護成本。（2）路面裂縫深度隨著交通量的增加逐漸增大，然后趨于穩(wěn)定，路面深陷深度為15 mm和裂縫寬度為3cm時為路面維護效益最大化的臨界值。（3）在輕交通和中等交通水平下，薄熱拌瀝青加鋪覆蓋層和微鋪面處理的成本效益比優(yōu)于厚熱拌瀝青加鋪層和就地熱處理兩種方式。

關(guān)鍵詞 高速公路；路面沉陷；性能衰減；養(yǎng)護管理；費用控制

中圖分類號 U418 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）18-0144-03

0 引言

高速公路作為現(xiàn)代社會經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其性能衰減不僅直接關(guān)系到行車安全和道路使用壽命，而且與養(yǎng)護費用密切相關(guān)，有效控制高速公路路面的養(yǎng)護費用，提高養(yǎng)護效率，成為交通運輸領(lǐng)域亟待解決的問題[1]。通過對高速公路路面性能衰減的深入分析，可以找出影響?zhàn)B護費用的關(guān)鍵因素，提高路面的使用性能，延長使用壽命，還能降低養(yǎng)護成本。

高速公路養(yǎng)護費用控制研究主要集中在建立預(yù)測模型[2]、優(yōu)化養(yǎng)護策略以及成本控制方面，陳亮等[3]指出目前預(yù)測模型多基于數(shù)據(jù)分析與機器學(xué)習算法，用于預(yù)測路面性能的后續(xù)衰減趨勢，養(yǎng)護策略則側(cè)重于預(yù)防性養(yǎng)護，通過提前干預(yù)減少大修需求。劉志超等[4]則嘗試采用全壽命周期成本分析等方法，以優(yōu)化投資決策，然而現(xiàn)有的預(yù)測模型缺乏對路面性能衰減機理的深入研究，導(dǎo)致預(yù)測精度不高，難以準確反映路面的實際情況。徐建民等[5]認為不同地區(qū)、不同路段的路面性能衰減規(guī)律存在差異，而現(xiàn)有的研究成果往往缺乏針對性和適用性，需深入探索和創(chuàng)新，以更好地解決高速公路路面性能衰減和養(yǎng)護費用控制問題。

針對以上問題，需要進一步加強高速公路路面性能衰減的基礎(chǔ)研究，該文通過對不同路面材料、結(jié)構(gòu)和使用環(huán)境進行長期監(jiān)測，評估路面性能衰減的程度和速率，同時分析性能衰減的主要影響因素，如氣候、交通量、材料老化等。在此基礎(chǔ)上，研究提出針對性的養(yǎng)護策略，以控制養(yǎng)護費用并延長路面使用壽命，研究成果將為高速公路管理部門提供決策支持，實現(xiàn)經(jīng)濟效益和社會效益的雙贏。

1 路面病害養(yǎng)護處理及路面性能評價指標

1.1 高速公路流量和軸載情況

為更準確地評估交通狀況，該文利用自2023年起山東省內(nèi)高速公路動態(tài)稱重站收集的軸載數(shù)據(jù)，計算了每條高速公路的累積荷載作用次數(shù)，截至2023年的計算結(jié)果，這些數(shù)據(jù)為評估各條高速公路的交通水平提供了重要依據(jù)，如表1所示。

1.2 性能指標和閾值的選擇

為評估路面養(yǎng)護處理效果，選擇裂縫寬度和路面沉陷深度兩個關(guān)鍵的路面性能指標進行評價，隨著時間的推移，兩個指標都會逐漸增大，通常需要達到更高的性能閾值才會導(dǎo)致路面維護處理成本的上升，因此該研究確定了15 mm路面沉陷深度和3 cm裂縫寬度作為路面維護效益最大化的臨界值。

累積荷載作用次數(shù)是影響路面性能的重要因素，不同交通量路面累計荷載作用次數(shù)下，路面沉陷深度和裂縫寬度與維護成本的關(guān)系，如圖1所示。由圖中可以得出，當裂縫達到如圖1（c）和（d）所示的重型和超重型路段的閾值（15 mm）時，裂縫寬度值通常仍遠低于處理觸發(fā)閾值（3 cm），因此路面沉陷深度是一個更為關(guān)鍵的性能指標，將在后續(xù)研究中作為性能指標。

1.3 路面維護成本效益分析

通常，成本效益表示為成本與收益之比，成本是以單位成本計算，不同路面路段的維修工程通常在不同年份進行，為了除去它們的成本，計算現(xiàn)值是為了考慮通貨膨脹的影響。

2 高速公路維護案例分析

在經(jīng)過對山東省維修部門所執(zhí)行的歷史維修項目深入調(diào)研之后，該研究在假定地基、路基、交通和環(huán)境條件相同的前提下，設(shè)定了20 mm的維護閾值，并通過路面裂縫寬度模型確定了路面的使用壽命，為統(tǒng)一比較標準，該研究將所有維修費用均折算為2023年的現(xiàn)值。

不同維護處理的成本－效果分析結(jié)果，如表2所示。在不同交通流量下各種維護處理的效益成本比，如圖3所示。由表2和圖3可以觀察到，不同交通水平下效益成本比的顯著差異。具體來說，在輕交通和中等交通水平下，由于成本相對較低，薄熱拌瀝青加鋪覆蓋層和微鋪面處理的成本效益比優(yōu)于其他兩種處理方式，然而在繁忙或額外繁忙的交通環(huán)境下，熱就地回收和厚熱拌瀝青加鋪覆蓋因其更長的使用壽命和更高的成本效益而表現(xiàn)出優(yōu)勢。

3 結(jié)論

該研究圍繞高速公路路面性能衰減與養(yǎng)護費用控制進行了深入的分析和探討，通過對高速公路路面性能衰減的原因、機理及其對養(yǎng)護費用的影響進行了系統(tǒng)的研究，得出以下結(jié)論：

（1）高速公路路面性能衰減受多種因素影響，主要包括交通量增長、重載車輛比例增加、自然因素（如降雨、溫度變化）以及材料老化等。這些因素綜合作用，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)損傷、路面平整度下降、抗滑性能減弱等問題，進而影響了路面的使用性能。

（2）高速公路路面性能的衰減與養(yǎng)護費用之間存在密切的關(guān)系，路面深陷深度為15 mm和裂縫寬度為3 cm時為路面維護效益最大化的臨界值。隨著路面性能的下降，養(yǎng)護費用逐漸增加，及時采取養(yǎng)護措施，可以有效延緩路面性能衰減，降低養(yǎng)護成本。

（3）在輕交通和中等交通水平下，薄熱拌瀝青加鋪覆蓋層和微鋪面處理的成本效益比優(yōu)于厚熱拌瀝青加鋪層和就地熱處理方式。高速公路養(yǎng)護過程中，應(yīng)根據(jù)路面性能的變化規(guī)律，建立科學(xué)、完善的養(yǎng)護管理體系，對高速公路路面性能進行定期檢測和評估。

參考文獻

[1]李明，張曉飛.高速公路路面性能衰減規(guī)律及養(yǎng)護費用優(yōu)化研究[J].公路工程，2021（2）：173-178.

[2]王強，王志堅.基于路面性能預(yù)測的高速公路養(yǎng)護費用分析[J].交通科技與經(jīng)濟，2020（6）：72-76.

[3]陳亮，趙云.高速公路路面性能衰減與養(yǎng)護費用關(guān)系研究[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2022（1）：322-325.

[4]劉志超，劉偉.基于性能預(yù)測的高速公路養(yǎng)護費用決策分析[J].公路交通技術(shù)，2021（5）：24-28.

[5]徐建民，李立寒.高速公路路面性能衰減規(guī)律與養(yǎng)護費用效益分析[J].交通科學(xué)與工程，2023（2）：57-63.