宣大高速公路水泥混凝土路面使用性能評價

范瑛宏 彭 鵬 侯子義 閆倩倩

（1.交通運輸部公路科學(xué)研究院 北京 100088； 2.河北工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院 天津 300401）

1 水泥混凝土路面評價原則及指標

1.1 評價原則

為了公路養(yǎng)護管理工作的順利進行，科學(xué)地評定公路技術(shù)狀況和服務(wù)水平，交通部公路科學(xué)研究院主編了相關(guān)的標準［1］，這樣可以使得公路的檢測和評定工作趨于科學(xué)化、規(guī)范化和制度化。首先，評定工作應(yīng)遵循客觀、科學(xué)和高效的原則，并利用先進的檢測和評價手段，以保證檢測和評價結(jié)果準確可靠。其次，各級交通主管部門及公路管理機構(gòu)，應(yīng)加強對評定工作的監(jiān)督，同時積極完善相關(guān)的規(guī)章制度。然后根據(jù)評定的結(jié)果，制定養(yǎng)護方案，積極實施預(yù)防性養(yǎng)護。并且在進行檢測和評定的過程中，還應(yīng)遵守國家和行業(yè)的其他標準及規(guī)范。

1.2 評價指標

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和路面檢測技術(shù)的提高，各國制定的路面檢測方法及評價標準的不同，選取的評價指標和建立的評價模型也各不相同。

在我國的規(guī)范中，水泥混凝土路面的使用性能指數(shù)（PQI）包括路面損壞狀況指數(shù)（PCI）、路面行駛質(zhì)量指數(shù)（RQI）、路面抗滑性能指數(shù)（SRI）、路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)（PSSI）4個指標。各個指標的值域為0～100，某項指標的值越大，則說明路面該項性能越好。

2 路面使用性能的評價方法

目前，我國對路面使用性能的評價方法為多指標和綜合評價指標相結(jié)合的方法，主要有4類，分別為：基于回歸模型法的評價方法（如PSI，PQI，MCI和我國的PQI）、基于系統(tǒng)分析法的路面評價方法（如層次分析法、模糊數(shù)學(xué)）、基于灰色理論的評價方法以及集對分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等［2］。

在我國的規(guī)范中，對于水泥混凝土路面使用性能評價包括PCI，RQI，SRI 3項技術(shù)指標，分別乘以權(quán)重進行求和，按下式計算：

式中：wPCI，wRQI，wSRI分別為PCI，RQI，SRI的權(quán)重值。

PQI的值域為0～100，且其值越大越好。根據(jù)PQI值及各分項指標評定路面的等級見表1。

表1 路面狀況評定標準

3 宣大高速公路工程實例分析

本文結(jié)合宣大（宣化－大同）高速公路改建項目，采用相關(guān)方法，分別計算得出路面損壞狀況指數(shù)、路面行駛質(zhì)量指數(shù)和路面抗滑性能指數(shù)和路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)，確定了宣大高速公路使用性能水平，并有針對性地提出了養(yǎng)護維修的方法。

3.1 路面使用性能調(diào)查

（1）進行路面損壞狀況的調(diào)查。本次調(diào)查采

用人工方法對重載方向進行調(diào)查，對所有的行車 道進行損壞類型和嚴重程度的實地調(diào)查，見表2。

表2 路面損壞狀況調(diào)查數(shù)據(jù)

在本次路面損壞狀況調(diào)查中，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的填縫料損壞、拱起和修補的病害，故未在表中列出。

根據(jù)公式計算：

式中：各符號含義見規(guī)范［1］，分別計算得出每k m的PCI值和DR值，見表2。取PCI的平均值來評價宣大公路的路面損壞狀況，PCI＝31.4＜60，DR＝59.8。根據(jù)該結(jié)果，可以確定宣大公路的路面損壞狀況非常嚴重。

（2）對宣大公路的路面平整度進行檢測。平整度的測量方法有很多，本次調(diào)查采用車載式激光平整度儀測定重載方向的平整度。激光平整度儀采集的數(shù)據(jù)為路面的相對高程值，是以100 m為計算區(qū)間長度并用IRI標準程序計算的值［3］。由于激光平整度儀采集的數(shù)據(jù)量較大，所以只將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果列于表3。

表3 路面平整度數(shù)據(jù)表

根據(jù)公式計算：

式中：各符號含義見規(guī)范［1］，可以計算各段的RQI值列于上表中，并求得IRI＝2.412，RQI＝87.785，由此可以確定宣大公路的平整度處于良好水平。

（3）用擺式儀測定路面摩擦系數(shù)，以評定路面在潮濕狀態(tài)下的抗滑能力。為了計算SRI的值，根據(jù)已有的研究成果，將測定的擺式摩擦系數(shù)的值換算為橫向力系數(shù)SFC的值，考慮由于精度及其他因素的影響，可能會造成一定的誤差，但是這個誤差是允許的，因此，通常采用換算公式Fb＝0.959 3Fs＋5.245［4］進行換算。重載方向測定的擺式摩擦系數(shù)的數(shù)據(jù)見表4。

表4 路面擺式摩擦系數(shù)表

式中：各符號含義見規(guī)范［3］，計算得出BPN＝51.4，SFC＝48.1，SRI＝86.2，由此可以確定宣大公路的抗滑性能處于良好水平。

（4）根據(jù)公式（1）（其中對于水泥混凝土路面ωPCI＝0.5，ωRQI＝0.4，ωSRI＝0.1），計算得出宣大公路（重載方向）的路面使用性能PQI＝0.5×31.4＋0.4×87.785＋0.1×86.2＝59.434＜60，故宣大公路路面的使用性能已經(jīng)處于較差的水平。根據(jù)公式計算：

（5）對宣大公路進行路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)的評定，采用落錘式彎沉儀進行路面彎沉值的測定。以下選擇的測試路段通過數(shù)理統(tǒng)計原理計算得出各個測點的實測彎沉代表值，設(shè)計彎沉值為35 mm。

根據(jù)公式計算：

式中：各符號含義見規(guī)范［3］，計算得出PSSI的值，見表5。

表5 路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)及相關(guān)數(shù)據(jù)

由表5可見，計算得出宣大高速公路的路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)的平均值為71.97＞70，處于中等水平，因此，宣大公路的路面結(jié)構(gòu)強度處于足夠的水平。

3.2 路面養(yǎng)護維修措施

根據(jù)宣大高速公路現(xiàn)有的路面使用性能指數(shù)PQI的值，對于較嚴重的路面（重載方向）需進行路面的大中修或加鋪或改建，而對輕載方向可以采取專項的矯正性養(yǎng)護。

輕載方向的矯正性養(yǎng)護，可采取的措施有：瀝青砂或密級配瀝青混凝土補平夯實、環(huán)氧樹脂砂漿修補、混凝土稀漿封層、瀝青砂或密級配瀝青混凝土進行順接等［5］。而對重載方向的路面損壞嚴重的應(yīng)進行大修或改建。對于部分嚴重的水泥混凝土路面板可以采取整板置換；對于路面結(jié)構(gòu)強度足夠的情況下，可以采取加鋪瀝青層的方式進行修復(fù)；對于路面結(jié)構(gòu)強度不滿足要求的路段，則需進行翻修。

對于不同的養(yǎng)護維修措施，還需要考慮成本問題，最終確定的養(yǎng)護措施應(yīng)符合成本效益最低且能達到預(yù)期的修復(fù)水平的原則。通過對宣大高速公路原有路面的病害分析及各項數(shù)據(jù)的對比，并考慮到輕重載的差異，確定宣大高速公路重載方向采用加鋪瀝青面層的方式，輕載采用矯正性專項養(yǎng)護。

4 結(jié)語

（1）通過調(diào)查和計算，得出宣大高速公路的路面損壞狀況處于較差的水平，平整度和抗滑性能處于良的水平，而路面結(jié)構(gòu)強度處于中等水平。

（2）宣大高速公路路面的使用性能指標PQI的值為59.434，因此，現(xiàn)有的路面使用性能處于較差的水平，對路面采取適當?shù)酿B(yǎng)護措施勢在必行。

（3）針對宣大公路的現(xiàn)有路面使用性能，以及交通荷載的分布情況，對于輕載方向建議采用專項的矯正性養(yǎng)護措施，而對于重載方向則建議進行加鋪瀝青面層的處治方法。

［1］ JTG H20－2007公路技術(shù)狀況評定標準［S］.北京：人民交通出版社，2007.

［2］ 黃文雄，譚利英，鄧麗娟.公路路面使用性能評價方法研究［J］.交通科技，2003（4）：97-100.

［3］ JTG E60－2008公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程［S］.北京：人民交通出版社，2008.

［4］ 王 驍，馬天麗，傅燕峰.橫向力系數(shù)測定車與擺式儀檢測方法的相關(guān)性分析［J］.黑龍江交通科技，2012（11）：158-159.

［5］ 左世娟.水泥混凝土路面病害分析和養(yǎng)護對策［J］.黑龍江交通科技，2002（4）：24-26.