瀝青路面性能衰變預(yù)測(cè)及養(yǎng)護(hù)維修決策方法研究

摘 要：社會(huì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的決定性因素之一就是交通運(yùn)輸，在交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的過(guò)程中，道路交通設(shè)施的維修養(yǎng)護(hù)管理已經(jīng)成為了交通行業(yè)的重點(diǎn)工作。但是我國(guó)展開(kāi)對(duì)道路進(jìn)行養(yǎng)護(hù)的時(shí)間較晚，經(jīng)驗(yàn)相對(duì)還有些匱乏，在各個(gè)方面還或多或少的存在一些問(wèn)題，因此本文針對(duì)瀝青路面的路用性能以及養(yǎng)護(hù)決策展開(kāi)研究。闡述瀝青路面的結(jié)構(gòu)性病害類型、路用性能的評(píng)價(jià)體系和衰變規(guī)律，同時(shí)對(duì)養(yǎng)護(hù)決策展開(kāi)研究。

關(guān)鍵詞：瀝青路面;衰變預(yù)測(cè);養(yǎng)護(hù)維修;性能評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：U416.217;U418.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

公路交通的快速建設(shè)為運(yùn)輸提供了保障，促進(jìn)了社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。但公路運(yùn)輸需求的強(qiáng)勁增長(zhǎng)也給公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)提出了新的要求，目前交通基礎(chǔ)設(shè)施的養(yǎng)護(hù)維修管理已經(jīng)成為了我國(guó)交通事業(yè)的重點(diǎn)。公路的養(yǎng)護(hù)維修時(shí)保持路況完好、到場(chǎng)道路壽命的根本條件。如果缺乏科學(xué)合理的維修養(yǎng)護(hù)，則會(huì)嚴(yán)重影響路況，降低交通通行效率。因此研究科學(xué)合理的公路養(yǎng)護(hù)維修問(wèn)題，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。

1 瀝青路面結(jié)構(gòu)性病害類型

1.1 瀝青路面車轍病害

由于產(chǎn)生的原因不同，也就導(dǎo)致瀝青路面上的車轍會(huì)劃分為不同的類型，其中較為常見(jiàn)的包括結(jié)構(gòu)性車轍，對(duì)該類車轍影響最大的就是車輛荷載作用，在荷載作用下，瀝青的面層、墊層以及土基都會(huì)出現(xiàn)永久性的變形。所以該類的車轍也就會(huì)呈現(xiàn)出寬度大、兩側(cè)隆起、斷面呈U型的特征。另外一種類型的車轍是由于高溫的影響而使得瀝青混合料的內(nèi)部出現(xiàn)了剪切破壞，在經(jīng)過(guò)反復(fù)荷載作用的積累使瀝青路面形成了流動(dòng)變形，故而將該種車轍稱之為流動(dòng)性車轍，這種類型的車轍主要出現(xiàn)于輪跡的下凹處。其三為磨耗性車轍，主要是由于車輛荷載以及自然環(huán)境的反復(fù)影響，表面的顆粒不斷的脫落從而磨耗而形成的。第四種車轍形成的原因是瀝青混合料的壓實(shí)度不足，在高溫作用下從而形成變形，這類車轍稱之為壓實(shí)性車轍。引起瀝青路面出現(xiàn)車轍的原因眾多，總體上可以劃分為兩類，一方面是內(nèi)因，是由瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度所決定的，其中主要受到瀝青的標(biāo)號(hào)、感溫性、粘結(jié)力、用量、級(jí)配等。而外因則是受到氣候條件、交通條件、施工條件幾方面的影響。

1.2 瀝青路面水損害

瀝青路面的水損害有兩種表現(xiàn)形式，一種是自上而下的表層水破壞，另外一種則是自下而上的形式。其中以第一種自上而下的形式為主，由于降雨等原因而引起的降水在路面上形成積水之后，積水就會(huì)逐漸滲入至空隙之中，其中的一部分會(huì)發(fā)生滯留，長(zhǎng)時(shí)間處于表面層和中面層之間，長(zhǎng)時(shí)間的浸泡就會(huì)降低甚至喪失瀝青集料之間的粘聚力。交通荷載的反復(fù)作用就會(huì)使得在空隙中產(chǎn)生動(dòng)水壓力和真空負(fù)壓抽吸，使得集料進(jìn)一步的損害。瀝青混合料自身的性能、外界因素以及施工條件是導(dǎo)致瀝青路面發(fā)生損害最主要的原因。瀝青與礦料的粘結(jié)性越好，則兩者之間就會(huì)產(chǎn)生更大的粘附力，所表現(xiàn)的水穩(wěn)性也就會(huì)越好，水損毀也就會(huì)降低。氣候和行車荷載作用則是影響水損害的主要外界原因。

1.3 瀝青路面裂縫類病害

瀝青路面的裂縫根據(jù)裂縫的走向大致可以劃分為橫裂、縱裂、龜裂以及塊裂四種類型，其中影響瀝青混合料最主要也是最根本的原因就是混合料的低溫勁度。通常情況下稠度和溫度的敏感性越低，裂縫也就會(huì)越少。施工過(guò)程的壓實(shí)度以及地基處理程度也都會(huì)對(duì)裂縫的產(chǎn)生有直接的影響。

1.4 瀝青路面其他病害

除此之外，瀝青路面還存在沉陷、波浪、泛油、松散、麻面等病害，其重要產(chǎn)生的原因如圖1所示。

2 瀝青路面使用性能評(píng)價(jià)體系及影響因素

2.1 瀝青路面使用性能評(píng)價(jià)體系研究

對(duì)瀝青路面的評(píng)價(jià)可以分為兩個(gè)方面，其一是對(duì)各個(gè)單項(xiàng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，其二則是對(duì)整個(gè)瀝青路面的狀況作出綜合的評(píng)價(jià)。其中單項(xiàng)性能主要包括了路面破損狀況、行駛質(zhì)量、車轍、抗滑性能以及安全性能幾個(gè)方面，瀝青路面的路用性能評(píng)價(jià)體系圖如圖2所示，瀝青路面使用性能的計(jì)算公式如表1所示。

各單項(xiàng)指標(biāo)能夠較好的對(duì)路面的某一性能做出評(píng)價(jià)，但是在路面養(yǎng)護(hù)管理中則需要對(duì)路面的綜合性能進(jìn)行評(píng)價(jià)后進(jìn)行決策，而單一的指標(biāo)則無(wú)法全面的反映路面的綜合使用情況。因此需要對(duì)道路的綜合性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。綜合評(píng)價(jià)法首選需要以單項(xiàng)指標(biāo)作為基礎(chǔ)，但是不同的單項(xiàng)指標(biāo)又會(huì)對(duì)綜合性能產(chǎn)生不同的影響，因此在綜合評(píng)價(jià)的模型中還應(yīng)當(dāng)確定出各個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重。路面使用性能的綜合評(píng)價(jià)公式可表示為：，其中指的是某分項(xiàng)指標(biāo)在PQI計(jì)算中的權(quán)重。權(quán)重的確定主要可以分為兩種，其一是根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)而確定的主觀賦權(quán)法，這種方法受到較大的人為主觀因素影響;其二則為客觀賦值法，主要是根據(jù)原始數(shù)據(jù)之間的關(guān)系通過(guò)數(shù)學(xué)理論來(lái)確定權(quán)重大小。

2.2 瀝青路面使用性能影響因素

瀝青路面的路用性能主要受到路面結(jié)構(gòu)、環(huán)境特征、施工水平、交通荷載、養(yǎng)護(hù)水平幾個(gè)方面的影響。其中造成性能衰減的內(nèi)在因素是路面結(jié)構(gòu)特征。交通荷載作為使用性能衰變的外在因素，對(duì)路面結(jié)構(gòu)的承受能力會(huì)直接產(chǎn)生影響，重載交通越多，路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也就會(huì)衰減越快。環(huán)境因素包括氣候和自然地理環(huán)境兩個(gè)方面，氣候因素主要包括了溫度和濕度，溫度能夠影響路面材料的蠕變性能，濕度則表現(xiàn)為降水量方面。道路的養(yǎng)護(hù)水平能夠?qū)β访娴氖褂脡勖a(chǎn)生直接的影響，養(yǎng)護(hù)具體體現(xiàn)在養(yǎng)護(hù)的資金分配與管理以及養(yǎng)護(hù)的水平高低。而施工水平則主要表現(xiàn)在道路使用的初期，施工質(zhì)量越好，則路面最早破壞的時(shí)間也就越晚。

3 路面使用性能衰變規(guī)律預(yù)測(cè)模型

瀝青路面的路用性能衰變規(guī)律預(yù)測(cè)模型可以劃分為確定型、概率型以及其他類型，各模型的特點(diǎn)如表2所示。根據(jù)實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)分析，路用性能的衰變過(guò)程可以劃分為4種，分別為凸型曲線、凹型曲線、反S型曲線以及直線型曲線。四種類型的曲線代表的是四種模式，其共同點(diǎn)是路用性能均隨著路齡和荷載作用而出現(xiàn)不同程度的下降，只是下降的過(guò)程有所不同，其中凸曲線所表示的是在道路運(yùn)營(yíng)的初期階段，其路用性能相對(duì)較好，衰減的也較為緩慢，但是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的綜合作用，衰減速率呈現(xiàn)出驟降的趨勢(shì)。凹型曲線在道路運(yùn)營(yíng)的初期就出現(xiàn)了不同程度的破壞，隨著路面病害的加劇，相關(guān)的養(yǎng)護(hù)部門(mén)通過(guò)采取措施使得衰減速率逐漸降低。反S型曲線在運(yùn)營(yíng)初期的性能較好，但是在運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中路用性能驟降，經(jīng)過(guò)養(yǎng)護(hù)部門(mén)的措施，衰減速率有所降低。直線型曲線則表示路用性能在道路投入使用之后就呈現(xiàn)出均勻下降的狀態(tài)。

4 瀝青路面養(yǎng)護(hù)決策研究

進(jìn)行養(yǎng)護(hù)決策其實(shí)就是要綜合考慮到資金限制以及其他條件的約束，從而在眾多的養(yǎng)護(hù)方案中選取最佳的養(yǎng)護(hù)措施，以達(dá)到最大效益目標(biāo)的目的。養(yǎng)護(hù)方案的制定要考慮養(yǎng)護(hù)的需求、經(jīng)濟(jì)效益以及環(huán)境因素等。全壽命周期理論養(yǎng)護(hù)以新建公路或者大修后公路的設(shè)計(jì)壽命作為分析周期，以路面的使用性能作為指標(biāo)，綜合的分析在周期內(nèi)采用不同的養(yǎng)護(hù)模式和方法對(duì)道路使用性能的變化。瀝青路面在運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中路用性能會(huì)逐漸衰減，當(dāng)超過(guò)預(yù)定值，就要通過(guò)養(yǎng)護(hù)措施來(lái)改善路用性能。全壽命周期的分析需要綜合考慮路用性能的預(yù)測(cè)、養(yǎng)護(hù)改善效果、費(fèi)用與效果分析等方面。

路面養(yǎng)護(hù)的具體決策過(guò)程首先需要對(duì)路面的使用情況進(jìn)行全面的調(diào)查，然后對(duì)所調(diào)查的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，區(qū)分出預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的措施以及路段范圍;根據(jù)路用性能的歷史數(shù)據(jù)，確定出不同養(yǎng)護(hù)措施下的路用性能預(yù)測(cè)模型;計(jì)算出全壽命周期內(nèi)的養(yǎng)護(hù)維修效益以及各項(xiàng)成本，最后進(jìn)行全壽命周期的效益費(fèi)用分析，確定出最佳的養(yǎng)護(hù)方案。全壽命周期的費(fèi)用主要包含了道路設(shè)計(jì)以及建成的費(fèi)用、后期大修和改建費(fèi)用、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用以及用戶管理費(fèi)用。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上，瀝青路面的養(yǎng)護(hù)是目前交通基礎(chǔ)行業(yè)的重點(diǎn)工作，文章對(duì)瀝青路面的路用性能展開(kāi)研究，首先介紹了瀝青路面車轍、水損害、裂縫等結(jié)構(gòu)性病害類型，分析了破損狀況、平整度、車轍、抗滑性能以及結(jié)構(gòu)性能幾個(gè)方面的路面使用性能，以及路面結(jié)構(gòu)、環(huán)境特征、施工水平、交通荷載以及養(yǎng)護(hù)水平幾個(gè)方面對(duì)路用性能的影響;然后對(duì)路面使用性能衰變規(guī)律的預(yù)測(cè)模型展開(kāi)研究，并分析了凸型曲線型、凹型曲線型、反S型曲線型以及直線型的衰變模型;最后基于全壽命周期理論對(duì)養(yǎng)護(hù)決策展開(kāi)了闡述分析。

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作者簡(jiǎn)介：羅運(yùn)輝（1986—），男，廣東廣州人，本科，路橋工程師，從事路橋養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)工作。