高旋

摘要 針對目前公路瀝青路面檢測以及養(yǎng)護中存在的問題，為了對瀝青路面檢測和養(yǎng)護決策優(yōu)化展開研究，文章依托具體工程實例，以某公路A、B、C路段養(yǎng)護為例，結(jié)合養(yǎng)護干預下的路面使用性能衰變特點，提出了基于路面指標可靠度的檢測周期優(yōu)化模型，得出適用于養(yǎng)護干預下的路面檢測周期，確定了合理的檢測方案以及養(yǎng)護決策，為瀝青路面養(yǎng)護決策提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞 瀝青路面；檢測；養(yǎng)護決策；優(yōu)化

中圖分類號 U416.217文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）10-0072-03

0 引言

路面檢測是開展系統(tǒng)性道路養(yǎng)護的前置工作，檢測數(shù)據(jù)的真實性、準確性以及分析結(jié)果，是道路運營者判斷道路狀況、做出養(yǎng)護決策的重要依據(jù)，因此應當予以重視[1]。檢測周期不合理將導致路面狀況信息收集不及時，無法支撐養(yǎng)護決策。然而，頻繁的路面檢測雖然能夠及時發(fā)現(xiàn)道路性能存在的問題，但是不利于全壽命周期的成本節(jié)約?；诼访鏅z測工作開展公路養(yǎng)護決策，不同于道路設(shè)計及施工前的道路調(diào)查，更強調(diào)前瞻性與系統(tǒng)性。因此，該文綜合考慮交通量、使用年限、道路性能衰減趨勢、檢測周期、養(yǎng)護成本等因素，建立多目標規(guī)劃優(yōu)化模型，計算最佳養(yǎng)護時期，確定路面適宜檢測周期，為道路運營者及時開展檢測工作和科學進行養(yǎng)護決策提供依據(jù)。

1 工程概況

某公路路線全長82.45 km，采用雙向四車道設(shè)計，設(shè)計速度為120 km/h，路基寬度26.0 m。自2010年建成以來，交通量不斷增加，且大型貨車比例較高，約占交通組成的30%～40%，交通荷載繁重。在近期日常巡查過程中發(fā)現(xiàn)部分該公路整體評價結(jié)果為“良”，在整個養(yǎng)護過程中的大中修路段較少，日常養(yǎng)護路段占比較大，預防性養(yǎng)護路段逐年增長。選取A、B、C路段，三個路段在2017—2022年分別采取了日常性養(yǎng)護、預防性養(yǎng)護和大中修措施，且在各個路段內(nèi)不同車道的養(yǎng)護情況基本一致，能夠較好地反映路段養(yǎng)護情況及病害發(fā)展趨勢[2]。

2 養(yǎng)護對路面使用性能的影響

2.1 日常性養(yǎng)護

A路段在2017年、2020年和2022年均采取了日常養(yǎng)護，采用劉伯瑩指數(shù)模型[3]以2017年為節(jié)點，對后續(xù)數(shù)據(jù)進行預測，對后續(xù)檢測值進行計算，對比實測值與預測值，以此判斷檢測周期的適用性。日常養(yǎng)護下路面檢測數(shù)據(jù)實測值與預測值對比情況如圖1所示。

由圖1可知，對比預測值與實測值可以發(fā)現(xiàn)，路面破損率DR、路面平整度IRI、路面車轍RD的實測值小于預測值，路面橫向力系數(shù)SFC的實測值大于預測值，這表明在日常養(yǎng)護工作發(fā)揮了補充路面性能的作用。從路面實測數(shù)據(jù)來看，路面破損率、平整度、車轍、路面橫向力系數(shù)等指標，在經(jīng)過日常養(yǎng)護后，均有較為明顯的改善。整體來講，由于日常養(yǎng)護工作對道路性能下降趨勢的及時干預，各項指標的前后變化較為平緩。

對日常養(yǎng)護下不同檢測周期的數(shù)據(jù)偏差進行分析，結(jié)果如圖2所示。

整體而言，A路段在經(jīng)過日常養(yǎng)護工作后，路面性能得以及時補充，整體變化趨勢較為穩(wěn)定，各項路面性能指標值呈現(xiàn)“優(yōu)”的狀態(tài)。計算各檢測周期下的數(shù)據(jù)偏差可以發(fā)現(xiàn)，偏差率為5%～10%，說明經(jīng)過日常養(yǎng)護后，各檢測周期測得的路面性能數(shù)據(jù)差異較小。因此對于日常養(yǎng)護路段，建議選擇較長檢測周期，能夠滿足養(yǎng)護決策的檢測數(shù)據(jù)要求，同時降低檢測成本。

2.2 預防性養(yǎng)護

B路段在2017年、2020年和2022年采取了預防性養(yǎng)護，以2017年為節(jié)點，對后續(xù)數(shù)據(jù)進行預測，對后續(xù)檢測值進行計算，對比實測值與預測值，以此判斷檢測周期的適用性。預防性養(yǎng)護下路面檢測數(shù)據(jù)實測值與預測值對比如圖3所示。

由圖3可知，由于預防性養(yǎng)護工作的及時開展，路面破損率DR、平整度IRI指標的變化趨勢平緩。而路面車轍RD、路面橫向力系數(shù)SFC指標在預防性養(yǎng)護后，出現(xiàn)數(shù)據(jù)驟然變化的現(xiàn)象，數(shù)據(jù)變異性較高；相較于日常養(yǎng)護的指標趨勢圖，在經(jīng)歷過預防性養(yǎng)護后，路面破損率DR、平整度IRI、車轍RD的實測值下降趨勢更明顯。而預測值上升趨勢保持，這與道路性能衰變的規(guī)律相一致[4]；橫向力系數(shù)SFC實測值表現(xiàn)出的上升幅度也超過日常養(yǎng)護。

對預防性養(yǎng)護下不同檢測周期的數(shù)據(jù)偏差進行分析，結(jié)果如圖4所示。

B路段為采用預防性養(yǎng)護的路段，路面整體性能仍表現(xiàn)出優(yōu)良狀態(tài)。但是相比日常養(yǎng)護的A路段，各評價指標的變化程度更為劇烈、檢測數(shù)據(jù)的變異性較大。其中路面車轍和橫向力系數(shù)在經(jīng)過預防性養(yǎng)護后，波動趨勢尤為明顯。分析圖4的數(shù)據(jù)偏差情況，路段采用預防性養(yǎng)護措施對道路性能的影響更大，檢測周期為2年、3年和4年時，各檢測指標的變異性增加明顯，實測數(shù)據(jù)偏差大于10%。由于道路指標差異性增大，檢測工作周期不宜設(shè)置過大，以免由于檢測不及時和檢測數(shù)據(jù)誤差，影響?zhàn)B護決策工作的開展，錯過最佳養(yǎng)護時機。

2.3 大中修后

C路段在2017年、2020年、2022年開展大中修養(yǎng)護工作，以2017年為起點開展預測。大中修養(yǎng)護下路面檢測數(shù)據(jù)實測值與預測值對比如圖5所示。

由圖5可知，在大中修前后，四個路面檢測指標實測值均有較大波動，表明路面性能在經(jīng)過大中修后發(fā)生明顯變化。從整體實測數(shù)據(jù)來看，路面性能的變化較為平緩，在2017年、2020年和2022年進行大中修后，路面破損率、平整度和車轍指標實測值明顯下降，且下降趨勢超過日常養(yǎng)護與預防性養(yǎng)護下的趨勢。預測值呈現(xiàn)上升趨勢，與路面衰變規(guī)律相符。路面橫向力系數(shù)實測值上升幅度超過日常性養(yǎng)護與預防性養(yǎng)護。

大中修養(yǎng)護下不同檢測周期檢測數(shù)據(jù)偏差如圖6所示。

整體而言，在經(jīng)過大中修后，C路段路面性能為“良－中”狀態(tài)。路面整體性能的變化趨勢較大，各檢測指標實測值的變異性較為明顯，不同指標的變化程度也存在差異。其中路面破損率、車轍、橫向力系數(shù)等指標的變異性較大，結(jié)合圖6可以發(fā)現(xiàn)，C段路面性能實測數(shù)據(jù)偏差普遍大于15%，隨著檢測周期的增加，數(shù)據(jù)偏差值明顯增大，最大可超過65%。因此路面經(jīng)過大中修后，檢測周期的確定應重點關(guān)注指標的變異性，檢測周期不可設(shè)置過大，以免檢測數(shù)據(jù)收集不及時影響?zhàn)B護決策。

3 路面檢測周期優(yōu)化模型

根據(jù)該公路的運營數(shù)據(jù)，每車道日平均累計當量Ne1=1.25萬次，累計標準軸載Ne與可靠度R之間的關(guān)系[5]如下：

式中，——平均維修時間，根據(jù)該公路歷年養(yǎng)護數(shù)據(jù)，可取值18 h；——平均病害維修時間，可取值90 h。計算可得累計標準軸載與維修系數(shù)的關(guān)系曲線如圖7所示。

由圖7可以看出，當累計當量軸次Ne=800萬次時，維修系數(shù)α最小，此時最佳維修周期640 d。根據(jù)上述模型對各路用性能指標在到達臨界值時的使用壽命進行預測。結(jié)合各性能指標下檢測周期與偏差值的分析結(jié)果可知，路面采用的養(yǎng)護方式不同，對檢測周期的要求存在較大差異，因此需將養(yǎng)護方式與檢測周期一并作為養(yǎng)護決策體系的優(yōu)化內(nèi)容。

4 瀝青路面養(yǎng)護決策優(yōu)化

對該公路的歷年養(yǎng)護數(shù)據(jù)和路面現(xiàn)狀進行分析，綜合考慮路面路用性能、舒適性和經(jīng)濟性要求，提出表1所示的路面養(yǎng)護需求標準[6]。結(jié)合上述研究結(jié)果，由于不同養(yǎng)護方式下檢測指標值存在的數(shù)據(jù)偏差，不同養(yǎng)護方式需對應不同的檢測周期要求。

5 結(jié)語

綜上，該文對日常養(yǎng)護、預防性養(yǎng)護和大中修下三種不同養(yǎng)護方式下的路面性能預測試與實測值進行分析，研究不同養(yǎng)護方式對后續(xù)檢測周期的要求，研究表明日常養(yǎng)護路段可采用較長的檢測周期，預防性養(yǎng)護及大中修后需采用較短的檢測周期。綜合考慮路面性能衰變規(guī)律、荷載變化、路齡和檢測周期要求等因素，該文提出了路面檢測與養(yǎng)護決策優(yōu)化模型。

參考文獻

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