现代路面管理 养护和改建的对策选择

第十八章养护和改建的对策选择181两种选择方法的共同点由管理部门考虑的两种选择方法养护和改建均是预防性和改正准的，通常在当前也是有实效的，然而伴随新技术的应用，这些方法也一律将继续发展，结合采纳其它管理部门上的经验，长期性能和费用效益是可达到的，但是在任何一个给定的条件下，由于资金、物理限制，目前路面的状况等诸如此类情况使可行的选择方法远远少于有效的选择方法。表181提供了安大略交通部目前使用的养护和改建两种维修方法的示范表格，而且又对他们进行的再分例如不同厚度的热拌再生路面。虽然该部已估算出每种维修方法的服务年限，但大多种维修方法的实际破坏模式仍被继续发展，许多其它道路部门也都有同样的情况。表181中显示了明尼苏达州使用的另一个例子即34种维修方法的选择。重要的是由管理部门明确地辩别所有有效的养护和改建方法，增加或减少已有的决策以决定哪种方法对给定的情况有效以便优先计划处理能有效的执行。辨别养护处理方法也有同样的要求，通常被分类为日常养护和重点养护。1路面破坏程度在容许范围内的进行预防性的养护，例如石屑罩面，沥青砂浆表面处置，填封缝料，加铺薄覆盖层。2不满足或接近使用性能最低要求的进行改正性的维护例如热拌或冷拌混合沥青182决策可行性维护护方法的决定过程和专家系统从一系列有效的选择方法中选出可行的维护方法的过程范围很广，可从简单的判断到考虑各种因素关系的专家系统的决策树后者应能描绘当地已存在的实践。表182给出了一个小城市的决策树的例子。在这个例子中，该城市共有12种可供选择的方案，在3种情况下最多有5种方案可行，在1种情况下最少有2种方案可行。同时，这个特殊城市使每种可行的选择方法倾向于一系列流向线交织图包括适当的构造，路面类型，表面厚度，路绿石高度，路段长度，功能等级和路绿石和街沟的条件这些都能进一步减少已给路段可行的选择方案的数目。因为有效的维护处理方法的数目通常是比较有限的所以可行的预防或改正性的维护方法通常应用流向线交织图来解决例如，如果破坏程度严重且密度较高或裂缝的范围较大，填封缝时，沥青砂浆表面处治或石屑罩面等方法是不可行的，在这种情况下，如果不能保证维护能达到容许破坏程度的最低要求，那么路面补坑可能就是唯一可行的选择方法。即使已选定了维护方法，路面补坑也应作为维护前的养护措施。在路面管理中专家系统工程的一般作用已被描述，并且它还显示了怎样应用这种系统工程首次鉴别一个可行的主要维护途径然后在选定的途径中产生可行的详细方法，图183就是这样一个选择主要途径的例子，它利用了各种自然，交通，资金，气候等其它数据，然后通过另一个决策树选出这个详细的方法，该方法包括诸如地下排水和全厚式修补等条目。包括一个多个分枝的决策树途径的一般类型已被描述，这种专家系统从每个路段96种选择方法500多个分配方案中利用路面表面损坏，行驶质量，加载反应，交通量，几何学和结构上的数量去指定一个或更多的可行的维护措施，随着大量能带来商品效益的以知识为基础的专家系统开发工具或软盘的出现，这种适用于任何部门的条件和要求的决策树被设计，这种专家系统工程也迅速发展起来而且更新更有用的软盘越来越显出其功效同时用户使系统适合他们需要的能力也是非常必要的。选择维护方法的这种以知识为基础的专家系统工程的应用应包括以下几个部分1PRESERVER在选择费用一效益最佳的维护措施中利用了OPSS的描述性语言并考虑了单一或多种损坏的结合及其严重性和密度。2ROSE针对寒冷地区为介绍柔性路面中常规裂缝或填缝裂缝而发展起来，考虑了裂缝严重性和范围，路面结构，服务能力和其它损坏的存在，利用了EXSYS发展工具并能在任何相互联系的或自动化模式中操作。3ERASME为帮助用户选择养护和改建措施在法国发展起来的，它包括确定路面状况的诊断部分和与诊断相联系的选择部分，该系统也利用了EXSYS发展工具。图184养护处理方法选择和额外规则示例4PMAS这是为在寒冷岛上或沿海地区选择合适的养护措施而发展起来的路面养护参考系统，除了气候，它还考虑了类型损坏的严重性和频率，交通量和行车舒适性，该系统独特之处在于使用户能利用照片判断损坏程度，该系统在计算机的DOS系统上利用了EXSYS发展工具盘，在苹果机用INSTANTEXPERT系统，图184给出了一个选择养护方法，预测寿命和说明怎样从知识基础上提取规则的例示。183养护和改建两种选择方法的破坏模型在163节中描述的破坏模型的类型完全适用于选择改建方法的破坏模型，但是，由于反在二十世纪八十年代改建费用才开始在路面费用中占较大比重。特别是在美国北部，改建设计数据不始原始道路设计数据重要，因要，尽管许多部门已经产生了加铺改建模型却仍存在大量的问题。美国联邦公路部开发了一个机械化设计加铺导的程序，其中描述了根据疲劳和车辙破坏建立的损坏模型，该程序包括了现有路面评价基础上的弯沉和裂缝的全面勘察，路基变沉的估算，面层，基层，底基层材料的室内试验测试以决定它们的模数；应用弹性怪状分析法计算各种应力和应变，用AASHO道路测试原则应用当量轴载换算计算疲劳和车辙破坏，剩余寿命分析区别于设计疲劳寿命和已使用疲劳寿命。然后，满足疲劳和车辙等更多原则的加铺层厚度被决定。例如，图185给出了一个样本条件的罩面设计典线，对于施加26当量标准轴载的路线交通设计，车辙标准要求有73英寸厚的罩面，而疲劳破坏仅要求49英寸厚，因此，该状态由车辙标准控制设计为73英寸，根据记载，在其它条件下，疲劳标准也能起决定作用，若曲线能相交，那么在施加荷载数较低情况下一种标准能决定厚度但当施加荷载量较高时需用另一种标准来决定。产生维修破坏模型最有用的途径是应用163节描述的马尔可夫链程序，加拿大的爱德华王子岛省已采用这种途径，在二十世纪八十年代后期第一次产生现有路面的损坏模型，然后是在二十世纪九十年代后期产生类似的改建模型。同样地，在开发育空河公路的不历青表面处治的性能曲线时也广泛应用了马尔可夫链程序，图18提供了一个三级公路的性能曲线的例子完整设计了基层和底基层的加固层，用沥青表面处治代替了地沥青混凝土路面它也把4年实际量测结果与一般性能曲线进行了比较。图186育空公路沥青表面处治的性能曲线184成本，效益和成本效益计算以下的段落将描述维修选择方法的成本，成本效益或利益的计算，这些计算需用到优先规划9参见第19章以这些计算为基础的经济评价原则的细节将在第29章中介绍。维护费用包括1实际使用费用材料，运输，场地等这种费用以现状为基础容积、面积、质量例如每英里或公里路段需多少元。2车辆营运费。3用户延误费包括改建期内额外的车辆营运费。4由于交通事故或行改建有关的交通阻碍引起的事故费。5环境损失费空气或水污染、噪音等后两种费用很难用数值表示，但它们是确实存在的，在成本计算中通常初忽略。计算实际使用费用的程序要求的数据是单价加上有关的体积，质量或面积，并要求相应的简单乘法，许多部门已根据祥细的例子例如安大略交通部使用的人工进行了必要的计算。同时，沥青协会等其他组织也发表了关于这方面目的的论文。如果选择的维护方法在将来某年被实施，例如图187中的A那么成本可析算成现在的费用如下现在的成本将来的成本PWF这里PWF现值因素1/1INN实施维修的年数图187的A年I析算率例如在图187中在将来A年设厚加铺层的费用估算为100，000元车道一米，如I为5，那么现在的费用将是100，000元（）3，元车道米。车辆运行费用直接随道路服务能力的高低而变化，效益相关差异的度量中考虑了存在于维护与不维护之间的车辆运行费用的差异，图188旨明这个概念也指明了有关费用的维积。在图188中车辆营运费定量给出了有关的效益差异，表182中给出了每天交通量5000或10000辆两种规格的例证，正如表有所列出的它还结合了某些假设例如介于维护与不维护之间的现有路况功能指标每年有03个单位的增长率但是现有的额外用户费用或有关的效益异是相当大的。图187在A年改建和仅仅养护的生命周期内典型的服务水平与年龄的关系。表182对于图187推迟养护决定每米需额外耗费的用户车辆运行费用推迟的年数PSI的不同AADT每年的额外车辆运行费1，000累积额外车辆连行费用15500027262185000476632150006611842450008918411510000555121810000951323211000013123642410000179368假设1PSI值在PSI40改建和推迟决定不改建的PSI之间不同2根据小型汽车计算第三栏的单价，运行速度为80公里小时3第四栏打了8的折扣，单价在推迟年尾被折回图188当要求改建及推迟改建的相关效益和费用例如当日交通量为5000辆时，将维修时间推迟5年累及每英里将多耗费184，000元或大约110，000元公里由于车辆营运费时相关费用的单价随时间变化，表182中的数字可认为仅仅说明了通过维护可达到的各种效益。得克萨斯州首次提出了维护期间的用户延误费，接着发展了以排队论、结合各种交通管理方法加上诸如设备类型、交通量维护区域长度的能力、和每天延误时间为基础的用户延误模型已发展起来，表183就是这项工作的综合例子关于四车道公路和不同的交通管理方法在二十世纪七十年代中期的消费水平基础上，这些利用消费价格指标变化换算为当前值的数字指明了用户延误费能有多么巨大。很少有部门直接发考虑用户延误费，但明尼苏达州是个例子在它的路面管理系统中选择了这方面计算，不预先考虑用户延误费的原因之一是这些不属于部门预算。然而，在整体成本分析中应包括他们，特别是由于正是用户支付改建、养护和延误等全部费用。成本效益计算以设计或破坏曲线F的面积为基础，改建方法选择的简略说明依从表189中给出的必需年。效用是改建损坏曲线F的净面积改建执行年右边的阴影部分面积减去左边的阴影部分面积乘上路段长度和交通量即效用182REREPQIPQIADTLRMHABYRIMNIHABYRMNM这里PQI路面品位指标PQIR改建后即执行年和PQOM达到前的任一年的路面品位指标PQIM路面品位指标最小容许值PQIN从必须年到改建年的每年的路面品位指标ADT平均日交通量L路段长度成本效益计算指的效用除以成本的简单比例，这个比率没有物理和经济意义但在下一章将描述的供选择方法的有关比较和优先规划方面是有用的。它作为成本效益这个专用词被使用，而实际计算是相反的效用成本原因是成本效用越高代表其价值越高，这样它与通常的预期相统一即效成本的比率增长的越多，代表其采用的选择方法越经济。计算养护处理方法的成本效益的简单途径已产生，它与下面对每种可行的养护方法的分析有关。单价（人力设备材料总费用/每天的成果或产量平均每年的费用单价/所采用方法的预计寿命采用年平均费用最低的处理方法是最好的方法CHONG89中总结了该种生产过程成本效益的计算步骤。1考虑到龟裂的中等严重程度和密度，表184中指出我们必须考虑用喷洒沥青、冷拌沥青和热拌沥青等方法。2对于热拌沥青，1002设计标准见表185指出我们必须有一个九人的小组和6套规格不同的设备。3当地的劳动力价值是每小时805元。因此九人每日所需费用为57960元。4同时，6套设备每日所需花费为32940元。5每天的成果或产量是平均每天70吨热拌沥青见表185。6在该地区热拌沥青的成本为每吨2004元。这样70吨值140280元。7每天所需人力、设备和材料总成本是5796032940140280231180元8单价是2311803303元吨9平均年费用根据表184预计寿命为4年是3303826元年吨10如果我们需铺25毫米厚的沥青，MTO预算手册认为每平方米面积需00570吨沥青，在这个基础上每年的等效成本费将是826元M2/YEAR11这个例子同样的计算给出了等效的年成本费。A喷洒沥青193元M2/YEARB冷拌沥青202元M2YEAR12在这个例子中当然认为热拌沥青有效好的成本效益并将成为理想的养护方法。表184对于龟裂破坏的养护处理方法的选择评价建议的养护处理方法养护的功能等级预计使用年限严重性密度常规巡逻不巡逻局部无行动轻度一般无行动但密切监视未来的发展评价建议的养护处理方法养护的功能等级预计使用年限严重性密度常规巡逻不巡逻喷洒沥青10041冷拌沥青10011热拌沥青1001100210024局部多车道的热拌沥青10024中等一般与上面相同但通知当地政府并密切监视养护05冷拌沥青10013热拌沥青100110021002挖掘，粒状的热拌沥青10027局部发展排水额外的年平均日交通量低于2000的公路用热拌沥青并通告地方政府10022年平均日交通量低于2000时的用沥青覆盖处理10143年平均日交通量低于2000时用粒料层和表面处治10174严重一般年平均日交通量高于2000时有选择地用热拌沥青覆盖并通知地方政采取进一步的措施10023仅供参考表185机械补坑、撒铺、摊铺的养护实施标准说明拌和机械材料热拌和冷拌前的机械撒铺和摊铺以修补诸如凹地、颠簸等其它的主要路面损坏。包括修补面的修补和奋实的准备工作道路类型热拌热拌覆盖法多车道23车道2车道各种路面类型的选择方法1平地机1压路机2铲土机1平地机1压路机2铲土机1平地机1压路机2铲土机2整平板1压路机2铲土机1到5驾驶员供应沥青1到5驾驶员