高速公路路面结构的使用性能评定与改建设计研究中期报告.doc

河北工业大学城市学院本科毕业论文中期报告河北工业大学城市学院本科毕业论文中期报告毕业论文题目：高速公路路面结构的使用性能评定与改建设计研究专业（方向）：交通工程报告提交日期：4月30日 摘要：该文以路面损坏状况、路面行驶质量、路面车辙深度、路面抗滑性能和路面结构强度五个方面为评定路面使用性能的指标，对高速公路路面结构的使用性能进行评定。本文将以石黄高速为实例，具体详尽的介绍高速公路路面结构使用性能评定的方法。 关键词：高速公路；沥青路面；路面使用性能；评价指标。随着我国公路等级的不断提高，高等级公路网络的日益完善，如何对路面使用性能进行检测评定，是当前一个十分重要的课题。路面使用性能包括功能性能、结构性能、结构承载能力、安全性能等几个方面。功能方面的使用性能体现了路面为道路使用者提供方便和行驶舒适性程度的能力；结构方面的性能表现了路面的物理状况，结构承载能力是路面结构剩余寿命的体现；而安全方面的性能则是车辆在路面上行驶时安全性的表征，这几方面从不同侧面体现了路面的使用性能。所以对高速公路路面结构的使用性能进行评定，应该采取明确和直接的使用性能评价分项指标。这些指标包括路面损坏状况指标、路面行驶质量指标、路面车辙深度指标、路面抗滑性能指标和路面结构强度指标。一、高速公路路面结构的使用性能评定方法路面使用性能用路面使用性能指数PQI（Pavement Quality or Performance Index）和相应分项指标路面损坏状况指数PCI(Pavement Surface Condition Index)、 路面行驶质量指数RQI(Riding Quality Index) 、路面车辙深度指数RDI(Rutting Depth Index) 、路面抗滑性能指数SRI(Skidding Resistance Index) 、路面结构强度指数PSSI(Pavement Structure Strength Index)表示，PQI 和相应分项指标的值域为 0100。路面使用性能分为优、良、中、次、差五个等级。路面使用性能等级按表 1-1 规定的标准确定。 表1-1 路面使用性能等级评定标准评价等级优良中次差PQI及各级分项指标9080，9070，8060，7060路面使用性能评价包括路面损坏、平整度、车辙、抗滑性能和结构强度五项技术内容。 平整度与车辙指数可合为一项，即路面行驶质量指数。路面使用性能指数PQI（Pavement Quality or Performance Index）按式（1-1）计算。PQI=PCIPCI+RQI RQI+SRI SRI+PSSIPSSI （1-1）式中： PCI一路面损坏状况指数(Pavement Surface Condition Index)；RQI路面行驶质量指数(Riding Quality Index)；SRI路面抗滑性能指数(Skidding Resistance Index)；PSSI路面结构强度指数(Pavement Structure Strength Index)；PCI为PCI在PQI中的权重，取值0.35；RQI为RQI在PQI中的权重，取值0.40；SRI为SRI在PQI中的权重，取值0.10.PSSI为PSSI在PQI中的权重，取值0.15；1 路面损坏(PCI) 路面损坏用路面损坏状况指数(PCI)评价，PCI按式(1-2)、式(1-3)计算。 PCI=100a0DRa1 (1-2) (1-3)式中：DR路面破损率(Pavement Distress Ratio)，为各种损坏的折合损坏面积之和与路面调查面积之百分比(%)；Ai 第i类路面损坏的面积()；A 调查的路面面积(调查长度与有效路面宽度之积，）；i 第i类路面损坏的权重，沥青路面按表1-2取值a0 沥青路面采用15.00，水泥混凝土路面采用10.66，砂石路面采用10.10；a1 沥青路面采用0.412，水泥混凝土路面采用0.461，砂石路面采用0.487；i 考虑损坏程度（轻、中、重）的第i项路面损坏类型；i0 包含损坏程度（轻、中、重）的损坏类型总数，沥青路面取21. 表1-2 沥青路面损坏类型和权重2 、路面行使质量(RQI) 路面平整度用路面行使质量指数(RQI)评价,按式(1-4)计算。 （1-4）式中：IRI国际平整度指数(International Roughness Index,m/km)；a0高速公路和一级公路采用0.026,其他等级公路采用0.0185；a1高速公路和一级公路采用0.65,其他等级公路采用0.58。表1-3 路面行驶质量的评价标准等级评价指标 优良中次差IRI(m/km)行驶质量指数RQI3 路面车辙(RDI) 路面车辙用路面车辙深度指数(RDI)评价,按式(1-5)计算。 100a0RD (RDRDa)RDI= 60a1(RDRDa) (RDaRDRDb) (1-5)0 (RDRDb)式中：RD车辙深度(Rutting Depth,mm)； RDa车辙深度参数，采用20mm； a0模型参数，采用2.0； a1模型参数，采用4.0。表1-4 沥青路面抗滑性能评价标准等级评价指标 优良中次差SFC20BPN274 路面抗滑性能(SRI)路面抗滑性能用抗滑性能指数(SRI)评价,按式(1-6)计算。 （1-6） 式中：SFC横向力系数(Side-way Force Coefficienf)；SRI标定参数，采用35.0；a0模型参数，采用28.6；a1模型参数，采用-0.105。表1-6 沥青路面抗滑性能指数(SRI)评价标准等级评价指标 优良中次差SFC20SRI49.15 路面结构强度(PSSI)路面结构强度用路面结构强度指数(PSSI)评价,按式（1-7) 、(1-8)计算。 （1-7） （1-8）式中：SSI路面结构强度系数(Structure Strength Coefficient)，为路面设计弯沉与实测代表弯沉比； ld路面设计弯沉(mm)； l0实测代表弯沉(mm)； a0模型参数，采用15.71； a1模型参数，采用-5.19。表1-7 高速公路路面结构强度评定标准 等级评价指标 优良中次差强度系数SSI二、高速公路路面使用性能实地检测和调查 科学的、准确的获得高速公路路面的使用现状，对于高速公路路面结构使用性能的评定起着重要的作用。下面将借石黄高速的实地调查过程来详细的说明如何进行高速公路路面使用状况的实地检测和调查。 1、石黄高速简介石黄高速公路作为晋煤东运的主要通道之一，是我国“三纵三横”国道主干线的重要构成部分，对于带动沿线经济发展、繁荣经济起到了至关重要的作用。石黄高速公路起于石家庄，途经衡水、沧州，东至黄骅港，石家庄至沧州段全长187.08km。 石黄高速公路的路面为沥青路面，沥青路面上面层为4cmAC16 中粒式沥青混凝土，中面层为5cmAC20中粒式沥青混凝土，底面层为6cmAC25粗粒式沥青混凝土。基层为2036cm水泥稳定碎石，底基层为20cm石灰稳定土。上面层为4cmAC16中粒式沥青混凝土中面层为5cmAC20中粒式沥青混凝土底面层为6cmAC25粗粒式沥青混凝土基层为2036cm水泥稳定碎石底基层为20cm石灰稳定土土基2、检测和调查内容路面检测包括路面损坏、平整度、车辙、抗滑性能和结构强度五项指标。其中，路面结构强度为抽样检测指标。3 检测与调查单元3.1 本次检测以1000m路段为基本检测单元。3.2 路面使用状况数据按上行方向(桩号递增方向)和下行方向(桩号递减方向)分别检测。3.3 采用快速检测方法检测路面使用性能评定所需数据时，每个检测方向至少检测一个主要行车道。4、 检测与调查方法4.1 路面损坏状况检测路面破损调查选派有经验的技术人员实地踏勘，结合皮尺丈量，对本项目段内的路面病害类型、位置、范围及程度给出准确的描述，并现场绘制路面病害平面图。调查时，调查范围应包含所有行车道，按规定的损坏型实地调查。调查及汇总数据，填入标准的表格中。路面损坏检测数据以100m为单位长期保存。4.2 路面平整度检测路面平整度采用快速检测设备，可结合路面损坏和车辙一并检测。单独检测路面平整度时，采用高精度的断面类检测设备。路面平整度检测设备必须定期标定，每年至少标定一次，标定的相关系数应大于0.95。 路面平整度检测数据以100m为单位长期保存。4.3 路面车辙检测路面车辙采用快速检测设备，可结合路面损坏和路面平整度一并检查。路面平整度检测设备必须定期标定，每年至少标定一次。根据断面数据计算路面车辙深度(RD)，计算结果以10m为单位长期保存。4.4 路面抗滑性能检测路面抗滑性能检测采用基于横向力系数的路面抗滑性能检测设备或其他具有可靠数据标定关系的自动化检测设备。检测设备必须定期标定，每年至少标定一次。路面抗滑性能检测数据（横向力系数）以20m为单位长期保存。4.5 路面结构强度检测路面结构强度检测采用自动检测设备检测。自动检测时，采用具有可靠数据标定关系的自动化检测设备，检测结果应能换算成我国相关技术规范规定的回弹弯沉值。自动检测设备必须定期标定，每年至少标定一次，标定的相关系数不得小于0.95。弯沉检测数据以20m为单位长期保存。因为是抽样检测，所以检测范围可控制在养护里程的20%以内。5、检测与调查的数据记录因为石黄高速公路为沥青路面，所以路面损坏分11类21项。记录方式如下:5.1 龟裂轻：初期裂缝，裂区无变形、无散落，缝细，主要裂缝宽在2mm以下，主要裂缝块度在0.20.5m之间，损坏按面积计算。中：龟裂的发展期，龟裂状态明显，裂缝区有轻度散落或轻度变形，主要裂缝宽度在25mm之间，部分裂缝块度小于0.2m，损坏按面积计算。重：龟裂特征显著，裂块较小，裂缝区变形明显、散落严重，主要裂缝宽度大于5mm，大部分裂缝块度小于0.2m，损坏按面积计算。5.2 块状裂缝轻：缝细、裂缝区无散落，裂缝宽度在3mm以内，大部分裂缝块度大于1.0m，损坏按面积计算。重：缝宽、裂缝区有散落，裂缝块度在3mm以上，主要裂缝块度在0.51.0m之间，损坏按面积计算。5.3 纵向裂缝 与行车方向基本平行的裂缝。轻：缝细、裂缝壁无散落或有轻微散落，无支缝或有少量支缝，裂缝宽度在3mm以内，损坏按长度计算，检测结果要用影响宽度（0.2m）换算成面积。重：缝宽、裂缝壁有散落、有支缝，主要裂缝宽度大于3mm，损坏按长度（m）计算，检测结果要用影响宽度（0.2）换算成面积。5.4 横向裂缝与行车方向基本垂直的裂缝。轻：缝细、裂缝壁无散落或有轻微散落，裂缝块度在3mm以内，损坏按长度计算，检测结果要用影响块度的（0.2m）换算成面积。重：缝宽、裂缝贯通整个路面、裂缝壁有散落并伴有少量支缝，主要裂缝宽度大于3mm，按损坏长度计算，检测结果要用影响宽度（0.2m）换算成面积。5.5 坑槽轻：坑浅，有效坑槽面积在0.1以内（约0.3m0.3m），损坏按面积计算。重：坑深，有效坑槽面积大于0.1（约0.3m0.3m），损坏按面积计算。5.6 松散轻：路面细集料散失、脱皮、麻面等表面损坏，损坏按面积计算。重：路面细集料散失、脱皮、麻面、露骨，表面剥落有小坑洞，损坏按面积计算。5.7 沉陷大于10mm的路面局部下沉。轻：深度在1025mm之间，正常行车无明显感觉，损坏按面积计算。 重：深度大于25mm，正常行车有明显感觉，损坏按面积计算。5.8 车辙轮迹处深度大于10mm的纵向带状凹槽（辙槽）轻：辙槽浅，深度在1015mm之间，损坏按长度计算，检测结果要用影响宽度(0.4m)换算成面积。重：辙槽深，深度15mm以上，损坏按长度计算，检测结果要用影响宽度(0.4m)换算成面积。5.9 波浪拥包轻：波峰波谷高差小，高差在1025mm之间，损坏按面积计算。重：波峰波谷高差打，高差大于25mm，损坏按面积计算。5.10 泛油路面沥青被挤出或表面被沥青膜覆盖形成发亮的薄油层，损坏按面积计算。5.11 修补龟裂、坑槽、松散、沉陷、车辙等的修补面积或选修补影响面积（裂缝修补按长度计算，影响宽度为0.2m）。6、检测与调查的设备6.1路面抗滑性能检测车(RiCS)，以车流速度(080kmh)快速采集路面的横向力系数(SFC)数据，是路面安全性评价的重要设备。6.2路况快速检测系统(CiCS)是交通部西部交通建设科技项目和国家高技术研究发展计划(863计划)研究成果，该设备能以车流速度(0100kmh)，快速、准确地采集路面损坏、路面平整度、路面车辙、纹理深度和前方图像等指标，与之配套的路面损坏识别系统(CiAS)软件能自动识别CiCS检测图像。6.3路况数据采集仪：用于快速记录路基、路面、桥隧构造物和沿线设施损坏(类型、数量、位置)的便携式设备。三、数据处理与路面使用性能评定石黄高速公路路面检测记录如下：15代表路段病害面积34567、891011141516171819202122232425262728裂缝类龟裂275.4228315810198765.62243不规则裂缝12.2101182.54623534.58245纵裂1.42.7155.53.61101.1156.630.6214.26.5129.2124.8201.8219.64.6横裂32.22.11056.814120.310.412.29145.848.620.02.419.424.041.625.6298.884.25776.72.3松散类坑槽0.40.53.3松散340变形类沉陷3.716.5139333.354.8车辙26.49.2139.2139.2243.2806.810.879.6477.239.261.2波浪拥包334.86.361其他类泛油2.510.1414.049.5545.50.349修补损失20296病害总面积61.1301.9595.7214.8146.828097.113.2639.1652.789.2568.520.637241104.73962.1648.8465.36181.351.3病害面积与调查面积百分比（%）0.582.885.672.01.332.50.850.124.07.250.783.700.180.320.29.233.025.43.020.40.530.333表3-1 路面破坏调查表代表路段弯沉值测定结果平整度测定结果（IRI）BPN测定结果弯沉平均值0.01mm偏差系数%代表值0.01mm最大值最小值平均值偏差系数%最大值最小值平均值偏差系数%310.95138.2117.833行车道2.20.761.42731.86645156.64.858超车道1.00.660.8213.19413.14680.8230.624行车道3.250.961.9836.39594753.25.175超车道2.891.522.2319.99519.26833.1729.781行车道2.421.221.90722.61524148.14.502超车道1.020.740.82711.73610.09832.6315.518行车道1.901.121.47316.17423339.84.324超车道1.621.221.4279.64710.70727.4415.113行车道0.920.70.77310.74423336.43.665超车道89.53727.2313.433行车道1.000.640.83814.83423539.02.923超车道98.85429.9212.827左幅1.840.721.19429.26484243.22.440右幅1.340.720.94720.861010.17139.4716.193左幅1.260.861.04511.14594552.47.974右幅2.50.781.34639.04119.63435.4614.758左幅1.760.781.16227.54503444.15.934右幅2.461.421.84817.5414左幅3.131.722.44319.89383336.33.215右幅2.621.381.95618.891527.34124.1437.241左幅1.781.381.6077.85282124.52.741右幅1.981.181.5619.38169.80548.2516.901左幅2.180.961.42429.33503140.59.924右幅1.920.861.24924.341715.70738.824.849左幅1.200.800.97615.11433136.24.006右幅1.420.941.1312.291818.14629.6326.211左幅1.920.881.37624.25453840.82.981右幅2.770.861.4848.281918.6735.3728.576左幅2.040.91.36628.36523347.76.679右幅2.10.641.1237.99209.53835.9114.676左幅2.340.821.16437.61523543.37.593右幅1.740.700.97432.292132.02527.7845.36917-18左幅3.571.682.78219.10433337.43.266代表路段弯沉值测定结果平整度测定结果（IRI）BPN测定结果弯沉平均值0.01mm偏差系数%代表值0.01mm最大值最小值平均值偏差系数%最大值最小值平均值偏差系数%2237.75629.9954.74217-18右幅6.181.783.18436.37483040.66.9882333.37548.8657.83919-20左幅3.411.682.43318.69503339.95.4492435.87838.4356.56319-20右幅3.031.662.29216.73503039.16.291259.3930.2413.65左幅2.040.961.32222.7573847.17.291右幅2.140.941.34429.68269.34132.2713.864左幅1.920.961.34822.05523746.85.598右幅1.801.021.38217.332710.68327.7815.136左幅1.720.961.32722.01503544.15.971右幅1.620.781.24222.672824.829.8435.898左幅1.180.780.91815.00664955.96.861右幅1.020.640.87816.96运用公式（1-1）(1-8)对以上数据进行处理并根据各项指标的评定标准来对各路段进行评定，得到下表： 表3-3调查路段使用效果汇总路段路面状态指数（PCI）路面强度系数（SSI）路面行驶质量指数（平整度）路面抗滑（BPN）路面综合评价PCI质量等级SSI质量等级RQI质量等级BPN质量等级PQI质量等级389.332优1.236优96.388 优57.7优93.818 优480.2