（管理科学与工程专业论文）云南高速公路沥青路面预防性养护对策研究.pdf

重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得 的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写 过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名： 7 乃红他 日期：乃p 年f 少月t 日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆交通 大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到 中国学位论文全文数据库，并进行信息服务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网 络传播等) ，同时本人保留在其他媒体发表论文的权利 学位论文作者签名：冯红愧指导教师签名：力之l 乞 日期：砂p 年f 砂月f7e 1 日期：f 护年f 月f 了e t 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系列数据库中 全文发布，并按 中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权益。 学位论文作者签名：7 乃红妒艮 日期w 年f 纱月7 7 日 指导教师签名夕幺乏吃 日期：p 年f 驴月f 7 e t 摘要 我国高速公路的快速发展和养护资金短缺现状促使公路管理部门转变矫正性 养护模式为预防性养护模式，而现有的预防性养护时机和措施选择分离模型难以 实现预防性养护决策的需求，因此应尽快建立集数据采集、分析、评价、预测、 决策一体的预防性养护对策体系。 本文首先根据公路资产补偿理论和运营期特点将公路养护工程划分为日常养 护、预防性养护、大中修、专项工程和改建工程等五类；基于运营前期预防性养 护解决功能性损坏的特点，形成以路面强度指数最低可接收水平为分界点的全运 营期费用模型，将公路全运营期划分为前后两个阶段，并通过云南安楚高速公路 沥青路面实测数据验证了模型的适用性，得出云南安楚高速公路( 设计使用年限 2 0 年) 全运营期前期为1 2 年、后期为8 年，至此本文的研究区间界定在全运营期 前期：其次借助决策矩阵和模糊综合决策方法形成高速公路全运营前期沥青路面 预防性养护措施选择模型，归集为局中人一的策略集措施选择集；而高速公 路沥青路面预防性养护时机的选取符合高等数学拐点的应用，因而通过对实测数 据进行区域调整形成相应的综合指标p q i 衰变曲线，计算拐点得出对应的时期分 割点，反算裂缝指数c r i 、车辙深度指数d r i 、平整度系数i r i 、横向力系数s f c 经验公式发现拐点计算的时间分界点落入了经验公式反算区间，从而确定了拐点 理论应用于沥青路面预防性养护时机选择的正确性，形成局中人二的策略时 机选择集。 最后建立基于改进费效模型的沥青路面预防性养护对策模型，结合云南安楚 高速公路沥青路面验证了预防性养护对策模型的决策适应性 关键词：工程管理；沥青路面；预防性养护；对策模型；拐点：全运营期 a bs t r a c t t h er a p i dd e v e l o p m e n to fc h i n a s e x p r e s s w a y sa n dt h es h o r t a g eo f m a i n t e n a n c ef u n d s r e q u i r ee x p r e s s w a ym a n a g e m e n tc h a n g e c o r r e c t i v e p r e v e n t i v em a i n t e n a n c em o d e l t op r e v e n t i v em a i n t e n a n c em o d e l ，b u tt h e e x i s t i n gs e p a r a t i o nm o d e o fp r e v e n t i v em a i n t e n a n c et i m i n ga n dm e a s u r e s h a r d l ys a t i f i e dn e e d so fp r e v e n t i v em a i n t e n a n c ed e c i s i o n m a k i n g t h e r e f o r e ， t h e p r e v e n t i v e m a i n t e n a n c e s y s t e mw h i c hi n t e g r a t e sd a t ac o l l e c t i o n ， a n a l y s i s ，e v a l u a t i o n ，p r e d i c t i o n ，d e c i s i o n m a k i n gs h o u l db ee s t a b l i s h e d a ss o o na sp o s s i b l e a c c o r d i n gt ot h et h e o r yo ft h er o a da s s e t sa n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h ew h o l eo p e r a t i o n ，e x p r e s s w a ym a i n t e n a n c ep r o j e c t sa r ed i v i d e di n t od a il y m a i n t e n a n c e ，p r e v e n t i v em a i n t e n a n c e ，l a r g ea n dm e d i u mr e p a i r ，s p e c i a l p r o j e c t sa n dc o n v e r s i o np r o j e c t sa n ds oo n b a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i c s o fp r e v e n t i v em a i n t e n a n c et os o l v ef u n c t i o n a ld a m a g ei np r e o p e r a t i o n ，i t s d e f i n i t et od i v i d et h ew h o l eo p e r a t i o np e r i o di n t ot w os t a g e sb yc o s tm o d e l o nt h ew h o l eo p e r a t i o n ，g e t t i n gt h el o w e s ta c c e p t a b l el e v e lo fs u r f a c e i n t e n s i t yi n d e xa sac u t o f fp o i n t ，w h o s ea d a p t a t i o ni sv a l i d a t e d b a s e d o nm e a s u r e dd a t ao fa n c h ue x p r e s s w a ya s p h a l tp a v e m e n ti ny u n n a n ，a n dg e t t i n g y u n n a na n c h ue x p r e s s w a y ( 2 0 一y e a rd e s i g nl i f e ) p r e o p e r a t i o np e r i o do f1 2 y e a r s ，8y e a r sl a t e rf o rt h ec o n c l u s i o n ，t h u st h i sp a p e ri ss t u d i e do nt h e w h o l eo p e r a t i n gr a n g eo fp r e d e f i n e d s e c o n d l yf o r m i n gt h ec h o i c em o d e l o fa s p h a l tp a v e m e n tp r e v e n t i v em a i n t e n a n c em e a s u r e sb yt h ed e c i s i o nm a t r i x a n df u z z yc o m p r e h e n s i v ed e c i s i o nm e t h o d ，a n dg e t t i n gas e to fs t r a t e g i e s f o ro n ep l a y e r m e a s u r e ss e l e c t i o ns e t t h et i m i n gs e l e c t i o no fp r e v e n t i v e m a i n t e n a n c eo fa s p h a l tp a v e m e n tm a t c h sw i t ht h ea p p l i c a t i o no ft h eh i g h e r m a t h e m a t i c si n f l e c t i o np o i n t ，s oa d j u s t i n gt h em e a s u r e dd a t ab yr e g i o n a l i n d i c a t o r st of o r mt h ec o r r e s p o n d i n gc o m p o s i t ei n d e xd e c a yc u r v e ，c u r v e i n f l e c t i o np o i n ti sc a l c u l a t e dt oc o n f i r mt h ec o r r e s p o n d i n gs e g m e n t a t i o n p o i n t ，w h i l ei n v e r s i n gt h ee m p i r i c a lf o r m u l ao fc r a c ki n d e xc r i ，r u td e p t h i n d e xd r i ，r o u g h n e s sc o e f f i c i e n ti r i ，l a t e r a lf o r c ec o e f f i c i e n ts f c ，i t s f o u n dt h a tt h et i m i n go fi n f l e c t i o np o i n tw h i c hc a l c u l a t e db yt h ee m p i r i c a l f o r m u l as e t si n t ot h ei n v e r s er a n g eo ft h ee x p e r i e n c ef o r m u l a ，s oi t s c o r r e c tt os e l e c tt h et i m i n go fa s p h a l tp a v e m e n tp r e v e n t i v em a i n t e n a n c e b yt h ei n f l e c t i o np o i n tt h e o r y ，t h u sf o r m i n gas t r a t e g ys e to ft h eo t h e r p l a y e r t h eti m in gs e t f i n a l l y t h e p a p e r e s t a b l i s h st h e a s p h a l tp a v e m e n t p r e v e n t i v e m a i n t e n a n c eg a m em o d e lb a s e do ni m p r o v e dc o s t e f f e c t i v em o d e l ，w i t ht h e a p p l i c a t i o na n dp r a c t i c eo fa n c h ue x p r e s s w a ya s p h a l tp a v e m e n ti ny u n n a n p r o v i n c e ，t h es u i t a b i l i t yo fg a m em o d e lt ot h ee x p r e s s w a ya s p h a l tp a v e m e n t i sv e r i f i e di nd e c i s i o n m a k i n go fp r e v e n t i v em a i n t e n a n c e k e yw o r d s ：p r o j e c tm a n a g e m e n t ：a s p h a l tp a v e m e n t ：p r e v e n t i v em a i n t e n a n c e ： g a m em o d e l ：i n f l e c t i o np o i n t ：t h ew h o l eo p e r a t i o np e r i o d 目录 第一章绪论1 1 1 研究背景与意义1 1 2 国内外研究概况2 1 2 1 国外研究概况2 1 2 2 国内研究概况及存在的主要问题4 1 3 主要研究内容及技术路线6 1 3 1 研究内容及目标6 1 3 2 本文技术路线6 第二章高速公路沥青路面运营期前、后期界定8 2 1 公路养护工程划分8 2 1 1 公路破坏类型划分8 2 1 2 公路资产补偿理论9 2 1 3 公路养护工程划分1 0 2 2 全运营周期前、后期界定1 1 2 2 1 全运营期界定指标的选取1 2 2 2 2 全运营期界定方法选择1 2 2 2 3 全运营期前、后期界定模型1 3 2 3 小结1 9 第三章沥青路面预防性养护关键技术2 0 3 1 预防性养护技术综述2 0 3 1 1 预防性养护概念2 0 3 1 2 预防性养护技术研究成果2 0 3 2 预防性养护技术措施特点及分类2 1 3 2 1 预防性养护技术措施特点2 l 3 2 2 预防性养护技术措施2 2 3 2 3 预防性养护技术措施分类2 6 3 3 预防性养护技术措施的选择2 8 3 3 1 预防性养护技术措施确定方法选择2 9 3 3 2 预防性养护技术措施决策模型2 9 3 4 小结3 3 第四章高速公路沥青路面预防性养护时机确定3 4 4 1 沥青路面预防性养护时机确定综述3 4 4 2 高速公路沥青路面前期性能评价指标3 6 4 3 云南高速公路运营前期沥青路面性能衰变曲线确定3 8 4 3 1 沥青路面单指标衰变曲线的确定3 8 4 3 2 云南安楚高速公路运营前期沥青路面早期性能衰变曲线的确定4 0 4 4 云南高速公路沥青路面首次预防性养护区间确定4 l 4 5 拐点理论确定沥青路面预防性养护时机4 4 4 6 小结4 7 第五章沥青路面预防性养护对策4 8 5 1 对策论相关知识4 8 5 1 1 对策论基本概念4 8 5 1 2 矩阵对策的数学模型4 8 5 1 3 矩阵对策的求解4 9 5 2 费效模型5 0 5 2 1 预防性养护效果估算5 0 5 2 2 预防性养护费用计算模型5 5 5 2 3 预防性养护费效计算模型5 5 5 3 沥青路面预防性养护对策模型5 6 5 4 云南安楚高速沥青路面预防性养护对策确定5 7 5 4 1 云南安楚高速公路沥青路面病害类型调查5 8 5 4 2 安楚高速公路沥青路面预防性养护措施选择5 9 5 4 3 安楚高速公路沥青路面预防性养护时机集6 l 5 4 4 安楚高速公路沥青路面预防性养护对策：6 1 5 5 小结6 3 第六章结论与展望6 4 6 1 主要结论与创新点6 4 6 2 进一步研究展望6 5 致谢6 6 参考文献6 7 在学期间发表的论著及取得的科研成果7 0 发表论文：7 0 科研情况：7 0 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景与意义 我国高速公路的发展极其迅速，截止2 0 0 8 年底，全国高速公路通车总里程已 达6 0 3 万公里( 不包括港澳台) ，继续稳居世界第二n 。2 1 。中华人民共和国公路水 路统计公报近年来新建公路情况及公路行业年运输量数据如图1 1 所示。 图1 1 ( a ) 2 0 0 3 - 2 0 0 8 年度国家新建公路情况i 图1 1 ( b ) 2 0 0 5 2 0 0 8 年度国家公路运输情况统 统计表i 计表 f i g 1 1 ( a ) t a b l e so fs t a t en e we x p r e s s wif i g 1 1 ( b ) t a b l e so fs t a t ee x p r e s s w a y a yf r o m2 0 0 3t o2 0 0 8it r a n s p o r ts it u a ti o nf r o m 2 0 0 5t o2 0 0 8 注：图1 1 数据均来自国家公路，水路年报正式统计数据，统计数据不包括港澳台地区，由交 通部综合规划司编 可以看出，2 0 0 5 年我国公路建设出现高峰，随后趋于平稳，并且伴随有公路 运输量( 包括货物和人员) 的持续增加。按照规划要求，2 0 1 0 年我国将形成“五 纵七横”的高等级公路建设，高速公路初步形成规模效益嘲。截至2 0 0 7 年底，云 南全省高等级公路里程达7 2 6 3 公里，其中，高速公路里程达2 5 0 8 公里，居全国 第七位、西部地区第一。按 云南省公路网规划( 2 0 0 5 2 0 2 0 年) 建设目标，至 2 0 2 0 年，云南省干线公路网、高速公路总里程分别达到1 9 万公里和6 , 0 0 0 公里， 届时将形成横贯东西、纵贯南北、覆盖全省、连接周边的高等级公路网络。众所 周知，公路在设计缺陷、自然环境、行车荷载等不确定因素作用下路面会出现车 辙、开裂、骨料脱落等路面病害，如果养护不及时，这些病害会进一步发展，造 成整个沥青面层、甚至结构层的破坏。因而2 0 0 1 年交通部提出了“公路建设是发 展，公路养护也是发展，而且是重要发展 的新理念。然而我国公路网建设还没 有最终完成，公路固定资产投资一直作为公路建设发展的重心，公路养护部门在 养护资金的支取和分配方面捉衿见肘，这就造成一方面需要加强维修的路面得不 到及时补强；另一方面新建路面得不到及时养护难以保证其服务质量。 国外在公路建成运营期同样面临着养护的众多问题。美国土木工程师协会 2 第一章绪论 ( a s c e ) 在2 0 0 1 年提交了一个报告，报告指出：美国道路养护投资处于严重的 匮乏阶段，甚至失败于保持目前的道路性能水平，全美国道路网测评结果为d + 等 级。1 9 9 9 年，美国运输部的报告指出：1 9 9 8 1 9 9 9 年间，用于公共设施的支出同比 增长1 4 1 ，而用于公路养护的资金增长仅仅是4 9 陆3 。为了解决这些问题，美国 在2 0 世纪9 0 年代提出预防性养护和外包的概念。实践证明，预防性养护不仅仅 能维持好的路况，而且能够节约养护成本，增加效益睁钉。根据密歇根运输部门估 计，大修和重建的费用是预防性养护的1 0 1 4 倍，自1 9 9 2 年密歇根执行预防性养 护计划以来，节约资金超过7 亿美元船1 。美国s h r p 计划估算，在路面的整个生命 期内进行3 4 次的预防性养护可以延长路面使用寿命1 0 - , 1 5 年，节约养护费用 4 5 - - - 5 0 嘲。 由于养护资金短缺、养护理念差别等原因，我国公路养护大都采用矫正性养 护。虽然预防性养护在2 0 世纪9 0 年代中后期引进，但一直被作为日常养护或小 修工程对待。因而转变矫正性养护为预防性养护，设计出一套预防性养护的对策 模型，从而降低运营期成本、满足居民出行要求、适应现代养护发展趋势、提高 公路养护的科学性等具有重要的意义。 1 2 国内外研究概况 1 2 1 国外研究概况 预防性养护在国外的应用研究相对比较成熟，鉴于此情况和预防性养护涉及 范围问题，本文就预防性养护发展历程、总体概况等两个方面论述国外研究概况。 国外预防性养护历程 1 ) 德国 2 0 世纪6 0 年代末到7 0 年代德国应用微表处技术，是沥青路面早期预防性养 护较典型、较为有效的方法之一，至今这种方法仍旧被应用进行预防性养护n 们。 2 ) 加拿大 2 0 世纪7 0 年代晚期，加拿大安大略省( o n t a r i o ) 运输部系统地应用预防性养 护概念实施了一个路面管理计划n 们。 8 0 年代早期，渥太华市政部门就意识到及时进行路面预防性养护的重要性。 随后发达国家展开了预防性养护的一系列研究n 。 3 ) 美国 2 0 世纪9 0 年代初期，美国面临着公路资产的不断下降，提出将公路系统保值 和养护活动与策略作为公路部门工作的重点，而不是被动的维护最差的公路n 幻。 1 9 9 8 年联邦公路管理局在机构重组时专门成立了资产管理办公室，负责对全 美国公路基础设施资产系统化管理提供指导和权威性专家意见，并把资产管理定 第一章绪论 位于一个商业过程、一个决策框架n 羽。 1 9 9 9 年美国各州公路及运输工作者协会( a a s h t o ) 对4 1 个运输部门进行调 查，3 6 个( 8 5 ) 运输部门已经制定p p m 计划，4 1 个运输部门都已经开始应用各种 路面预防性养护措施。为了推动这项技术，a a s h t o 已经在6 个方面资助了5 0 个 研究子课题n 幻。 2 0 0 3 年7 月，密执安州立大学成立国家预防性养护中心( n c p p ) ，专门从事预 防性养护时机以及相关技术的研究n 船。 国外预防性养护总体概况 1 ) 美国 美国已有3 4 个州声称制定路面保值计划，国家公路研究所( n h i ) 开设了诸 多路面保值培训课程，国家公路战略合作研究计划( n c h i 冲) 进行了多次相关研 究，并发布众多成果。另外，a a s h t o 、f f p 和f h w a 主办了多次预防性养护专 题研究会，准备用3 年时间来支持预防性养护时机选择的研究项目n 们。 2 ) 南非 南非普遍采用预裹沥青集料铺筑路面以防路面集料脱落，基本的路面养护措 施主要是各种基于研究及经验而选择的表面封层，每个养护项目都是根据已制定 的设计指南，包括决策树来策划决定的，而且在p m s 系统中，识别路面病害则比 较保守，使得在路面寿命周期中较早进行养护干预n 。 3 ) 澳大利亚 澳大利亚道路建设者的理念是：铺筑深厚的底基层和坚固的无结合料基层， 上铺薄层沥青磨耗层。西澳大利亚的城市道路普遍采用铣刨掉表面层后铺筑应力 吸收夹层，再铺筑3 c m 左右的薄层罩面。澳大利亚各州已经建立起类似于美国管 理系统p m s 的资产管理系统，包括优先次序建模、成本效益分析、需求分析等n 。 4 ) 法国 法国铺筑道路的理念是：铺筑足够坚固的基层，以保证每1 0 1 5 年重铺一层磨 耗层，每隔2 0 年进行结构性加铺，所以重建工程较少，仅使用薄层、超薄层等几 种加铺类型。路面保护及养护主要集中在抗滑、降噪、舒适性等功能性方面。养 护成本较低，这主要得益于原来路面结构足够强n 综上所述，国外在沥青路面预防性养护方面已有长足的发展。虽然在不同的 国家和不同的地域发展程度不一，但主要集中于预防性养护的新技术、新材料、 新工艺等的研究和预防性养护时机的研究。资料显示，科氏公司占有美国预防性 养护沥青市场5 0 以上，在预防性养护材料和施工技术等方面代表了世界预防性 养护技术发展的趋势，最明显的技术优势表现在可根据不同等级路面、不同病害、 不同骨料材料、不同气候条件设计出不同养护措施，并确保最终的使用效果。 4 第一章绪论 1 2 2 国内研究概况及存在的主要问题 我国1 9 8 8 年1 0 月3 1 日建成了第一条高速公路一匕海沪嘉高速公路，标志着 中国大陆高速公路实现零的突破n 4 1 ，然而针对于预防性养护的研究近些年才刚刚 起步。国内研究概况从发展历程和相关省市概况介绍如下： 发展历程 2 0 0 1 年乳化沥青稀浆封层技术应用研究项目列入当年江苏省交通科技研 究计划。经过近两年的努力。从原材料、稀浆混合料质量控制、施工工艺、施工 质量检查与验收等各个方面，对该技术的施工实践做出了一系列的科学性总结， 对推广应用提供指导作用。在此基础上形成乳化沥青稀浆封层技术应用指南 和乳化沥青稀浆封层施工技术规程n 町。 2 0 0 3 年8 月，河北省衡水市在国道g 3 0 7 线武强县城北段完成了1 2k r n 同步 碎石封层试验段，效果良好。经过封层后的路面使用状况大大改善，并且经过多次 雨水冲刷，没有发生渗水现象。 2 0 0 3 年陕西省开始铺筑薄层罩面试验段，2 0 0 3 2 0 0 4 年铺筑碎石封层试验段， 在试验段的基础上，总结经验、改进工艺，逐步在全省推广预防性养护技术n 们。 2 0 0 5 年陕西省编制下发陕西省公路养护技术指导意见，对微表处技术、乳 化沥青稀浆封层技术、改性沥青薄层罩面、表面涂刷沥青再生技术等预防性养护 技术的适用范围、应用材料、施工工艺进行规定n 们。 2 0 0 6 年上海市公路管理处在2 0 0 4 年铺筑的4 条试验路基础上组织编写了上 海市公路沥青预防性养护技术规程，于2 0 0 7 年2 月1 日起正式实施n 町。 其它省市情况 河南省公路管理局、新乡市公路科技研究所和前西安公路交通大学合作，采用 丁苯乳胶与c r s 1 型慢裂快凝阳离子乳化剂混合再加上辅助剂制成改性乳化沥 青，进行了改性稀浆封层施工。 山西省公路局2 0 0 8 年7 月发布消息称初步确定按照”两年打基础，三年上台阶， 五年见成效”的规划布局实施预防性养护，到2 0 1 0 年，保证5 5 以上公路段全面推 行预防性养护，至u 2 0 1 2 年，所有公路段全面推行预防性养护。 山东省在稀浆封层、同步碎石封层、灌缝等技术应用广泛的同时，展开抗滑 表层技术、路面施工养护专项技术及改性沥青应用技术、乳化沥青、稀浆封层、 旧桥检测加固等养护新技术研究。 广东省高速公路有限责任公司和华南理工大学道路工程研究所通过进行沥 青路面预防性养护与资产保值成套技术研究寻求路面衰减规律建立模型，选择 相应时机和技术手段。下一步进行超薄磨耗层及开级配磨耗层试验道路实体工程。 并建立相应的预防性养护体系n 钉。 第一章绪论 5 可以看出，国内公路行业引入预防性养护概念主要是出自于引进的预防性养 护技术措施和相应的产品，并未将预防性养护与矫正性养护区分开来，未形成相 应的运行体系。预防性养护技术应该是一套集预测、数据收集、评价、分析、决 策为一体的体系，然而各省市都针对各自区域公路实施不同程度的预防性养护， 期望预防性养护提高路面使用性能、减少运营成本，自主开发预防性养护决策技 术及配套设施能力有限，并未形成规范性文件。 存在的主要问题 从上述研究历程和现状来看，我国各省市公路预防性养护参差不齐，各行政 区缺乏必要的配套设施和相应的实施规划办法，近年研究的成果也并未形成有效 地运行体系，归纳如下： 1 ) 预防性养护决策困难。预防性养护技术形成的是一套体系，集预测、数据 收集、评价、分析、决策为一体，国内虽然也提出进行p m 与c p m s 整合分析， 但都是建立在分析的基础上，并没有建立相应的预防性养护数据库、网级和项目 级操作系统。我国目前存在的c p m s 也未能够提供足够的路面性能预测数据和所 需分析结果，致使建立决策模型数据准备不足，做出的决策难免出现偏颇，这就 使得预防性养护决策相对困难。 2 ) 缺乏预防性养护运行机制。预防性养护是通过对路面故障的早期预防提供 监测和检查，保证路面功能结构处于可接受水平的活动n 们。国外根据路面类型、 交通量、功能等级对路面进行分级，确定针对不同路面的预防性养护策略和实施 的总成本，根据路面状况、荷载、气候、养护效果形成性能曲线，最终找出一种o t 办法确定不同路面的预防性养护措施n 卜姗。图1 2 是在路况不同时期进行预防性养 护的不同模型。我国公路养护技术规范( r m m o - 2 0 0 9 ) 明确指出，公路养护工 作必须贯彻“预防为主，防治结合 的方针，而现实中公路养护管理不足，对病 害处理不及时，预防性养护不到位，预防性养护运行体系问题没有解决。 墓倪 是哦 喜i t。i j 9 j ； 童t。- 、 f 1 、：芰 、 薹 、 叠文 董 、， 董丘 、 蕞 睾 、 拳 薯 、 暑 、 蠢 差 兰 时嗣 酵目 对嗣 图1 2 路况极佳、良好、差时应用预防性养护 f i g 1 2a p p l i c a t i o no fp r e v e n t i v em a i n t e n a n c ew h e nt h er o a di se x c e l l e n t ，g o o d ，p o o r 6 第一章绪论 1 3 主要研究内容及技术路线 1 3 1 研究内容及目标 本文针对目前预防性养护的研究现状以及存在的问题，以云南安楚高速公路 沥青路面预防性养护工程为依托，以确定预防性养护最优对策为主要目标，通过 实际路况调查数据、建立相应模型进行分析和评价。主要的研究内容有： 研究国内外沥青路面预防性养护相关知识，通过公路养护体制、预防性养 护发展概况、最新发展动态等对比分析，指出国内在预防性养护方面发展的不足 一未形成有效的运行体系，时机确定与措施分开研究，未形成整合决策模型。 对沥青路面损坏类型进行分类研究，界定养护工程范围前、后期，将 公路待养护工程基于时机的状态看作自然人局中入一；将预防性养护措施看 作局中人二。运用零和对策理论，建立基于全运营期的预防性养护对策框架； 预防性养护关键技术措施分类研究，根据大类填缝类、封层类、罩面 类等，结合施工工艺和材料耐用年限等，根据技术措施效果分类和多准则决策方 法确定出各个措施对应的技术要求、适应路面情况、效果等，形成决策人工 程师等对应的策略集合： 预防性养护时机确定研究，结合目前存在的路面管理信息系统对应综合指 标或单指标确立预防性养护时机确定的指标体系，根据拐点理论和单指标经验公 式反算建立预防性养护时机对应的最优策略集合； 建立基于时机下最优对策集和工程师根据技术评定形成的措施集对应的对 策模型，通过对策论相关知识对案例进行分析计算，验证模型的适用性。 1 3 2 本文技术路线 根据以上总结的论文主要内容，本文采用的技术路线如下图1 3 所示。 第一章绪论 7 图1 3 本文研究思路结构图 f i g 1 - 3m e n t a li t ys t r u c t u r ed r a w i n go ft h ep a p e r ? 节 8 第二章高速公路沥青路面运营期前、后期界定 第二章高速公路沥青路面运营期前、后期界定 2 1 公路养护工程划分 2 1 1 公路破坏类型划分 根据公路养护的范围划分，公路养护包括四个大组成部分：路基维护、路面 维修、桥涵维修加固、附属设施维护等。一般情况下，构造物的主体工程不易产 生早期破坏，附属设施除防撞护栏易产生行车撞击损坏外，其他设施一般情况下 也不易产生早期破坏，上述四大部分中，只有路基和路面最容易产生质量问题， 并导致路面( 含桥面沥青混凝土面层) 产生早期破坏，直接影响行车速度、行车 安全和通行能力n 钔。 路面损坏可分为两类，一类是路面结构整体在重复荷载作用下因抗力不足导 致的疲劳损坏，即结构性损坏；另一类是在路面结构整体抗力足够的前提下发生 的影响路面使用性能的损坏，即功能性损坏啪1 。路面的早期破坏为功能性破坏， 损坏发生在路面面层内，损坏原因不是结构整体强度不足，而是局部抗力不足。 病害没有得到及时的维护，将会继续朝深处发展，病害转化为结构性损坏，路面 结构组合抗力效应降低，导致破坏速度加快，而破坏速度加快反过来使结构组合 抗力效应加速降低，恶性循环，最终导致路面破坏速度越来越快。并且破坏不再 仅限于面层，可能导致基层结构的破坏。 按照路面类型的不同划分，形成的损坏类型如下： r 裂缝 i 变形 1 表面损坏 l 修补 ，裂缝 i 变形 接缝损坏 i 表面损坏 l 修补 按照损坏出现的时间划分，将损坏划分为前期损坏和后期损坏； 按照公路结构性能划分，可以划分为结构性损坏和功能性损坏。 从而形成基于本文研究思路的公路损坏类型三维结构如下图示，将路面的损坏 按照不同的交叉分类方式分为8 个区间类型，见图2 1 。 坏 坏 损 损 面 面 路 路 青 泥广、|，l 第二章高速公路沥青路面运营期前、后期界定 9 路面类型 构性能 图2 1 公路损坏类型三维结构图 f i g 2 1t h r e e d i m e n s i o n a ls t r u c t u r ed i a g r a mo fr o a dd a m a g et y p e 2 1 2 公路资产补偿理论 公路作为一种固定资产和供给交通运输产品的设备越来越受到人们的认可和 重视，那么作为固定资产就必然面临着磨损和折旧，根据磨损的类型将磨损划分 为两类：有形磨损和无形磨损。有形磨损又划分为第一种有形磨损和第二种有形 磨损；无形磨损也划分为两类：第一种无形磨损和第二种无形磨损瞻。 公路建成交付使用之后，在行车作用和自然因素的影响下，特别是交通量和 轴载的不断增加，加上设计、施工中遗留的某些缺陷，公路的使用性能将逐渐下 降。公路养护与管理的任务就是运用先进的技术和科学的管理办法，合理的分配 使用养护资金，通过养护、维修使公路在设计使用年限内经常保持完好状态，并 有计划地改善公路技术等级，以提高公路的服务质量，最大程度的发挥公路的运 输经济效益嘲。 由此可见，公路作为固定资产，主要遭受第一种有形磨损、第二种有形磨损 和第二种无形磨损，按照资产补偿的规模不同将资产的补偿方式分为两类：简单 再生产和扩大再生产。所谓简单再生产，就是补偿按照原有的规模和生产方式进 行；扩大再生产又分为两种：一种是在原有技术等级上的规模扩大；一种是在原 有规模上提高其使用性能，扩大其生产能力。根据公路资产磨损的类型可以定义， 公路资产的补偿( 或养护) 是简单再生产和部分扩大再生产的综合。因而公路资 产的补偿方式见图2 2 。 1 0 第二章高速公路沥青路面运营期前、后期界定 图2 2 公路资产的补偿方式 f i g 2 2c o m p e n s a t i o nm o d ef o re x p r e s s w a ya s s e t 2 1 3 公路养护工程划分 公路在交付使用后，在行车荷载和自然因素等影响下，使用性能会不断下降。 因而公路养护的任务就是利用相应的技术和科学管理办法，合理分配养护资金， 将公路保持在良好的运行状态，提高服务质量。具体包括以下内容： 经常保持公路及其设施的完好状态，保障行车安全、舒适与畅通； 采取正确的技术措施，及时修复损坏部分，延长公路的使用年限； 根据公路整体的效益进行前、后期养护，提高公路运营期的整体功能； 防治结合，治理公路存在的病害和隐患，提高公路的抗灾能力； 对原有技术标准过低的路段和构造物以及沿线设施进行分期改善和增建， 提高公路的通行能力。 我国根据具体的工程实践将公路养护工程划分为小修保养、中修、大修和改 善四类。国际道路会议常设协会于1 9 8 3 年建议，公路养护统一划分为日常养护、 定期养护、特别养护和改善工程四类瞳羽。可以看出，公路养护工程的划分类别根 本没有统一的标准。伴随我国即将进入公路养护期的新形势，公路市场的不断开 放和养护技术的不断深化，特别是目前国外的养护新理念预防性养护和基于 功能的养护绩效合同。使得国内的养护工程划分标准不能够满足新的要求，因而 必须重新对其进行分类，根据公路损坏的八大区域类型和公路资产的补偿方式， 将公路养护工程进行划分如下： 第二章高速公路沥青路面运营期前、后期界定 1 1 主要矫正性l 改建工程 日常养护 预防性养护 大、中修 专项工程 改建工程 通过上述分析，公路养护工程最终形成的划分结果为日常养护、预防性养护、 大中修工程、专项工程、改建工程等五类，主要的工作内容如下： 日常养护工程：指对高等级公路进行经常性的清扫、清理、清洗等日常性养 护和日常巡查工作； 预防性养护工程：在预防性养护时机针对路面出现的功能性损坏裂缝、 泛油、车辙、表面构造等进行处理，将路面保持在良好运行状态的工程项目； 大中修工程：对高等级公路其局部路段、工程设施等较大损坏进行周期性的 综合治理，已全面恢复到原设计标准，或在原技术等级范围内进行局部改善和个 别增建以逐步提高公路通行能力的工程项目； 专项工程：主要指单项工程规模大、养护作业点相对集中、工程工期较短的 大中修工程和技术难度较大的特殊工程；或是地震、冰雪、泥石流、滑坡、霜冻 等自然灾害和采空区、严重超载、爆炸等人为破坏对高等级公路出现突发性灾害” 进行处理，保证路段及时快速回复交通的工程项目； 改建工程：对高等级公路及其工程设施因不适应交通量和轴重需要而分期逐 段提高技术等级，或通过改善显著提高其通行能力的较大工程项目。 2 2 全运营周期前、后期界定 伴随养护工程量的增加和资金的短缺、国内养护市场开放的新形势，而且投 入前期的预防性养护资金能够相对减少后期大中修的养护资金，从而国内公路养 护管理部门开始趋向于重视前期的预防性养护，然而如何界定公路养护的前、后 期却没有具体的依据，从而虽然进行了预防性养护，但是何时进行后期的矫正性 养护无从谈起，就造成养护计划难以为继，无法实现最优化效益。因而界定全运 营期的前、后期将会给公路管理部门或是运营部门制定养护计划和预测公路实际 运营期提供依据。 1 2 第二章高速公路沥青路面运营期前、后期界定 2 2 1 全运营期界定指标的选取 2 0 0 0 年a a s h t o 在描述预防性养护( p m ) 时对其定义：“公路预防性养护是 一种有成本效益的计划性策略，它针对已建的公路系统以及其附属设施，延缓其 发生破坏的时间，并保持或提高系统功能性能状况，但不增加结构的承载能力旧。 现行技术规范、c p m s 等道路使用性能的评价指标主要是针对于路面整个寿命周期 或使用年限的路面性能，主要指标有行驶质量指数r q i 、路面损坏状况指数p c i 、 路面强度指数s s i 、路面抗滑能力s f c 、综合评价指标p q i 等，其中r q i 、p c i 、 s f c 均是从路面使用性能方面对其评价。路面结构承载能力是路面结构抵抗外部 荷载及环境因素作用，保持自身状况完好的能力，通常可描述为路面路面在达到 预定损坏状况之前还能使用的年数或是承受的标准轴载累计作用次数盥钔。由于预 防性养护是针对于路面功能性的养护，后期矫正性养护是针对于路面结构性的养 护，因而划定前、后期的分界点，选取指标路面强度指数s s i 。 2 2 2 全运营期界定方法选择 现行的路面结构承载能力通常采用无破损弯沉测量进行评定，以路段弯沉值 表征，英国t r r l 由实验得到弯沉一标准轴载作用次数的关系曲线1 。国内的沥 青路面、水泥路面设计技术规范中均以标准轴载作用次数来设