（市政工程专业论文）沥青路面使用性能评价方法的分析研究.pdf

大连理工大学硕士研究生学位论文 摘要 我国改革开放以来，公路建设得到突飞猛进的发展，通车里程大幅度增加，技术等 级也不断提高。随着公路事业的发展、交通量的增长和通车时间的延长，公路路面的养 护管理显得尤为重要。但是每年公路管理部门在养护方面投入的资金又是有限的，在养 护资金相对较少的情况下，这就需要考虑怎样把有限的资金分配到最需要采取养护的路 段，使公路的路面使用性能保持在较为合理的服务水平上。因此合理、有效、准确的路 面评价方法对于路面养护是至关重要的。 本论文研究的内容包括：1 对于目前国内出现的各种评价方法( 回归评价方法、灰 色聚类评价方法、摸糊评价方法、物元模型评价方法和属性数学评价方法) 从原理上进 行详细的介绍。2 - 利用葫芦岛市采集的路况数据进行验证分析并在指出它们各自的优缺 点后找出与实际路况最为符合的评价方法。3 针对以往对综合指标评价问题的权系数选 取是根据经验会导致信息失真，因此本论文采用了科学的方法一层次分析法计算权系 数。4 选定最终的评价方法为物元模型评价方法后，根据这一方法针对葫芦岛市的实际 情况进行了参数的修改，使之更加与葫芦岛市相吻合。5 最后评价结束后，提出了相应 的维修养护措施。 关键词：路况评价；物元模型；屡次分析法：评价方法 董丽娜：沥青路面使用性能评价方法的分析研究 t h ec o n t r a s t i v ea n a l y s i so fa s p h a l tp a v e m e n tp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n m e t h o d a b s t r a c t s i n c et h er e f o r ma n do p e n i n gi nc h i n a ，t h er o a dc o n s t r u t i o n sa d v a n c er a p i d l y ，t h et r a f f i c i nu s ei n h e r el a r g e l y ，a n dt h ei n d u s t r i a lg r a d ee n h a n c ec e a s e l e s s l y ，t o o w i t ht h ed e v e l o p m e n t o fh i g h w a yp r o j e c t ，t h ee x t e n s i o no ft i m e ，t h em a i n t c n a n c ea n da d m i n i s t r a t i o nl o o kr e s p e c i a i l y i m p o r t a n t b u tt h ec o s t si nm a i n t e n a n c et oi n p u tl i f el i m i ta n n u a l w h e ni ti sl e s sr e l a t i v e l y ，i t s ar e q u i r e m e n tt oc o n s i d e rh o wt oa l l o c a t et h ef i n i t ef u n dt o 龇m o s ts e c t i o no fah i g h w a y w h i c hn e e d st ob em a i n t a i n e dm o s t l y , t h e nt h er o a ds e r v i c ep e r f o r m a n c ec a l lh o l da a p p r o p r i a t es e r v i c el e v e l t 1 l u sar a t i o n a l ，e f f e c t i o n a ia n dc o r r e c tp a v e m e n te v a l u a t i o nf o rr e a d s u r f a c e ，t h em a i n t e n a n c ei sm o s ti m p o r t a n t t h ec o n t e n to ft h ep a p e ri n c l u d e ：f a s t ，i ti n t r o d u c et h ek i n d so fa s s e s s m e n tm e t h o di n c h i n a s e c o n d o nt h eb a s eo ft h ed a t aw h i c hi sc o l l e c t e db yh u l u d a oc i t y w ef i n dam e t h o d a c c o r d i n gw i t ht h ea c t u a lc o n d i t i o na n dp o i n to u tt h e i rm e r i t sa n dd e f e c t s t h i r d , t h ep a p e r a d o p ts c i e n t i f i c e v a l u a t i o nm e t h o d - a h p , b e 伪u s et h ew e i g h tc o e f f i c i e n to ft h ef o r e g o i n g e v a l u a t i o nm e t h o di ss e l e c t e da c c o r d i n gt oe x p e r i e n c e f o u r t h ，w em o d i f yt h ep a r a m e t e ri n r e s p o n s et ot h ef a c to ft h ec i t yh u l u d a of o rt a i l i n gw i t hi t a f t e rw ec h o o s ee l e m e n tm o d e l m e t h o da st h eo n l ye v a l u a t i o nm e t h o d a tl a s t a f t e rt h ea s s e s s m e n ti so v e r , w ep u tf o r w a r d r e l e v a n tm a i n t e n a n c em e a s u r e k e yw o r d s ：c o n d i t i o ne v a l a a t l m a ：e l e m 蛆tm 0 4 d ga m l y t i ch i e r a r c h yp n _ 0 a 璐： e v 柚i l t l t t t o l nm e t h o d 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：盏盈啤日期：2 婴：! 三：型 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名：董函斑 导师签名： 竺竺年生月- 兰兰e t 大连理工大学硕士研究生学位论文 引言 1 我国公路建设的成果及面对的现状 在世界各国的经济发展中，公路运输起着极为重要的作用，投资也愈来愈大，并朝 着重型、密集、高速方向发展。世界上许多发达国家如美国、德国、法国等，公路运输 占有相当重要的位置，我国在改革开放以来，特别是“八五”以来，公路建设取得了长 足的发展，通车里程大幅度增加，技术等级不断提高，特别是“五横七纵”工程的实旌， 一个以高等级国家干线为骨架，连接大、中、小城市、辐射乡村的公路网正在中国大地 上形成。公路事业的发展，为振兴经济，提高全国各族人民的物质文化生活水平，起到 了极大的推动作用。国民经济豹大力发展，使得交通量的增加更加迅猛，随着我国公路 躁的逐步完善，公路管理部门面临酶主要任务将从建设公路网转囱养护、改建、维护和 改善现有公路网。 我国近些年来公路建设方兴未艾，公路里程目益增多。迄今为止，中国公路通车总 里程达1 8 5 万多公里，高速公路瞻3 万4 千多公里傈持世界第二位。我国成为世界上第 二公路大国，仅次于美国。随着逶率时间的延长，公路路面的养护将是今后运营管理的 重点，九十年代以前公路管理单位对公路的路面管理缺少系统的检测，评价和科学的养 护决策。公路路面的养护管理主要依靠对路面的定性了解和工程师的经验来进行在决 策过程中，常常由于经验限制及缺乏对路面破损和程度的定量掌握，使路面养护方案不 尽含理。八十年代来，我嗣弓f 入了路面管理系统，并结台我国的实际情况进行研究和改 进，取得了一些成功。国内的学者对路面使用性能评价进行多方面的研究和探讨。 2 问题的提出 随着改革开放的深入和国民经济的发展，交通落后的矛盾越来越突出，为此，我国 从上世纪八十年代末开始修建高等级公路，目前我国高等级公路的通车里程己超过 3 0 0 0 0 公里，出手自然因素的影响，特别是交通量和轴载的急剧增长，使路况的损坏加 剧，对行车质量和交通安全构成了不利的影响，同时增加了运输的费用。而每年公路管 理部f 在养护方面投入的资金又是有限的，在养护资金相对较少的情况下，这就需要考 虑怎样把有限的资金分配到最需要采取养护的路段，使公路的路面使用性能保持在较为 合理的服务水平上i 。 路面质量评价结果的可靠程度一方面取决于监测数据的准确性，另一方面依赖于科 学的评价法，包括技术的选择。近年来，对路面质量评价方法的研究相当活跃，各种方 法的研究都是为了更客观、更准确地反映路面质量的实际情况。路面使用性能评价从评 价指标来看。有单指标评价和综合指标评价，单指标评价从不同侧面反映了路面满足使 蔓! 鲤：塑塞堕耍堡塑丝丝墅查鳖塑坌堑堕塞 用要求的情况，综合指标使路网或各个霎筹段韵经用性能具有可比性1 2 1 ，目前综合指标评 价方法主要有，层次分析法、系统分析法、回归分析法、遗传神经网络、灰色评价方法、 模糊数学分析法和物元模型分析法。以上各种方法推动蕾路面性能评价的发展。 3 研究的目的和意义 沥青路面在经受繁重的轴载负荷和密集交通餐韵反复作用韵同时，还经受气候、环 境的影响，路面使用品质呈逐年下降趋势，有的还套出现裂缝、车辙、。沉陷、龟裂等破 损病害，因此保持优良的路面使用品质是公路为车辆撼供商速、畅通和舒适行车的重要 保障。当路况变化达到一定限度或路面使用性能降囊8 接近爱l 氐可接受水平时，就要求我 们及时采取现代化韵养护翳燕快速进行修复，使沥青路舔的使甩晶震保持在怠好状态。 可见养护对策的确定与路砸使用性貔密切相关，为了鲐燕确翔颧爨养护路段和制定扭瘟 的养护对策；需对路面的使用性能瓤出准确钓评价。通避路露牲藐评价，可以了解l 辟路 段路面的服务水平和状况，判断哪些路段需要采取养护措施和采取什么措施，以便及时 她恢复路面的使用最质，使路面使用性能维持在较高驹水平，鹞瓣缒甩品质下降速率慢， 增加路面的使用寿命，从某种意义上澈减少了葬护或改建费舱支出。 故她论文研究的目的在予在上述众多的评价方法中，找出最有效的评价方法，为道 路工作者提供安全可靠的评价方法。 4 。国内外研究现状 蛳年代以前，公路管理单位对公路鼬路面管理缺少系统的检测、评价和科学韵养护 决策。公路路面钓养护管理主要依靠对路面的定性了解和工程师的经验来进行。在决镶 过程中，常常由于经验限制及缺乏对路面破损和程度的定量掌握，使路面养护方案不尽 合理。交通部门曾推荐的路面管理系统由于不是因地制宜、因路制宣而开发出的路面管 理系统，所以对有些地区来说不是很切台实际。 国外对路况评价的研究如世界上第一个路面使用性能评价模型p s i ( p r e s e n ts e x y j o e a b m t y i n d e x ) 现时服务指数是由美国a a s h o ( a m e r i c a n a s s o c i a t i o n o f s t a t e h i g h w a y o 艏c i a 蛐基于a a s h o 实验路的观测结果提出的，在这个模型中强调了路面平整度对路 面使用性能的重要影响：亚利桑那州公路管理局的踌况评价系统m a p c y ) n ( m e t h o df o r a n a l y s i sp a v e m e n tc o n d i t i o n ) ，该系统综合了以前的研究成果把路面性能数据分为路 面服务能力、结构承载能力和路面损坏等三部分，按几种方法对这三部分进行分别评 价：c h j u a n 9 1 9 9 2 年利用模糊数学方法提出的路用指数u p d l ( u n i f i e dp a v e m e n td i c t e r i o r a t i o ni n d e x ) ，它首先把路面损坏分为龟裂、车辙、坑槽等几种类型，根据主观判断 这几种类型对路面使用性能的影响从而进行严重程度分级，然癍根据每种类型的严重程 度和范围进行权值的主观分级，最后利用模糊数学方法中的隶属函数计算路面朐性能评 大连理工大学硬士研究生学位论文 价指标u p d i ，另外还有美国空军工程实验室开发的p a v e r 系统的扣分法，它包括( 1 ) 路面损坏的明确定义、分类；( 2 ) 路面损坏的具体量测方法；( 3 ) 损坏扣分函数集权函数 曲线；( 4 ) 主、客观因素相结合的路面状况指数计算方法等众多方法。国内进行路面管理 系统的研究相对较晚，在吸收国外方法和经验的基础上，也提出了适合我国国情的路面 评价方法，如由同济大学姚祖康教授主持的“七五”国家重点攻关项目“干线公路路面 评价养护系统成套技术”，该方法把路面使用性能分为行驶质量、路面破损和结构承载 能力三个方面，对路面破损采用扣分法，即路面损坏状况由损坏类型、严重程度、范围 或密度这三个方面来表征，路面损坏状况采用单一的评价标准p c i 俾a v e m c n tc o n d i t i o n i n d c 对，最后根据交通量、路面的使用性能、路面破损和路面的结构承载能力这四个方 面形成的综合评价来描述路面的使用性能。交通科研所的潘玉利博士提出了基于回归的 路面使用性能评价模型，认为影响路面使用性能的因素有两个即平整度和破损率，首先 假设各种函数形式，利用观测的数据进行回归，再对其进行单项相关分析，最后选取相 关性较好的回归方程作为路面使用性能的评价模型。还有长沙交通学院路桥工程系张起 森教授提出的路砸性能评价指标，认为路面的使用性能包括功能、结构和安全三个方面， 相应的采用路面横断变形、路面破损率和强度系数三个指标评价路面的结构状况，用抗 滑系数和平整度来评价路面的安全性和行驶质量。上述的路砸性能评价模型已在路面管 理系统中得到了应用，指导实际的道路养护工作。 5 本论文研究的内容 ( 1 ) 在查阕大量文献的基础上系统描述了公路建设面对的现状，国内外路况评价 方法发展的现状及本文应主要研究的问题。 ( 2 ) 详细介绍了国内现在已有的几种主要的路面评价方法，并从它们的原理、应 用展开叙述，将这些方法应用到道路的路况评价中。 ( 3 ) 概括总结了各种评价方法的优缺点，并根据道路的实测数据进行分析、对比， 并且对评价指标权系数的采取不再是根据经验的选取，而是运用科学的计算方法算得。 ( 4 ) 根据分析的结果决定采用物元模型评价方法作为最终的评价方法。 由于现在各个公路系统应用的路面管理系统是潘玉利博士早期开发出的，中国幅员 辽阔，每个地区的气候、地形、地质等差别较大，因此根据某一个地区的路况开发出来 的路面管理系统并不能适合我国所有地区。因此我们需要根据各个地区的实际状况开发 具有地区色彩和特点的管理系统，而路面管理系统中路面性能评价是养护决策的基础， 它对合理安排养护对策，确定路面养护的优先次序，养护资金的使用和保障路网的优化 等级都起着重要作用，所以合理的评价方法就成为本论文研究的重点。 董丽娜：沥青路面使用性能评价方法的分析研究 1 沥青路面使用性能评价 1 1 概述 路面使用性能评价是依据所采集到的路面状况数据，对路面性能满足使用要求的程 度作出判断。利用这一判断，可以了解路网的服务水平，判别路面内需要采取养护和改 建措旖的路段，为之选择相应的养护和改建对策，并作为项目优先排序的项依据。 路面使用性能评价是路面养护、道路经济分析的基础，也是路面管理系统的重要组 成部分，它可以促进公路管理部门在以下三个方面进行科学管理： ( 1 ) 掌握路厦的使用状况，了解现状： ( 2 ) 提供使用性能状况数据，分析路况的分布： ( 3 ) 进行科学的养护需求分析，指定台理的养护计划。 路面使用性能评价是开展路况数据采集并由此针对现有路况进行评价，它是以后路面使 用性能预测和养护方案优化决策的基础，在路面管理系统中起着非常重要的作用。国内外对 现有公路病害的调查及调查资料分析等方面进行了研究，提出了一些调查和分析方法。但这 些方法的评价模型通常是对路面调查数据进行回归得到的，对数据依赖性较大，模型的可移 植性差，加上我国公路经营者平时又不注重进行路况调查，积累的路况数据很少，利用回归 模型存在缺陷，因此会出现评价不合理的状况。 路面使用性能具有多方面属性，各自从不同的侧面满足使用要求。因而，对路面使用性 能的评价系按单项使用性能属性进行，如行驶质量评价、损坏状况评价、结构承载能力评价 和抗滑能力评价。然而，有时为了使路网或各个路段的使用性能具有可比性，还采用了一个 综台评价指标，把各项使用性能属性的评价组合在一起【3 l 。 1 2 路面使甩性能单项指标评价模型1 4 】 1 2 1 路面损坏状况评价 每个路段的路面可能出现各种不同类型、严重程度和范围的损坏。然而，在管理路 面和分配养护资源时，养护维修项目计划的选择是比较困难的决定。是修补龟裂重要昵? 还是修补车辙重要呢? 不同类型的损坏、范围和严重程度应如何综合才能显示一条路段 比其它具有不同损坏的路段处于更坏的状态呢? 由于路面损坏发生的随机性、类型的多 样性、严重程度的差异性，因而路面破损状况的评价是路面使用性能评价中最复杂的内 容之一，通常路面损坏由三个方面来表征：( 1 ) 损坏类型：( 2 ) 严重程度；( 3 ) 损坏密度。 大连理工大学硕士研究生学位论文 表1 1 定义了公路中常见的路面损坏类型，弗规定了每种类型的具体量测和计量办法 ( 除纵向、横向裂缝量测其长度外、其余损坏类型均量测其外接矩形的面积) 。同一损坏 类型，不同损坏程度对路面使用性能的影响是不同的，在评价路面的使用性能时，还必 须对各种损坏按严重程度分为若干等级，损坏严重程度分级详见表1 2 。 表1 1 沥青路面损坏类型、定义、特征及测定方法 t a b 1 1s t y l e 、d e f i n i t i o n 、c h a r a c t e ra n dm e n s u r a t i o nm e t h o d o fa s p h a l t u mp a v e m e n td a m a g e 损坏模式损坏类型定义测量方法主要原因 与道路中线大致 按长度乘以0 3 路基或基层沉陷；旖 ；平行的长直裂 纵向裂缝米- - - - a 计算。 工接缝质量差：结构 缝；并伴有少量 承载力不足。 支缝。 裂缝类 与道路中线垂直 按长度乘以0 3 横向裂缝的裂缝，并伴有米= a 计算。 反射裂缝：低温裂缝。 少量支缝。 形似龟背的多边疲劳损坏； 龟裂按外围面积计量 形网状裂缝沥青老化。 沉陷 路表面的局部凹 按外围面积计量 路基或基层沉 变形类 陷陷。 沿轮迹处的路表面层混台料稳定性不 车辙 按外围面积计量 凹陷。足。 丽层或基层混合 按外围面积计量 严重龟裂的进一步发 坑槽料散失后形成的展，碎块松动脱出， 凹坑。层问粘结不良，脱落。 磨光：集料棱角 磨成圆滑或平滑 损耗类正常磨耗；沥青含量 状；磨面：细集料 按外围面积计量少；沥青和集料粘结 磨损散失，路表成麻 不良：沥青老化。 点状；露骨：较粗 集料也散失，粗 集料外露。 各种损坏的局部 其它修补按外围面积计量 挖除修补。 董丽娜：沥青路醐性能评价方法的分析研究 表1 2 损害严重程度分缀 t a b 1 2c l a s s i f i c a t i o no fd a m a g ed e g r e e 损害类型 分级掭准。 纵裂轻 裂缝边缘藏尉孽有轻微脱落t 无或有少量支缝 或横裂 重裂缝边缘有中等或严重脱落，有较多支缝 裂缝类 轻 一条或数条黪静纵向细裂缝，少量交错支缝、裂缝 、 发展成网状裂缝，裂块小于l o - 3 0 c m 裂缝边缘有轻度 龟裂 由 ： 或中度脱落 重 裂缝边缘严熏脱蔫，碎块出现松动 沉陷 轻 用3 米直尺丈量，最大沉陷涤度小于2 5 m 变形类 重用3 米赢尺丈量，最大沉陷深度大于2 5 m l 轻 用3 米直尺爻墼褥辙深小于2 5 m m 车辙 重用3 米直尺丈量得辙深大于2 5 m 坑槽 轻 坑槽深度小于2 5 m 磨耗类重 坑槽深度大于2 5 m 磨损不分级 修补等， 不分级 为了使各路段的损坏状况可以进行比较，需要有一个损坏综合评价指标合成各种损 坏。这种指标在路段进行比较时是有用的，但它是一个主观的过程。一般采用路面状况 指数p c i 来对路面损坏状况进行评价。扣分法是确定路面状况指数p c i 的常用方法，如式 ( 卜1 ) 和式( 卜2 ) 。对不同的损坏类型、严重程度和范围规定不同的扣分值，按路段的 损坏状况累计扣分值后，以剩余的数值表征路面的完好程度，评价路面的好坏。 p c i ：c _ 善善吸q ， ( 卜d 咒1 = c 一善善，( f ，d ) ( 1 2 式中：c 一初始评分数，常用百分制c = 1 0 0 ； i ，j 一相应为损坏类型数( 共n 种) 和严重程度等级数( 共m 种) ； d p 。一i 种损坏、j 级程度和k 范围的扣分值；对于损坏面积的计算，一些特殊情况如 下：纵、横向裂缝，其破损面积为：裂缝长度( m ) 0 3 ( m ) ：车辙破损面积为：长度( m ) 0 4 ( m ) m j ，m j 一各种损坏类型和严重程度的权函数： 人连理工大学硕士研究生学位论文 f ( t ，d ) 一多种损坏的修正函数，是累计扣分数t 和扣分次数d 的函数。 从上面的讨论，可以看出应用扣分法的关键是在选定损坏类型和严重程度分级的情 况下，如何确定不同损坏类型和严重程度及范围的扣分值。对于沥青混凝土路面的损坏 类型和严重程度分级上面已作了介绍，对于损坏类型和严重程度及范围的扣分值则采用 小组评分法，即邀请由道路部门韵管理、设计、施工和养护人员，特别是有经验的路面 养护工程师，对实验路段的损坏类型、严重程度给予区别，并对损坏范围进行量测，整 理出损坏类型和严重程度的单项扣分值，实际上，路面损坏往往出现多种类型，或伴随 不同的严重程度。这时如果仍然按单项扣分值累加而得到多种损坏路段的扣分值，则常 常会超过对多种损坏路段的评分结果，甚至可能出现负的结果( 累加扣分值超过1 0 0 ) 因 此需要修正权数f ( t ，d ) ，即分层先对每一种损坏类型加权累加不同严重程度的扣分值， 而后再加权累加不同损坏类型的扣分值，由此得到总扣分值。权数f ( t ，d ) 为该层次单 项扣分值同累加扣分值的比例的函数。 这种用扣分法评价路面损坏状态的方法，较早在美国w a s h i n g t o n 州路面管理系统中 得到应用。后来在p a v e r 系统中得到进一步完善，从而促进了该方法在评价路面状况中 的广泛应用。我国在“七五”国家攻关期问根据北京市和广东省的路面状况，也利用这 种扣分方法开发了路面状况指数p c i 模型。 扣分法计算路面路况的方法能够精确地计算和折算多种损坏所导致的路面总体损坏 程度，在理论上是比较完整的。但是扣分值和修正值的准确估计是该方法的困难之处。 而且扣分值或者扣分曲线只是针对一特定系列的损坏类型和严重程度。如果损坏严重程 度的临界值改变了，那么必须修改扣分曲线或者扣分值。 路面状况指标p c i 直接与路面综合破损率建立经验关系的方法是另一种评价路面状 况的另一种常用方法。通常表现为p c i = f ( d r ，i r i ，) 。我国公路养护技术规范 ( j t j 0 7 3 2 0 0 1 ) 就规定p c i = 1 0 0 - 1 5 o d 硭。”路面损坏状况评价指标作为评价路面质量的重 要指标之一，无论在网级还是在项目级的管理系统中，它都起着重要的作用。在许多地 方和城市的路面管理系统中，路面损坏状况指标通常作为唯一的路面质量评价指标。在 这些地方因为设备、费用等原因而导致平整度、抗滑能力的检测比较困难。 1 2 2 路面行驶质量评价 路面行驶质量同路面的平整度、车辆的动态响应以及乘客对舒适性的要求和对颠簸 的接受能力有关。行驶质量通常采用汇总众多乘客的主观评价意见计算出评分值。将各 路段的评分值与各路段实测的平整度指标通过回归分析建立路面性能评价主观评分同 董丽娜：沥青路面使用性能鼢方法的分析研究 客观测量的相互关系。因此，可以根据路蕊平整度的客观测量结果得到对路面行驶质量 的统一评价。 在我国，测量平整度的常用仪器有3 m 直尺、连续式平整度仪和车载式颠簸累积仪三 种。在对高速公路定期全面调查时，平整度应采用车载式颠簸累积仪进行测量，以确保 路面检测的准确、快速和安全。至于3 直尺和连续式平整发仪只适用于一般公路小范围 的抽样调查。车载式颠簸累积仪的检测结果颠簸累计值v b l ，通常需要转换成国际平整 度i r i 。 国际平整度i r i 使得不同尺度的平整度能在同一数量基础上进行比较。i r i 的一般定 义是一个标准的四分之一汽车模型，沿着量测断面以8 0 k h 或5 ；0 耐h 豹速度行驶时，悬 架颠簸累计值与行驶距离的比值。当使用非直接溅量l 艇的其它设备时，可通过回归分 析建立与国际平整度指数的相互关系，换算成国际平整度掐藏i 襄i 以车载式颠簸累积 仪为例，其测定值v b i 、与国际平整度指数i r i 之间的相互关系如式( 卜3 ) ( i - 3 ) 我国也常用平整度标准差0 来标定平整度。因此在养护管理系统中，提供平整度标 准差。可以更好地满足用户需求为了提供标准差0 ，需要建立标准差0 与国际平整度i r i 之问的相互关系。通常不同的路面有不同的关系式，如在沪宁高速公路中，标准差 0 = 一0 0 9 7 6 + 0 5 9 7 9 i r i 路面行驶质量通常以质量指数r q i 描述。r q i 一般按5 ，1 0 和1 0 0 分制来计分。我国公 路养护技术规范( j t j 0 7 3 2 0 0 1 ) 规定 r q i = i1 7 5 0 7 5 1 r i( i - 4 ) 路面平整度数据在网级和项目级的养护管理系统中，有羞广泛的需求。在网级路面 养护系统中，它被用来进行项目选择和项目计划。人们通常认为一条公路路面如果很不 平整，那么它的服务水平就不能被公众接受：而一条路面如果受到一定的损坏，但是它 仍具有较高的平整度，那么该公路的服务水平还是可以被公众接受的。因此在许多养护 管理系统中，平整度常常是决定项目选择的主要因素之一。在网级系统中，平整度并不 需要很高的数据精度。通过对路网的平整度调查，可以进行整个路网的需求评估和制定 养护维修资金的投资计划。而在项目级的系统中，就需要很精确的路面性能评估。在项 目级的管理系统中，平整度数据通常作为养护维修质量控制、周期性路面性能预估和维 修方案评估的依据。 大连理工大学硕士研究生学位论文 1 2 3 路面结构性能评价 路面结构性能评价的目的是评估现有路面的承载能力和确定路面的剩余寿命。所谓 路面的剩余寿命是指路面在达到预定的损坏状况之前还能使用的年数和能承受标准轴 载累计作用次数。依据剩余寿命的长短，可以判断路面结构的完好程度及损坏发展的速 率，可以确定是否需要采取改建措施并进行加铺层改建设计。 结构承载能力一般通过路段代表弯沉与设计弯沉的关系变化来进行评价。路段代表 弯沉应采用自动弯沉检测车进行测量，各测点间的间距通常为t 0 0 米。通过各测点的平 均值加2 倍的标准差，计算出路段的代表弯沉值。 我国对现有路面的承载能力可用结构能力指数s a i ( s t r u c t u r ea d e q u a c yi n d e x ) 作 为评价指标。s a i 主要与设计容许弯沉值、路段代表弯沉值和年平均日交通量( a a d t ) 有 关，如式( 1 - - 5 ) 所示。 s a i = f ( 路面允许弯沉、路段代表弯沉、a a d t )( 1 5 ) 式( 1 5 ) 中，s a i 可用5 分制、l o 分制和1 0 0 分制来表示。对于我国，采用1 0 0 分制更 符合人们的使用习惯。在式( 1 一酚中，路面允许弯沉和路段代表弯沉是影响s a i 的主要 因素。在我国公路养护技术规范( j t j 0 7 3 2 0 0 1 ) 中，它们的比值被称为路面强度系 数s s i 。对于公路而言，不同的路面结构强度等级，应对应不同的s s i 和s a i 如表1 - 3 衷1 3 路面结构强度等级 t a b 1 3t h eg r a d eo fp a v e m e n ts t r u c t u r a li n t e n s i t y i 结构强度等级优 良中 次 差 is s i1 21 2 1 00 8 1 00 6 o 8o 6 ls a i ( 1 0 0 分制) 8 57 0 8 55 5 7 04 0 5 54 0 利用沥青路面设计弯沉公式，可以确定当代表弯沉值与设计弯沉值相等时路面所能 承受的标准轴载累计作用次数n 。即如式( 1 - - 6 ) 。通过交通调查，可分析得到弯沉评 定之前路面己经承受过的标准轴载累计作用次数n 0 ，以n 。与n 。相比，便可确定路面的剩余 寿命( 以标准轴载作用次数记) 。按当时的交通量和对今后交通量增长的预估，便可估计 出路面剩余寿命，相反由剩余寿命可判断路面结构的潜在承载能力。 n 。：f 5 0 0 a c _ a s a n 1 ( 1 6 ) i k j 董丽娜：沥青路面使用性能评价方法的分析研究 路面结构承载能力同路面损坏状况之间存在一定内在关系。承载能力足够的路面， 出现的裂缝和变形损坏很少；丽承载能力不足的路面，经常伴随严重的开裂和变形。因 此路面破损状况的评价指标f e ip - j 以与路段代表弯沉建立回归关系式，即p c i = f ( 弯沉 值) 。通过路面损坏状况来评价路面的结构承载能力，兔去了弯沉测定。但是这种损坏 状况评价带有主观性，所建立的关系式具有地区局限性。此外，它只能判断路面承载能 力是否足够，而无法估计路面剩余寿命。 1 2 4 路面安全性能评价 对于路面安全性能的评价一般只考虑抗滑能力。然而影响路面安全性能实际包括以 下几个方面：1 抗滑能力，2 车辙( 因为车辙可以造成路面积永，使得汽车有发生水上漂 移的危险) ，3 路面的反光，4 车道分界，5 外来障碍物。影响路面抗滑能力的因素包括： 路面特性( 粗构造、细构造) 、油和水对路面的污染、车辆参数( 主要是轮胎) 和驾驶因素 ( 行车速度) 等。路表面的细构造是指集料表面的粗糙度，它随车轮的反复磨耗作用而逐 渐磨光，通常用石料磨光值( p s v ) 表征其抗磨光的性能。路表的细构造在低速行车 ( 3 0 k t n h - 5 0 k m h ) 时，对路表的抗滑能力起决定作用。而高速行车时起主要作用的是粗 构造。糨构造是由路表外露集料构成的，功能是使路表水迅速捧除，以免形成水膜。粗 构造由构造深度表征。 路面的抗滑能力可采用摆式摩擦系数测定仪( 摆式仪) 或横向摩擦系数测定车( s c r i m ) 检测。对于高速公路宣采用横向摩擦系数测定车( s c r i m ) 测定。s c r i m 的测量轮与车辆行 驶方向成2 0 0 ，在不使用时测量轮可以提起。测量结果咀横向力系数s f c 输出，保证了高 速、连续地测量路面的抗滑能力。 通过横向力系数$ f c 可以判断路面抗滑能力的大小，表1 4 列出了沥青路面抗滑能力 的评价标准。 表1 4 路面抗滑能力评价标准 t a b 1 4e v a l u a t i o ns t a n d a r do fr e s i s t i n gs m o o t hc a p a b i l i t y i评价标准优l良中次差 l 横向力系数s f c o 5 l 0 4 o 5o 3 o 40 2 0 3 0 ，u 。= 1 u _ i i ，u ：1 ( i ，j = 1 ，2 ，k ，k n ) ，其中，u 。j ( i ，j = l ，2k ，k n ) 代表元素u ，与u ，相对于其上一层元素重要性的比例标度判断矩阵的值反 映了人们对各因素相对重要性的认识，一般采用1 9 比例标度对重要性程度赋值标度 及其含义如表1 5 所示 表1 5 判断矩阵标度及含义 t a b 1 5m a r ka n dd e n i f i c a ti o no fj u d g em a t r i x 标度含义 1 表不问个元素u i 与u j 相比，具有同等重要性 董丽娜：沥青路面使用桎姥评价方法的分析研究 3 表示两个元素u i 与u j 耱比，u i 比u j 稍微重娄 5 表不翻个元素u i 与u j 相诧，u i 比u j 明显重要 7 袤不阴个元素u i 与u j 相比，u i 优u j 强烈童要 9 表不魄个元素u i 与u j 摄比t u i 比u j 擞端童璺 2 ，4 ，6 ，8 2 ，4 ，6 ，8 分别表示相邻翔断卜_ 3 ，3 击，5 7 ，7 一啕的中值 倒数 表示因素u i 与u j 比较得判断u i j ，则u j 与u i 比较得判断u j i 2 1 u i j ( 3 ) 计算重要性排序 根据a u 矩阵，求出最大特征根所对应的特征向量，所求特征向量即为评价因素重 要性排序，也就是权数分配。 a u 判断矩阵特征向量的求法( 方根法) ： 计算判断矩阵每一行元素的乘积霄 w ，2 “# ( i ，卢1 ，2 ，n ) ( 1 7 ) ，, i 1 计算w ；的1 次方根彬 彬一彬 1 - 8 ) 对向量矿一眵0 瓦，酊，作规一化或正规化处理，即 即愿叫 n w = ( w ，w ：，巩) 7 即为所求特征向量。 计算判断矩阵的最大特征根a 一： 。砉等= 昙砉孚 p w = ( 尸) ， ( p 舻) ： ( p 矽) 。 h l l h 1 2 u u lh 2 2 h n lh 2 i j | h 2 。 ： ： 。 “柚 形 职 ： 形 ( 1 9 ) ( 1 一l o ) ( 1 1 1 ) ( 4 )检验 以上得到的特征向量即为所求权数，那么奴数的分配是否合理? 这需要对判断矩阵 进行一致性检验，检验使用公式 大连理工大学硕士研究生学位论文 c r = c i r i 其中e r 称为判断矩阵的随机一致性比率； c i 称为判断矩阵的_ 般一致性指标，它由下式给出 c i = 【_ ( a 。一n ) ，l l 表1 6r i 值 t a b 1 6v a l u eo fr i nl2 3456789 r 10 o oo 0 0o 5 8o 9 0l _ 1 2l _ 2 41 3 21 4 1l _ 4 5 r i 称为判断矩阵的平均一致性指标 当c r o i 0 时，即认为判断矩阵具有满意的一致性，说明权数分配是合理的；否则， 就需调整判断矩阵，直到取得满意的一致性为止。 举例如下： 1 确定目标和评价因素集u = 缸。“：h ，“。) 2 构造判断矩阵p p 一 1 1 2 1 2 1 3 22 3 123 1 12 2 1 三1 3 2 3 计算判断矩阵的每一行元素的乘积w w 1 = 1 2w 。：3w 3 = o 5 w 4 ：一1 1 8 计算w t 的4 次方根形 啊z 1 8 61 3 2一o 8 4峨一0 4 9 对向量矽= 瓯暇作归一化或正规化处理，即 w = ( 0 4 1 ，0 2 9 ，0 1 9 ，0 1 i ) 1 即为所求 4 检验 a：三f旦+坐+o7_66+043_ssmax ；4 0 7 1 2 i i 而+ 面+ o 1 9 + 叭l ，“。0 7 1 1 3 董丽娜：沥青路面使用性能评价方法豹分析研究 的。 c i = 1 ( 4 0 7 1 4 1 t o 0 2 3 6 1 c r ：竺：旦望垒! 1 0 9 = 0 0 2 6 8 5 f u = l p c i 8 5 f 1 2 - - 1 r q i 8 3 f 1 3 = 1 s s i 8 f 1 4 = i s f c 6 4 f u = o 6 4 s f c 8 f 1 4 = ( s f c - 6 4 ) 1 6 大连理工大学硕士研究生学位论文 f 1 f ，1 1 1 1 5 57r 51 0 p c p c i 1 0 f a = 0 f 2 1 = ( p c i - 5 5 ) 1 5 f 2 1 = 1 f 2 l = ( 1 0 - p c i ) 1 5 f n = 0 56 6r 3o5 s s i s s i 9 5 岛= o 乜= ( s s l 5 ) ，1 6 岛= 1 岛= ( 9 5 s s 哕1 1 2 坛= o 45 57 p c i 7 厶， 1 1 = o 1 ；( p a 之s y l 5 f 4 1 = 1 f 1 1 = ( 7 p c 硝1 5 厶1 = o 1 83 6 、6s s ! 中类 5 5 r o l 7 7 r q l 8 5 r o i 8 5 k 1 f 3 2 = 1 f 3 2 ( 8 5 一p c i ) 1 f 3 2 = o 3 2 4 r6 a rs f c s f c 3 - 2f = o 3 2 8 - - - 0 岛 1 2 5 4 s s 7r q l r o k 2 5 2 5 r ( 4 4 r o l 5 5 5 ，5 r q j 7 r o i ：，1 0 f “ 1 鲫 f 2 = 僻o i - 2 5 ) n 5 k = 1 f 4 2 = ( 7 - r o 1 5 f , 2 - - 0 1 61 ，14 r 4 s f c 塑三茎兰堡主竖窒生兰垡笙奎 s s l 6 6 厶l l f 4 3 - - 0 f 4 3 = ( s s l 一1 8 ) 1 2 f 4 3 - - 1 f 4 3 - - ( 6 6 一s s 0 1 6 = o 4 ss p c i p c i 5 5 f n = 0 4 p c i 5 5f 5 1 - - ( 5 5 p c i ) 1 5 r 1 1 3 s s i 5 3 s s i 5 s s s i f 5 3 = 1 f 5 3 = 0 f 5 3 - - r 5 - s s l ) 2 s f c 6 4 厶， 1 f u = o 2 缸= ( s f c 一1 6 ) 1 6 8 如= 1 4 1 4 - - ( 6 4 s f c ) 1 6 1 4 - - - 0 45 s r q i r q i 5 5 f 5 2 - - - 0 4 r o i 5 5f 5 2 - - ( 5 5 - r q i ) 1 5 r 1 3 4 r s f c s f c 4 8 f 5 4 = 0 3 2 s f c 4 8 f 5 , - - ( 4 8 - s f c ) 1 6 差类 图2 3 第，项评价指标灰数属于优、良、中、次、差