（道路与铁道工程专业论文）水泥混凝土路面破损评价.pdf

摘要 摘要 水泥混凝土路面是较早采用的路面结构形式。水泥混凝土路面由于施工，运 输和养护等因素，造成了板体出现裂缝、断板、翻浆、错台、边角缺损等一系列 破坏，急需采取养护和改建措施以恢复其性能。据不完全统计我国有l ，3 的水泥路 面和1 ，5 的沥青路面面临改造和加铺。路面损坏的原因是多方面的，而且地区性差 异比较明显。因此，在合理的养护修补之前，必须对各种损坏状况及原因进行调 查，同时对检测数据进行系统、客观、全面地评定。水泥混凝土路面破损评价是 养护部门制定维修方案的依据，也是在现有资金有限的条件下，合理分配资源的 前提。本文从水泥混凝土路面调查、路面检测、评定方法和评定标准，现有评价 方法着手，针对现有路面评价方法存在的操作性、实用性、准确性不足的问题， 提出模糊综合评判的水泥混凝土路面破损评价方法，分析总结了现有的水泥混凝 土路面性能评价指标体系，综合实际情况确定评价指标为表面破损、结构承载力、 行使质量、抗滑能力。表面破损叉包含横、纵斜裂缝、角隅断裂、破损板；结构 承载力包括面层厚度、弯拉强度、基层顶面回弹模量；行使质量仅考虑平整度； 抗滑能力选用横向摩擦系数，分别对国道2 1 0 和3 1 9 重庆段依据评价指标进行一 级模糊综合评判和二级模糊综合评判。从评价结果可见，水泥混凝土路面破损模 糊综合评判评价方法不仅在理论上是可行的，而且评价的结果也是可用的。本文 的指标选取和评价方法，适用于现有检测方法和手段现代化水平较低，依旧沿用 传统的检测工具和方法的养护管理部门制定维修对策。 关键词：水泥混凝土路面；评价指标；路面性能；模糊综合评判 垒! ! 坠里! a b s t r a c t c e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n ti so n eo f p a v e m e n ts t m c t u r ef o r m sa d o p t e de a r i y c e m e n t c o n c r e t ep a v e m e n tb e c a u s eo fc o n s t r u c t i o n ，c o n v e y a n c ea n dm a i n t e n a n c e ，r e s u l ti nt h e s u e f a c ec r a c h n g ，p a v e m e n tw e a r , b l o wu n r a v d l n go fp a v e m e n t ，e t c as e r i e s p a v e m e n td i s t r e s s ，n e e d i n ga d o p tu r g e n tm e a s u r e st or e e o v e r i t sf u n c t i o n a c c o r d i n gt o s t a t i s t i c si n c o m p l e t e l yt h eo u rc o u n t r ya b o u to n el h i r do fc e m e n tr o a da n do n ef i f t ho f t h ea s p h a l tp a v e m e n tf a c e st os t r e g t h e ni ne v e r ya s p e c t t h er e a s o no ft h ep a v e m e n t d a m a g e i sv a r i o u s ，a n dt h el o c a ld i f f e r e n c ei sm o l eo b v i o u s t h e r e f o r e ，b e f o r e p r o t e c t i n gt om p a i rm a s o n a b l e l y ，m u s tp r o c e e dt h ei n q u i s i t i o nt oe v e r yk i n do fd a m a g e c o n d i t i o na n dr e a s o n s ，p r o c e e dt h es y s t e mt ot h ee x a m i n a t i o nd a t ao b j e c t i v e l y e v a l u a t i o no ft h ec e m e n tc o n c r e t cp a v e m e n ti sp r e m i s et h a tt h es e c t i o ne s t a b l i 幽 m a i n t e n a n c ep l a n s ，a n dr c a s o n a b l e l ya l l o tr e s o u r c e su n d e rt h el i m i t e dt e r mi nc u r r e n t f u n d s t h i st h e s i si sf r o mt h ec e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n ti n v e s t i g a t e s ，p a v e m e n t e x a m i n a t i o n ，a s s e s si o nm e t h o d sa n da s s e s s i o ns t a n d a r d s a i m i n ga tt h ec u r r e n t p a v e m e n te v a l u a t i o n m e t h o d sa r cn o te n o u g hi no p e r a b i l i t y ，f u n c t i o n ，a c c u r a c y ，p u t f o r w a r df u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o ni nc e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n td a m a g et h a t a d j u d i c a t et h em e t h o d ，t h ea n a l y s i sc u r r e n tc e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n tp e r f o r m a n c e i n d e xs i g ns y s t e m ，c o n c l u d ep e r t i c u l a ri n d e xs i g nt h a ts u r f a c ec r a c k i n g ，p a v e m e n t b e a r i n gc a p a c i t y ，p a v e m e n tr i d e a b i l i t y ，f r i c t i o nf a c t o ro fp a v e m e n t ，s u r f a c ed i s t r e s s m e a n ss u r f a c ec r a c k i n g ；p a v e m e n tb e a r i n gc a p a c i t yi n c l u d e st h ep a v e m e n tt h i c k n e s s ， s u r f a c er e s i s t a n c e ，b a s ec o u r s er e s i s t a n c e ，p a v e m e n tr i d e a b i l i t yo a l yc o n s i d e rn e a t d e g r e e ；f r i c t i o nf a c t o ro fp a v e m e n tc h o o s e su s eh o r i z o n t a lc o e f f i c i e n to ff r i c t i o n a c c o r d i n gt ot h ec o u n t r ym a d2 1 0a n d31 9d a t a sp r o c e e d saf u z z yc o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o n f r o mt h ee v a l u a t i o nr e s u l tt h e r e f o r e ，t h i se v a l u a t i o nm e t h o di nc e m e n t c o n c r e t ep a v e m e n ti sa v a i l a b l et h e o r e t i c a l l ya n dp e r t i c u l a r l y t h ei n d e xs i g ns e l e c t e db y e x a m i n a t i o n si sa p p l i c a b l et ot h ec u r r e n tl o w e rt r a d i t i o n a le x a m i n a f i o nt 0 0 1 a n dt h e s e c t i o nw i t l lt h em e t h o dm a k e su pm a i n t e n a n c e p l a n s k e yw o r d s ：c e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n t ；e v a l u a t i o ni n d e x ；p a v e m e n t p e r f o r m a n c e ；f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n 重庆交通学院学位论文原创性声明 本人郑重声明：所里交的学位论文，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己经 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：王，甚7 日期：仞一年3 月2 ) 一曰 重庆交通学院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 重庆交通学院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，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。 保密口，在j 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密日。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：毛六岛 日期：沙年3 月曰 指导教师签名：w 也厶 1 日期洲年= 月7 咱 第一章绪论 第一章绪论 1 1 水泥混凝土路面概况 水泥混凝土路面是高等级路面的重要类型之一。建国以来，我国的水泥混凝 土路面得到了相当迅速的发展，特别是矿山公路及重交通道路，大量采用了水泥 混凝土路面。近年来，由于优质沥青供应不足，更加快了其发展速度。 1 9 9 1 年， 我国混凝土路面总里程已达1 5 2 3 4 公里。随着国民经济的持续、稳定发展，我国 的公路建设发展十分迅速。2 0 0 2 年底，我国公路通车里程己超过1 5 9 万公里，其 中高速公路2 5 万多公里，居世界第二位，在这2 万多公里高速公路中，水泥混 凝土路面里程约占3 0 ，即近7 0 0 0 公里。在我国，水泥混凝土路面修筑较早，特 别是在南方地区，在2 0 世纪8 0 年代所修建的公路当中，水泥混凝土路面占7 5 以上，据不完全统计我国有i 3 的水泥路面面临改造和加铺的。截止到2 0 0 3 年底， 已建成各级水泥混凝土路面约1 9 万k m ，且每年在建水泥混凝土路面里程2 5 万 k m 以上。水泥混凝土路面的优点是水泥材料来源广泛、施工工艺较简单、工程费 用较低、结构强度高、养护费用少、使用寿命长等特点，在路面施工中得到了大 量采用，但由于经常受交通荷载、气候和自然因素的长期反复作用，路面会逐渐 产生破坏，尤其载货汽车日趋重型化，交通量大幅度增长，这些原因都将导致现 有水泥混凝土路面达不到使用要求。从国内混凝土路面的实际使用情况看，大部 分都没有很好的服务到设计使用年限，出现了一定的结构破坏，有相当一部分水 泥混凝土路面通车后不久即出现了各种不同程度的病害，为了恢复和和提高现有 水泥混凝土路面的承载能力，需要进行建设和加强。近几年修建加铺沥青面层的 工程迅速增加，但加厚层设计以及为此而必须首先进行的旧路面的强度评定工作， 由于研究工作跟不上，不得不凭经验，因此耗资巨大，且工程质量也难以保证。 1 2 国内外发展水平与存在问题 有关旧水泥混凝土路面状况评定的研究工作，国外开展的较早，特别是美国， 对水泥混凝土路面状况评定的标准和方法进行了大量的研究工作，并已建立了一 些实用方法和标准。其它国家，如加拿大、日本等国，也作过类似的研究。但所 有这些方法都是基于他们本国的路面状况和有关工程师及使用者的意见，因而具 有相当大的局限性。 我国在这方面的研究起步比较晚，有关单位也已对此类问题进行了研究，空 军后勤部工程设计局主要针对机场路面进行了路况的调查和测试，并作了相应的 研究工作。在我国的研究中，大部分局限在沥青路面这一类型上，对水泥混凝土 第一章绪论 2 路面理论和应用研究还比较少。 近年来，国内外针对路面使用性能的监测、评价非常重视。许多国家和地区 依据各自的需要和条件建立了相应的评价系统。在水泥混凝土方面，美国大学教 授负责开发的“波特兰水泥混凝土路面评价系统”是该领域最有影响的，该系统 是在对美国七个州计1 3 0 5 英里混凝土( 主要是钢筋混凝土路面) 使用性能系统监 测的基础上，建立的有关唧泥、错台、接缝破碎、板块断裂和路面现有服务指数 等的预估模型。该系统在全面分析混凝土路面的损坏原因、进一步提高混凝土路 面设计、施工和养护管理水平等方面表现出良好的应用前景。 1 2 1 国内现状”3 1 4 1 水泥混凝土路面评价内容包括两个方面，水泥混凝土路面结构状况评价和水 泥混凝土路面使用性能评价。其中水泥混凝土路面结构状况评价涉及路面结构 强度评定；水泥混凝土路面接缝传荷能力评定；水泥混凝土路面板下地基脱 空状况的评定。 而水泥混凝土路面使用性能评价指标为路面状况指数( p c i ) ；平整度指数 ( i r i ) ；行驶质量指数( r q i ) ；抗滑侧向力系数( s f c ) ；抗滑横向力系数( s r v ) ； 以及路面综合评定指标( s i ) 。 现有养护规范规定和加铺改造设计普遍采用的路面破损状况评定，采用路面 状况指数( p c i ) 和断板率( d b l ) 两项指标。依据路段破损状况调查得到的断裂类病 害的板块数，按断裂缝种类和严重程度的不同，采用不同的权系数进行修正后，确 定该路段的断板率( d b l ) ，以百分数表示 厂。、 d b l = 1 观i ，船 ( 1 1 ) i 2 ij = 1 式中：d b u i 种病害和种轻重程度的板块数； w ，i 种病害和j 种轻重程度的修正权系数； b s 评定路段的板块总数。 各指标的权重系数分配欠妥并且断板率评价指标权重系数过大，应用这种方 法评价的结果偏于严重。 依据路段破损状况调查得到的病害类型，轻重程度和密度数据，确定该路段的 路面状况指数( p c i ) 。 ( p c i ) ，以1 0 0 分制表示。 尸a = 1 0 0 - d 6 f = l ；1 = 如磅 ( 1 2 ) ( 1 3 ) 第一章结论 = 2 5 r v r v 0 2 0 5 + 0 6 8 6 ( r o 一0 2 ) 0 2 _ r o ( 0 5 5 0 7 4 + 0 2 8 ( r o 一0 5 5 ) 。5 5 r 8 58 a - 7 06 9 - 4 。54 4 - 2 0l 2 o 第四章水泥混凝土路面破损评价和评价指标 4 1 4 路面抗滑能力评价 抗滑能力调查包括路面表面摩阻系数和构造深度测定两项。摩阻系数可采用 摆式仪测定路面表面抗滑值( s r v ) 或者采用偏转轮拖车测定侧像力系数( s f ) 或 者采用锁轮拖车测定滑移指数( s n ) 得到。路表面构造深度采用砂容量法测定。 影响路面抗滑性能的因素有路面表面特性( 细构造和粗构造) 、路面潮湿程度 和行车速度。 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被 磨光。通常采用石料磨光值( p s v ) 表征其抗磨光的性能，细构造在低速( 3 0 5 0 k m h 以下) 时对路表抗滑性能起决定作用。而高速时起主要作用的是粗构造。它是由 路表外露集料间形成的构造，其功能是使车轮下的路表水迅速排除，以避免形成 水膜。粗构造由构造深度表征其性能。 路面表面抗渭能力可采用侧向力系数s f c 或抗滑值s r v 以及构造深度这两项 指标进行评定。路面抗滑能力分为五个等级，各个等级评定标准见表4 3 。 表4 3 抗滑能力等级评定标准 评价等级 优良 由 次 差 构造深度o 8o 7 一n 6o 5 旬4o - 3 - o 2 o 2 抗滑值s r v 6 56 4 5 55 4 _ 4 54 4 - 3 5 3 5 横向力系数 o 5 5o 5 禾n 4 5o 4 4 0 3 8n 3 7 - 0 3 0 n 3 0 s f c 4 2 水泥混凝土路面结构状况评价。刀“8 1 水泥混凝土路面建成后在车辆荷载作用和环境变化的反复作用下，其结构性 能逐渐衰减，降低路面结构的承载能力，影响了汽车的行驶质量。为对路面的结 构状况作科学评价，必须定期进行外观状况的调查，承载能力的调查，从而进行 综合评判，为路面管理系统和养护计划提供必要的技术资料。在进行路面使用性 能评价的同时，进行路面结构性能的评价有其多方面的意义。路面使用性能强调 的是行车舒适性和安全性、注重表面功能、但也涉及纹理深度( 它影响抗滑能力、 排水能力和防冰冻能力) 、采用的是服务能力指标；而路面结构性能评价强调结构 承载能力和结构的受力作用状况、采用受力分析评价同时，路面使用性能评价着 重道路的所有功能、即行驶车辆( 或乘客) 对道路使用功能的满意程度。从这个意 义上讲，路面使用性能是针对道路使用者而言的另一方面，道路工程师关心的是 通过路面结构的力学分析，从而判断结构承载能力。对掌握路面管理系统，理解 这两方面的相互关系非常重要。 第四章水泥混凝土路面破损评价和评价指标 使用性能表征路面使用现状，结构状况评价表征道路未来对荷载的响应，对 一个路段或者路网而言，有时尽管现时使用性能各指标较好，但由于承载能力过 低而造成将来指标低于可接受标准时，必须进行结构力学评价，这或是路面整体 结构承载能力满足要求，仅需要进行加铺表面功能层；或是路面结构已经衰减， 需要改建或者旧路补强，这就需要对路面结构评定后才能作出决定。路面结构评 价应能预测现有路面结构的承载能力和现有交通量下的使用寿命。 为了全面真实地评价旧水泥混凝土路面，可将其整体性能的评价分为两部分： 使用性能和结构性能。这些指标既反映了旧水泥混凝士路面的使用性能，又反映 了它的结构性能，是比较全面的综合评价指标。 路面的结构状况主要指路面的物理性质，包括路面的损坏状况和结构承载能 力，它综合反映了路面结构保持其结构完整性而不出现破损的能力。评定路面结 构主要是评定结构承载能力。水泥混凝土弯拉拉强度和面板厚度是反映路面结构 承载力的两个最重要参数。按现行设计规范的应力分析和疲劳方程，板厚及强度 的变化与路面寿命的对数成正比，板厚减薄、强度下降可使路面寿命迅速件小。”。 4 2 1 混凝土路面结构承载力的评价。砌 通过路面结构承载能力的评价可以回答现有水泥混凝土路面是否需要进行结 构性维修的问题。评价的内容包括： a 路面结构荷载变形特性的实际测定。 b 板间荷载变形特性的实际测定。 c 板底脱空状况的调查与评价。 d 按路面结构强度或其它原则分段，计算代表值。 e 结构层材料参数( 模量) 反算 f 板间传荷能力评价。 g 路面承载力评价：应力应变分析，累计轴载预测。“，弯沉盆面积计算。 由于水泥混凝土路面刚度较大，通常无法用贝克曼梁式弯沉仪来实测路面结 构的荷载变形特性，比较可行的方法是承载板法或落锤弯沉仪( f w d ) 。通过分层 实施承载板测定，经反算可以得到各层材料的回弹模量。承载板法的缺点是需要 分层开挖路面，费时费力，测试成本较高。f w d 是目前国内外公认最适宜的路面结 构无破损强度评价手段。除无破损外，其优点还有速度快，精度高，检测成本低 等。由f w d 动荷载下的荷载变形特性反算出的材料参数( 弹性模量) 可以直接用 于现有的路面力学分析过程。 接缝是水泥混凝土路面的重要组成部分，也是整个路面结构的最薄弱环节； 实际使用中的水泥混凝土路面，绝大多数的破坏都发生在接缝的附近。因此接缝 第四章水泥混凝土路面破损评价和评价指标 传荷的评定成为水泥路面结构评定状况评定的重点。 接缝类型一般有两种：集料嵌锁类和传力杆类。接缝传荷能力的评定方法有： 选用光学弯沉仪及挠度差仪，测得挠度比传荷能力，但这种方法量测精度难以保 证，且稳定性差；选用f w d 测得接缝两边的弯沉盆。获得挠度比传荷系数，该方 法测试速度快，精度高。 实际测定板间荷载变形特性的目的在于评价水泥路面板间的荷载传荷能力， 它是评价路面荷载扩散能力和确定加铺厚度的重要指标。 水泥混凝土路面在实际使用过程中，由于车辆荷载的重复作用，板下基础将 产生一定的塑性变形和唧泥，致使混凝土板的局部范围不再与基础保持连续接触， 即混凝土板下局部出现脱空。大量的试验和理论计算表明，服务中的混凝土路面， 基础的局部脱空现象是客观存在的，特别是对细颗粒材料修筑的水泥混凝土路面。 a a s h o 试验路观测结果证明：在水泥混凝土凝土路面缝边、板角处，由于唧泥所引 起的水泥混凝土板下基础脱空情况大量存在脱空状态下混凝土板的受力作用是极 为不利的。混凝土的缝边板角处，由于基础的脱空，荷载作用下的混凝板近似 于悬壁粱工作。将产生过量的弯沉和拉应力，在重复荷载作用下，最终将导致混 凝土板的断裂、破碎。当混凝土板下产生唧泥、脱空后，采用灌浆或封底是一种 有效的修复办法，但这应当是在正确评定脱空状况为基础的，否则有可能造成路 面使用性能下降甚至迅速破坏。因此对使用中的水泥混凝路面，以可靠的方 法评定板下基础脱空的位置及面积，及时采取有效的修复措施。阻止此类结构性 破坏的发展，恢复路面正常的使用性能，这正是现代水泥混凝土路面管理系统的 宗旨所在。 传统的脱空评定方法有： 1 ) 外观评定法； 2 ) 实测弯沉与理论计算弯沉比较评定； 3 ) 驶近、驶离板边弯沉比较法等。但是这些方法均未将接缝传荷能力的损失 所引起的弯沉与基础脱空所引起的弯沉相分离，同时这些方法很难确定板 下脱空的面积。 当前比较适合的方法为落锤式弯沉仪( f w d ) 无损检测法，其简便实用、具有现 场、快速、无破损等特点，很有实用前景。根据参考文献，其具体操作步骤为： a 对于所要评定的水泥路面，首先进行外观状况调查，一般缝边唧泥、错台、 角隅断裂处，很可能存在脱空，应作为脱空检测的重点； b 进行板中f 1 | d 弯沉测定，应用结构刚度组成分析法，评定出板中荷载下地 基反应模量k ； c 进行缝边板角处的f w d 弯沉测定，以获取板角弯沉、接缝传荷系数； 第四章水泥混凝土路面破损评价和评价指标 d 根据上述的板角弯沉、接缝传荷系数以及面板厚度，通过查脱空评定诺谟 图可得地基反应模量k t 及接缝的传力杆系数k ，并计算出k t 之值，如果 小于1 ，则说明水泥路面板角下存在脱空； e 根据地基反应模量、接缝传力杆系数及k k t ，再查脱空评定诺谟图可初 估水泥路面缝边板角处地基的脱空尺寸。 水泥路面板下脱空是一个重要的问题，理论上可以有多种方法进行探查，譬 如f w d ，路面雷达，声波法等。就目前可利用的手段看。路面雷达方法是比较可行 的。其优点是连续测量，效率高，速度快，不用封闭交通，信息量大( 材料密度， 厚度，脱空) 。 路面结构承载能力评价的目的是确定路面的剩余寿命，亦即在达到预定的损 坏状况之前还能使用的年数或者承受的标准轴载累计作用次数。依据剩余寿命的 长短，可判断路面结构的完好程度及其损坏发展的速率，可确定是否需要采取修 补或改建措施，并进行加铺层改建设计。当路面破损较严重或者路面需进行改建 设计时，或者为掌握路面结构性能的发展趋势。应对现有路面的结构承载能力进 行调查。 进行路面结构评价的一般步骤为： 1 ) 调查和量测路而的特征数据及交通量； 2 ) 用理论或经验的方法处理数据； 3 ) 根据一定标准评定承载能力和剩余寿命。 这里要强调的是：在进行结构评定时，必须考虑某区域公路网和该路段的共 同需要。例如，各项性能指标和资金总量均建立在路网的基础之上，而这些都最 终影响每一条道路的养护维修资金量调查的项目一般为：路面结构层各层的厚度 和模量混凝土面层的强度、接缝传荷能力、板底脱空情况等。水泥混凝土路面的 结构承载能力的调查方法可采用无破损试验和破损试验两种方式进行。无破损试 验主要采用落锤式弯沉仪、贝克曼梁、承载板测定等方法，得到试验荷载作用下 的路表挠度曲线，破损试验为钻取各结构层的试样，量取厚度，在室内进行模量 或强度测定。但这两种方法相比较而言，破损类方法不仅周期长、效率低而且 在取样过程中材料不可避免地受到“扰动”，造成室内试验结果难以真实地反映 路面结构的实际状态：而落锤式弯沉仪( f 为代表的无类试验方法以其快速、高 效、无破损检测得广泛应用。另一方面，静载试验与动载试验相比，动载试验更 能模拟路面结构在行车荷载作用下的受力状态因此，落锤式弯沉仪在全世界范围 内得到广泛应用。 路面结构评定的分析方法一般有下四类： 1 ) 实测弯沉与从路面结构衰减规律得到的允许弯沉比较； 第四章水泥混凝土路面破损评价和评价指标 2 ) 实测弯沉与弹性层状体系计算得的弯沉比较； 3 ) 将观测数据与原先设计相结合，估算剩余寿命和承载能力； 4 ) 将理论方法与实测数据结台，确定判断标准和承载能力。 混凝土路面厚度 对于混凝土路面来说，当其混凝土强度确定之后，混凝土面板的厚度就是其 性能及功能的决定因素。 对于混凝土路面来说，当其混凝土强度确定后，混凝土面板的厚度就是其性 能及功能的决定因素。按照有限元分析得到的单轴和双轴荷载应力计算结果，可 通过回归分析得到的荷载应力仃。可通过下式计算出来： p 4 盯f = a r “- 1 7 ( 4 2 ) ， 可以看出荷载应力除与轴载只，路面结构的相对刚度半径r 有关外，与面板厚 度h 2 成反比( 式中a 、i l l 、n 为回归系数) 。路面板的厚度变化将严重影响路面的使 用寿命。 预估使用寿命 依据实测的各项结构参数，按现行设计规范，可计算得混凝土路面的受力情 况，进而估算出路面的设计寿命。 ，一，r i g m = 1 9 3 8 l g 血l _ = 2 ( 4 3 ) 盯p 式中：。设计预估寿命( 累计作用次数) ； ，二混凝土抗弯拉强度( g p a ) ： d 。荷载疲劳应力( m p a ) ； 玎温度疲劳应力( m p a ) ； 按规范要求取各参数值，最后计算出各路段路面结构的估算寿命( 以标准轴 载累计作用次数表示) 。 4 2 2 路面损坏状况评价 每个路段的路面均可能出现各种不同类型、不同严重程度及范围的损坏。为 了各路段的损坏程度具有可比性，需采用一项综合评价指标，将损坏类型、严重 程度及范围和影响综合考虑，目前常用的综合评价指标是路面状况指数p c i 。 反映路面损坏状况的主要指标是路况指数p c i ，它是评价：路面服务水平的最 重要的一个指标路面损坏所表现的形态特征是多种多样的，这是因为促使路面出 现损坏的原因是多方面的，如行车荷载因素( 如超载，重复加载和水平荷载等) ，环 境因素( 如温度变化，湿度变化和冰冻作用等) ，以及施工和材料原因等根据现有养 护规范规定和加铺改造设计普遍采用的路面破损状况评定采用路面状况指数( p c i ) 第四章水泥混凝土路面破损评价和评价指标 和断板率( d b l ) 两项指标。 路面状况指数( p c i ) 是用扣分法建立起来的路面评价模型。严格说来，p c i 是一个相对值，专家对扣分及扣分权系数规定得严，则p c i 偏低，反之偏高。但 当用p c i 值来对某一地区或路线的路面进行相对比较评定时，还是客观和适用的。 p c i 可表示为： p c = c 一口( 巧，毋。岛) - 只( f ，d ) i - i1 = 1 ( 4 4 ) 式中：c 初始评分( 通常为c = 1 0 0 ) ； d 分项评分扣分权向量； 五，s ，分别表示损坏类型的扣分数、损坏严重程度的折减系数和损 坏密度； e ( f ，d ) 为多种损坏类型的修正系数或权函数，其中t 为累计扣分数， d 为扣分项数； e ( f d ) 的取值应考虑路况的客观因素，专家调查组的综合意见或用大量调查 资料的相关分析。其理论取值范围是： 1 - e ( f ，d ) 5 51 弘j04xf-0138螂f0f 鲻5 f ( 4 1 0 ) 3 81 只、只、b 相应指标的权重，按公路性质等级和相应指标的重要性确定。 表4 7p 1 、p 2 、p 3 建议值 公路等级 p lp 2p 3 二级及以下o 7 5o 20 0 5 高速、一级 o 6 0 2 o 2 注：p 1 p 2 。p 3 之和等于1 2 ) 评价标准 由上述可知，传统得单项或综合评价指标只是单一或狭义型得，并没有考虑 接缝传荷、板底脱空、水文地质、交通及路面结构等因素的综合影响。事实上， 由于这些因素与评价指标之间存在着错综复杂的关系，因而难以建立准确的、广 义型的数学表达式。 4 3 2 水泥混凝土路面评价指标 在路面管理系统建立过程中选择合适的决策指标是开发人员首先要考虑的问 蔓婴童查鎏望鳖圭堕耍塾塑竖尘塑堡堕塑堡 3 3 题，不同的路面管理系统中都要考虑本地区本系统的实际情况，采用合适的决策 指标。例如，在美国的刚性路面管理系统中，一般都要通过落锤弯沉仪的检测， 对路面的结构能力进行评价，而在我国目前还做不到，因此在水泥混凝土路面养 护管理中暂不要求对结构能力进行评价。表4 8 是各国常用的路面评价指标。表4 9 是几个路面管理专家系统用到的路面评价指标。 表4 8 单项评价指标 评价内容 评价指标计算公式 说明 主观评定 路面评级p s r 0 - 1 0 c i 破掼类型；耳严重程 破损度指数d i q + 西) 度t 西破损密度 破损 巩，第i 类破损j 类严重 破损率d r 皿。，a 程度的面积或长度 墨。相应权重 a c 所测路段的总面积 d j 破损娄型严重程度破 路况指数p c i 损密度决定的扣分数 路况评级s c l1 0 0 正d i ，i 不同破损类型权值 a b ：参数 平整度行驶舒适性指数 a + b x x ：平整度测定值，直接 测定或换算求得 抗滑抗滑性能指数直接测定 表4 9 几个路面管理专家系统用到的路面评价指标 系统名开发单位决策指标说明 板角断裂横向裂缝n t ：任意时刻当量单轴荷载重的重复 伊利偌斯 外车道裂缝与内车 次数 e ) 【p e a r 大学道裂缝之比n f ：路面破坏时承受当量单轴荷重的 气候板厚交通量重复次数 现有耐用性指数 p s i 路况指数p c i 抗 p a m e xf 刑a 滑系数破损度 脱( f ) = ，u n f 轮迹引起的龟裂车 华盛顿运辙 s c e p t r e 输局轮迹引起的纵裂缝 横裂缝 第四章水泥混凝土路面破损评价和评价指标 结构状况功能状况 p a r m a s 同济大学结构层材料交通因 素 常用的混凝土路面损坏状况评价指标可分为两大类：一类是单指标，即对某 类损坏( 裂缝、错台、唧泥等) 进行评价，另一类是综合指标，如现有服务指数( p s i ) 、 路面损坏状况指数( p c i ) 等，具体的选用应视研究分析需要所采集的路况资料信息 而定。依据路面损坏状况调查数据，选用结构性损坏一断板率d b l 、裂缝度c r 和路 面状况指数来评价各路段的损坏状况。为了使各路段的损环状况( 及严重程度) 可 以进行定量比较，可以采用公路水泥混凝土路面养护技术规范j t j0 7 3 1 2 0 0 1 中的p c i 来综合评价路面的损坏状况。 4 3 3 评价指标体系结构图 在交通荷载和自然环境的综合作用下，水泥混凝土路面会出现各种损坏现象， 路面使用性能会随之衰减。当路面使用性能下降到最低可接受水平时，就要求我 们采取养护措施恢复其使用性能。否则，它将日趋严重地影响汽车的行驶速度、 安全性、舒适性及道路的运输费用。因此，正确评估路面现状水平，是科学进行 道路路面养护决策的重要依据。目前，国内外对路面使用性能的评价一般采用结 构承载能力、路面损坏状况指数来反映。实际上，对于不同种类的路面，各评价 指标所包含的指标内容和重点应有所不同。水泥混凝土路面破损评价指标如下： 第四章水泥混凝土路面破损评价和评价指标堕 国4 2 水泥混凝土路面评价指标 但对于旧水泥混凝土路面破损评价，根据维修的对策与要求，旧水泥混凝土 路面破损评价侧重与路面结构性能“3 评价。本文结合国道2 1 0 和3 1 9 、重庆外环高 速公路实际工程及旧水泥混凝土路面的特点，提出了水泥混凝土路面破损评价指 第四章水泥混凝土路面破损评价和评价指标 标体系。如图 图4 3 水泥混凝土路面破损评价指标 3 6 第五章模糊综台评判法在水泥混凝土路面破损评价中的应用 第五章模糊综合评判法在水泥混凝土路面破损评价中的应用 5 1 模糊综合评判评价方法删龇2 邮6 m 7 嘲 现在用于路面评价的方法有经验法、规范法、模糊方法、灰色方法、数理化 方法。模糊方法对于水泥混凝土路面破损不确定的更具有适应性。 模糊数学在工程技术领域的运用越来越广泛。与经典数学相比，模糊数学在 分析复杂工程问题时具有明显的优越性，因而近几年发展非常迅速。在道路工程 技术领域，人们经常遇到许多模糊的概念，譬如道路的耐久性能、抗滑性能评估 等等没有明确界限的问题，一个事物往往需要多个指标刻画其本质与特征，并且 人们对一个事物的评价又常常不是简单的好与不好，而是采用模糊语言使用程度 不同的评语。为了使这类定性问题尽可能定量化，借助于模糊数学的一些方法， 可对这类传统上的定性问题做出尽量客观、科学的评判，制订出合理的处理措施。 因此，采用模糊综合评判这一数学方法，对道路工程中的工程决策向题加以描述 与评判是非常合适的，研究模糊综合评判在道路工程中的应用问题是具有重要现 实意义的。 5 1 1 模糊综合评价的基本程序 模糊综合评价是借助模糊数学的一些概念，对实际的综合评价问题提供一些 评价的方法，它与概率、统计的方法是不同的。因为客观事物的不确定性有两类： 一类是事物对象是明确的，但出现的规律有不确定；另一类是事物对象本身不明 确，例如年轻、年老等这一类程度上的差别没有截然的分界线，后一类对象的不 确定性是与分类的不确定性有关，也即一个对象是否属于某类，可以是也可以 不是，所以首先要对集台的概念给以拓广，引入模糊集合的概念。 模糊综合评价就是以模糊数学为基础，应用模糊关系合成的原理，将一些边 界不清，不易定量的因素定量化、进行综合评价的一种方法。 确定评价对象因素的论域 u = 札，h2 ，“。 ( 5 1 ) 也就是p 个评价指标。 确定评语等级论域 y = i v 。，v 2 ，v 。j( 5 2 ) 即等级集合，每个等级可对应一个模糊子集。一般情况下，评语等级数取 3 ，7 中的整数，如果过大，语言难以描述且不易判断等级归属。如果太小叉不符合模 糊综合评价的质量要求。取奇数的情况较多。因为这样可以有一个中间等级，便 糊综合评价的质量要求。取奇数的情况较多。因为这样可以有一个中间等级，便 第五章模糊综合评判法在水泥混凝路面破损评价中的应用 于判断被评事物的等级归属。具体等级可以依据评价内容用适当的语言描述。 进行单因素评价，建立模糊关系矩阵 在构造了等级模糊子集后，就要逐个对被评事物从每个因素蚝= ( f = 1 , 2 ，p ) 上行基化，也就是确定从单因素来看被评事物对各等级模糊子集的隶属度时) ， 进而得到模糊关系矩阵。 模糊单因素评价方法与因素指标的属性有关，不同属性的因素可以采取不同 的方法。 1 ) 主观或定性指标的模糊评价方法 一般而言，主观或定性的指标都具有一定程度的模糊性。比如对社会保障的 信任程度，对环境质量的满意程度，产品质量高低等都属于这类指标。对这类指 标的模糊评价方法主要是以模糊统计试验为依据的等级比重法。 2 ) 客观或定量指标的模糊评隶属函数法 客观或定量指标一般都有数值表现结果，如果能得到它们对等级模糊子集的 隶属函数，求隶属度就非常方便了。从模糊学可以知道，隶属函数的分布主要有 戒上型，戒下型和中间型三种。并且有一些具体的函数形式，因此实际评价中只 需依据指标的特性和等级模糊集含选择一种合适的形式并确定其中参数即可。 单因素模糊评价的综合 通过模糊单因素评价可以得到隶属关系矩阵r ，r 反映了一个被评事物在各因 素方面对各等级模糊予集的隶属情况。 1 ) 模糊权向量的确定 设因素论域 u = 缸1 m 2 ，”p j u 上的模糊子集 m = 对评价内容重要的因素 因素u 。对m 的隶属度为a ；，则模糊权向量为 a = p 1 a 2 ，( 5 3 ) 其中a i = 孚t f = 1 ，2 ，。p 4 。 忙l 对模糊权向量的确定多采用专家估计法，即请几位专家分别估计出 u 。g = 1 , 2 ，p ) 对m 的隶属度然后对不同专家的估计结果求平均并归一化就可以 得到a 2 ) 选择模糊合成算子将a 与各评事物的r 合成得到各评事物的模糊综合评价 结果向量b 。 第五章模糊综合评判法在水泥混凝土路面破损评价中的应用 3 ) 常用的模糊合成舁子硐以r 儿柙： a ) m ( ，v ) 算子 扫，= t 0 = 1 ( 口。 r , j ) m a x m i n ( a 。，o ) j ，j = l ，2 ，m b ) m ( ，v ) 算子 6 ，= j 0 = l g 。 ) = m a x k ，勺i _ ，= 1 ，2 ，m c ) m “，o ) 算子 哆= 妻g 勺) = 幽 1 ，杰m i n o 豳) 乒1 2 ，- ，卅 l i ；l j d ) m ( ，o ) 算子 驴乳) = n d n f l ，妻 ，：l 加，m 表5 1 四个模糊算子比较 算子 m “，v ) m ( ，v )m ( ，o ) m ( ，o )