（道路与铁道工程专业论文）高速公路沥青路面最佳预防性养护时机的研究.pdf

摘要 目前我国高速公路路面早期破坏比较严重，对路面进行预防性养护已成为路面养护 工作的重点。而预防性养护是在病害有微兆时便采取措施，防患于未然，使路面在长时 间内都能保持良好的性能，预防性养护时机在此便显得尤为重要。预防性养护时机的研 究和应用，对我国沥青路面养护有着重大意义。 本文首先对预防性养护的概念及进行预防性养护的意义进行介绍，提出了进行预防 性养护时机的研究的必要性，及要解决的关键问题。 在对沥青路面使用性能各单项指标评价分析的基础上，依据高速公路沥青路面预防 性养护的需求，在现行评价体系的基础上，增加了车辙指标，提出了适用于高速公路沥 青路面的使用性能评价体系。提出采用加权几何平均值计算路面使用性能综合指标p q i 的评价模型，同时以主、客观调配相结合的方法来确定各指标的权重。 鉴于目前历史数据较少，本文采用了基于最小二乘法的灰色预测模型g m ( 1 ，1 ) 对路面性能各分项指标及综合指标进行回归预测。 对国内外几种常用的预防性养护时机确定方法进行了分析，在参考其他几种常见方 法的基础上提出了利用数据包络分析法建立d e a 模型确定预防性养护的最佳时机。确 定d e a 模型的输入指标为：日常养护费用和预防性养护费用；d e a 模型的输出指标为： 路面性能指标的养护效益面积、路面寿命变化量及残值。利用所构建的高速公路沥青路 面预防性养护时机d e a 模型，对几种不同的预防性养护时机的决策单元进行计算，从 而确定出最佳预防性养护时机。 关键词：高速公路沥青路面、最佳预防性养护时机、预测模型、虚拟决策单元、数 据包络分析法 a b s t r a c t n o w , t h ep r e m a t u r ed a m a g eo fa s p h a l tp a v e m e n ti ne x p r e s s w a yi ss e r i o u s s o ，t h e p r e v e n t i v em a i n t e n a n c eh a sb e c o m et h em a i np o i n to fa s p h a l tp a v e m e n tm a i n t e n a n c ei n e x p r e s s w a y p r e v e n t i v em a i n t e n a n c ep r e v e n t st r o u b l e sb e f o r et h e yh a p p e n e d ，m a k e st h er o a d s u r f a c ek e e pf a i r l yg o o df u n c t i o ni nt h el o n g t i m e s o ，p r e v e n t i v em a i n t e n a n c ei sp a r t i c u l a r l y i m p o r t a n ta tt h i st i m e s t u d ya n da p p l yt op r e v e n t i v em a i n t e n a n c eh a sg r e a ti m p o r t a n c ef o r c u r i n gt oo u rc o u n t r yh i g h w a ya s p h a l tp a v e m e n t s t h ed i s s e r t a t i o n b e g a nf r o m t h et h e c o n c e p ta n dt h es i g n i f i c a n c e o fp r e v e n t i v e m a i n t e n a n c e i tp u tf o r w a r dt h en e c e s s a r yo fr e s e a r c h i n gt h eo p t i m a lt i m i n go fm a i n t e n a n c e a n dt h ek e yi s s u e s b a s e di n d i v i d u a le v a l u a t ei n d e x e so fa s p h a l tp a v e m e n tp e r f o r m a n c ea n dt h er e q u i r e m e n t s o fa s p h a l tp a v e m e n tm a i n t e n a n c e ，t h ep a p e ra d d e dt h ee v a l u a t eo fi n d e x r u ta n da d v a n c e dt h e e v a l u a t ei n d e x e ss y s t e mo fh i g h w a ya s p h a l tp a v e m e n t s i ta l s op u tf o r w a r dt h ew e i g h t e d g e o m e t r i cm e a nt oc a l c u l a t et h ep a v e m e n tp e r f o r m a n c ee v a l u a t ei n d e x e sp q i ，a tt h es a m e t i m e ，t h em e t h o do ft h em a i na n dt h ei m p e r s o n a l i t yc o n j u n c tw a sa p p l i e dt om a k et h ew e i g h t o fi n d i v i d u a le v a l u a t ei n d e x e so fp a v e m e n t p e r f o r m a n c e f o rt h er e a s o no fl a c k i n gh i s t o r i cp e r f o r m a n c ed a t a t h eg m ( 1 ，1 ) w a sc h o s e na st h e p r e d i c t i o nm o d e lw h i c hi sb a s e do nt h el e a s t s q u a r e st h e o r y t h ep a p e ra n a l y z e ds e v e r a lm e t h o d si nw o r l da n di n 仃o d u c e dt h ed e a ( d a t a e n v e l o p m e n t a n a l y s i s ) t oc o n f i r mt h eo p t i m a lt i m i n go fp r e v e n t i v em a i n t e n a n c e i ts e tu pt h ee v a l u a t i o n m o d e li nd a t ae n v e l o p m e n ta n a l y s i sb a s e do nf i c t i t i o u sd m ua n dc o n f i r m e dt h ei n p u t s i n d e x e s ( d a i l ym a i n t e n a n c ec o s t s 、p a v e m e n tm a i n t e n a n c ec o s t s ) a n dt h eo u t p u ti n d e x e s ( t h e m a i n t e n a n c eb e n e f i ta r e ao fe v a l u a t ei n d e x e s 、t h el i f ec h a n g i n go fp a v e m e n t 、r e m n a n t v a l u e ) u s i n gt h em o d e lo fd e a ，t h ep a p e rc a l c u l a t e ds e v e r a ld i f f e r e n td e c i s i o n m a k i n gc e l l s o fp r e v e n t i v em a i n t e n a n c et i m e ，a n dc o n f i r m e dt h eo p t i m a lt i m i n go f p 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 ：t h eh i g h w a ya s p h a l tp a v e m e n t s 、o p t i m a lt i m i n go f p r e v e n t i v em a i n t e n a n c e 、 p r e d i c t i o nm o d e l 、f i c t i t i o u sd m ud e c i s i o na n dm a n e u v e ru n i t ) 、d a t ae n v e l o p m e n ta n a l y s i s 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 论文知识产权权属声明 年月日 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名：训羹一戈 年月日 刁年否月歹日 长安大学硕上学位论文 第一章绪论弟一早瑁化 1 1 研究的背景及意义 中国过去十几年来在经济增长和减贫上取得了举世瞩目的成就，其重要成就是基础 设施尤其是交通基础设施的发展。“十五”期间中国共建成高速公路2 4 7 万公里，是“八 五”和“九五”建成高速公路总和的1 5 倍。到2 0 0 7 年底，高速公路总里程达到5 3 6 万公 里，截至2 0 0 8 年底，我国高速公路通车总里程突破6 万公里，创造了世界高速公路发展 的奇迹。 沥青路面具有足够的力学强度和较好的弹性、塑性变形能力，有较好的减震性，行 车平稳舒适、噪声低，且不扬尘等特点【l 】，高速公路9 0 以上都采用了沥青路面。在沥 青路面高速发展的同时，我国近几年来修筑的高速公路沥青路面，由于各种原因而出现 早期损坏，虽然设计寿命一般为1 2 - - 1 5 年【2 】，但有些路面甚至发生第一年修建，第二 年便出现破损的现象。高速公路沥青路面早期损坏已成为我们面临的一大难题。 高速公路沥青路面的早期损坏造成了高速公路的路面质量呈逐年下降趋势，严重影 响了高速公路的使用效率。如果等到路面状况严重损坏，再采用大中修措施，费用昂贵， 因此在路面使用性能下降到接近最低可接受水平时，我们就应当及时采取现代化的养护 对策，及时进行预防性养护，使沥青路面的路面使用状况保持在良好状态。准确的确定 预防性养护时机不仅可以维持道路的服务水平，还可以节省道路维护费用。目前，我们 进行的路面维修养护通常是在路面出现破损之后采取措施的，这样比较容易识别和确定 维修养护的时机；而预防性养护是在路面还处于良好的状况时采取的养护措施，因此， 在何时进行预防性养护为最佳时机成为路面预防性养护面临一个关键性的问题。虽然路 面预防性养护工作在国外开展的较早，但是专门针对养护时机的研究却还是寥寥无几。 1 2 道路预防性养护系统 1 2 1 道路预防性养护概念 道路预防性养护( p r e v e n t i v em a i n t e n a n c e ) 概念是美国2 0 世纪9 0 年代初提出的， 这种概念有别于传统的道路养护理念。主要有两个观点：( 1 ) 让状态良好的道路系统保 持更长时间( k e e p i n gg o o dr o a d sg o o d ) ，延缓未来的破坏在不增加结构承载能力的前 提下改善系统的功能状况；( 2 ) 在适当的时间，将适当的措施，应用在适宜的路面上 ( a p p l yt h er i g h tt r e a t m e n ta tt h er i g h tt i m eo nt h er i g h tp a v e m e n t ) 【3 】。a a s h t o 道路 协会定义预防性养护为：预防性养护是在路面状况良好、不增加路面结构能力的情况下， 第一章绪论 对现有道路系统通过采用经济有效的养护措施，来延缓路面性能的衰减，维持或改善现 有路面使用性能的一种有计划的养护活动【1 7 】。该定义强调养护活动的计划性，路面结构 的良好性，具体养护措施的操作性，路面寿命的延展性，以及良好的经济性。 1 2 2 道路预防性养护的意义 预防性养护是指一条质量合格的道路在使用寿命前7 5 的时间内性能下降4 0 ，这 一阶段称为预防性养护阶段。如不能及时养护，在随后的1 2 使用寿命时间内，性能再 次下降4 0 ，从而造成养护成本大幅度增加，这一阶段称为抢救性养护阶段【2 4 1 。 抢救性养护是哪坏修哪，无计划性、周期性，仅仅保持在对病害维持的阶段，缺乏 全局意识，不能够很好的估计道路的破损状况，所以投资大，效果差，使公路养护不能 形成良性循环；而且实施抢救性养护对社会影响不好，由于受条件限制较多，如气候、 季节、交通量等，使公路病害不能得到及时处治，所以可能造成道路更大程度的损坏， 造成不良的社会影响；当由于修补不及时造成更大程度的损坏，而不得不进行大修时， 抢救性养护就严重影响了交通安全通畅。 预防性养护采用科学的方法与检测手段对路况进行科学的预测与评价，对公路路 况按优劣进行排序，为制定科学的养护计划提出了依捌2 4 1 。在资金分配上首先处理出现 病害先兆的路段，使道路的各种病害在出现前或轻微时就通过养护手段进行处理，使公 路路况始终保持良好的状态，使有限的资金能够得到合理利用。另外预防性养护的依据 是路况的信息及现代化的检测和评价手段，从而准确地掌握了公路病害的发展规律，能 够充分发挥专业技术人员的能动性和现代科学技术的优势，为公路养护事业服务【4 】。采 取预防性养护措施能够及时修复路面微小病害，防止水分侵入破坏路基，使路面整体结 构始终得到保护，不致产生严重损坏，从而减少铣刨、翻修次数，大大节省大修费用， 并延长路面使用寿命，保持路面良好的服务状态。所以，进行高速公路路面预防性养护 时机的研究，适时实施路面预防性养护是我国高速公路发展的迫切需要。 1 3 国内外研究现状分析 1 3 1 国外研究现状 1 9 3 2 年德国建成了世界上第一条高速公路，二战后，国外的高速公路发展飞快，大 部分发达国家的高速公路网早就建成，现已全面进入了养护维修期。高速公路的养护维 修同新建一样，需要一整套先进的科学技术，近年来在国外已经取得了令人瞩目的成就。 美国在2 0 世纪8 0 年代开始了大规模路网重建工程，在1 9 8 7 年启动了一个庞大的 2 长安大学硕士学位论文 战略性公路研究项目( s h r p ) ，其中一个重要研究成果就是指出了预防性养护在延缓 路面使用性能恶化速率、延长其使用寿命、减少寿命周期费用方面的重要意义。根据 s h r p 计划估算，在整个路面寿命周期内进行3 4 次的预防性养护可以延长使用寿命 1 0 - - 1 5 年，节约养护费用4 5 5 0 0 4 。 美国、英国、德国等对沥青路面采用预防性养护措施，主要在道路发生严重病害前 依据路面行驶质量选择养护方法与材料，如稀浆封层法、沥青路面复原剂等。对于裂缝、 坑槽等病害，日本、英国、加拿大、美国、德国还研制开发了存储式冷铺沥青修补材料。 1 9 9 9 年美国各州公路及运输工作者协会( 从s h t o ) 对4 1 个运输部门进行了调查， 3 6 个( 8 5 ) 运输部门已经制定了路面预防性养护计划，2 个运输部门正在制定计划， 4 1 个运输部门都已开始应用各种路面预防性养护措施【5 1 。 近年来，美国的公路管理部门，包括联邦公路管理局、路面维护机构和美国各州公 路工作者协会联合发起推动实行路面预防性养护策略。为了推动预防性养护技术，已经 在6 个方面资助了5 0 个研究子课题，主办过多次预防性养护专题讨论会和论坛。为了 解决预防性养护时机问题，联邦公路管理局专门资助了项目n c h r p p l 4 1 4 ( t h en a t i o n a l c o o p e r a t i v eh i g h w a yr e s e a r c hp r o g r a mp r o j e c t1 4 1 4 ) 。同时，美国有关公路管理部门用 三年时间另外再投资$ 3 5 0 ，0 0 0 来支持预防性养护时机选择的研究项目 6 , 9 1 。 尽管发达国家已经有了较为完善的沥青路面预防性养护的经验和模式，但其性能评 价指标和方法均是根据他们本国公路的结构特点、材料性质和地理环境条件制定的，不 适合我国的道路结构和行车特点，故无法直接应用于我国的高速公路养护管理事业中 去，我国需要建立适合自己的高速公路沥青路面预防性养护体系。 1 3 2 国内研究现状 我国公路养护的方针为“预防为主，防治结合”，这充分反映了对预防性养护的重视。 近年来，高速路面预防性养护技术正逐渐被重视，许多研究者做了大量的工作，一些预 防性养护措施在某些路段也尝试着得到应用。 同济大学董瑞琨、孙立军【5 , 6 , 1 4 】从沥青老化指标、渗水系数、行车安全、平整度、路 面状况上来考虑，提出了基于老化的沥青路面预防性养护时机的判定方法。长安大学姚 玉玲、任勇、陈拴发【1 5 ，2 3 】提出了基于生命周期费用的沥青路面预防性养护时机的确定方 法，并根据公路预防性养护工程的特点，建立了确定最佳预防性养护时机的效果费用比 计算模型。资建民、王海军、邓海龙等【l6 】提出了以建立养护短期效用预测模型来进行预 防性养护时机的选择。王笑风【l n 在费用效益分析方法的基础上，提出了针对一种预防性 第一章绪论 养护措施确定最佳养护时机的方法。该方法通过综合效益和费用分析，形成了四个决策 指标：综合效益值、等额年费用值、效益指数和路面服务寿命变化量。四个决策指标从 不同的侧面反映了决策者的需求，决策者可以根据自己的需要采取不同的决策。樊英华、 孔繁盛【l8 】通过对山西省大运高速公路沥青路面的调查，在对数据进行分析的基础上，提 出了沥青路面预防性养护时机的几种确定方法。姚辉宁【1 9 1 在整合路面管理系统与预防性 养护的应用方面，依据实际工作需要及数据积累，按照发展成熟度把预防性养护决策划 分为三个水平，在水平i h ，利用效益费用比值e c 及边际成本效益m c e 建立的费用效 益分析模型，为预防性养护决策提供最高水平的支持。郝宇宁【2 0 1 对河南省高速公路沥青 路面早期病害情况及预防性养护技术进行研究。任奕、谈至明、孙明伟【2 1 l 在已有路面性 能衰变模型的基础上，通过引入改善系数和寿命系数，建立了预防性养护后的路面性能 衰变模型，提出了利用该衰变模型和费用效益比最大准则来选择预防性养护措施和确定 其实施时机的方法。 在发达国家的多年应用经验表明，预防性养护是理论基础坚实、决策体系科学、工 作程序规范、技术措施先进、经济效益显著的高速公路养护模式。而我国公路管理部门 对预防性养护的研究和应用刚刚起步，缺乏基础数据和实践经验，我国现状研究仍然存 在一些问题 2 5 】： ( 1 ) 缺乏路面使用性能数据。我国高速公路建设和管理起步晚，缺乏经验，数据 的采集时期很短，加之数据收集不全面，采集的数据精度差，没有建立起完整的数据库， 很难通过数据分析进行有效可靠的路面长期性能分析系统； ( 2 ) 路面使用性能检测手段落后。目前我国进行数据采集和检测的方法和设备落 后，如路面破损的调查基本上还是停留在人工目测的程度，所需耗费的检测资金和劳动 量很大； ( 3 ) 思想认识问题。长期以来，我国公路部门对路面的养护一直是处于被动的位 置，一般都是路面破坏比较严重时才临时采取相应的措施，而缺乏采取预防性措施的观 念，路面使用性能指标数据的采集也大都是被动的收集，很多都是出于应付上级部门的 检查，没有真正建立起相关的数据库系统： ( 4 ) 路面性能评价问题。为了有效地对路面使用性能进行评价、预测和决策研究， 我国早在8 0 年代就在公路养护技术规范中提出了评价体系和标准，而这个评价体 系是建立在普通公路数据的基础上，无论是评价的指标体系、评价的方法还是评价的标 准都是针对普通公路的特点，显然很难适合于高速公路的评价，因为高速公路与一般公路 4 长安人学颂： 学位论文 在交通量、车速以及车辆对路面性能的要求等方面存在很大的差异； ( 5 ) 路面性能预测问题。目前的预测模型和方法繁多，相对数据不足，如何选取 预测模型与方法的办法不多，建立的预测模型移植性差，局限性强，以及预测指标的统 一和综合性能指标( p q i ) 的如何利用的问题都需要做大量的研究。 针对以上现状存在的问题，要做好预防性养护，变被动养护为主动养护必须做好一 下几个方面的工作： ( 1 ) 建立全面的技术系统：路况评价预警系统、道路桥梁结构( 无破损) 检测系 统、养护决策系统及成套养护技术与设备。 ( 2 ) 从机制上改革，尽快建立培育养护市场( 路况监测咨询公司、高速公路养护 公司、高速公路养护监理公司) ，将公路养护引入市场竞争机制。 ( 3 ) 依靠科技，采用先进的技术、工艺、材料，提高养护质量。 1 4 本文研究的主要内容 最佳预防性养护时机的确定是一个比较复杂的问题，涉及学科比较广泛，目前遇到 的问题还很多。纵观国内外的研究现状，本文结合国内已有的高速公路现状的调查情况， 具体内容研究如下： l 、本文基于高速公路沥青路面预防性养护要求的路况评价，从单项指标、指标标 准等方面进行研究，建立适用于我国高速公路沥青路面使用性能评价体系。采用适当的 方法确定路面使用性能单项评价指标的权重，计算路面使用性能综合指标p q i 。 2 、本文对比分析国内外常用沥青路面使用性能预测模型的优缺点，针对目前历史 数据较少的情况，建立适用于我国高速公路沥青路面的路面使用性能预测模型。 3 、研究分析国内外常用的预防性养护时机确定方法，在已有方法的基础上提出利 用数据包络分析法确定沥青路面的最佳预防性养护时机，并建立模型对其进行分析。 4 、利用所构建的确定沥青路面预防性养护时机模型，以济聊高速预防性养护工程 数据为例进行实际研究。 第二章高速公路沥青路面使用性能评价及预测 第二章高速公路沥青路面使用性能评价及预测 2 1 概述 路面的使用性能从不同侧面反映了路面状况对行车要求的满足或适应程度，并直接 影响路面的养护对策和养护资金的投入。在行车荷载和自然环境等各方面因素的作用 下，路面使用性能会随着时间或轴载作用次数的增加而下降，从而影响路面的养护决策。 近年来，随着交通的急剧增长，路面状况也迅速恶化，使得用于养护和改建的资金和其 它资源严重不足。为了在时间和空间上合理分配有限的养护资金以维持尽可能高的路网 使用性能水平，必须确定最佳的路面养护方案，确定方案的最佳实施时机。为此目的， 就必须预测一定时期内路面的使用性能，通过分析路面性能的衰减规律，结合养护标准， 就可以决定路面何时需要养护。 2 2 高速公路沥青路面使用性能评价 沥青路面使用性能评价是依据所调查采集的路面状况数据，判断路面使用性能是否 满足使用要求，以此衡量整个路网的服务水平，确定路网内需要养护和改建的路段，有 针对性地选择相应的养护和改建对策【4 0 4 2 1 。 路面使用性能的评价分为单项指标评价和综合评价。单项指标评价是指在对路面状 况进行分析的基础上，从路面使用性能的不同侧面对其进行评价，如破损状况评价、结 构承载力评价、行驶质量评价、抗滑性能评价和抗车辙能力评价等；综合评价是为了使 路网或各路段的路面状况具有可比性而建立的一种对路面使用性能的总体评价。 高速公路沥青路面使用性能评价主要作用为： 1 ) 反映出高速公路沥青路面使用性能现状； 2 ) 预测今后路面破损状况； 3 ) 估算路面养护资金需求； 4 ) 为年度路面养护资金预算编制提供依据； 5 ) 为不同路段养护计划项目排序提供依据； 6 ) 为不同养护工区路面养护资金分配提供依据。 2 2 1 高速公路沥青路面使用性能单项指标评价 与一般公路相比，高速公路自身有着交通量大、汽车轴载重、交通渠化、行车速度高 等特点，使得高速公路路面使用性能的现状和发展变化规律与般公路有所不同。因此， 其评价指标与评价模型也应有所不同。 6 长安大学硕 ：学位论文 以往在路面使用性能评价中是根据公路沥青路面养护技术规范的规定，把路面 破损之一的车辙现象放在路面状况指数中考虑，但是在目前高速公路病害中，车辙是最 突出的现象之一，如果还用路况评价模型来处理车辙，则会出现不符合实际路况的评价 结果，所以应将车辙作为单独的一个指标列出来进行评价。 为了明确、直接地反映高速公路路面的使用性能，本论文采用与现行公路沥青路 面养护技术规范大体相似的评价体系。将高速公路路面使用性能评价模型分为五个单 项指标评价；路面状况指数、行驶质量指数、车辙指数、路面强度指数、抗滑能力指数。 2 2 1 1 路面破损状况评价 在沥青路面破损状况评价方面，姚祖康【2 2 】等提出不同破损类型在不同严重程度和损 坏密度下的单项扣分值表，并提出了多种路面损坏类型和多种损坏严重程度时的权函数 曲线；潘玉利【6 3 】等根据杭州市路面状况，通过专家评价和实地数据调查，建立了路面状 况指数p c i 评价模型。路面破损状况采用路面状况指数p c i 进行评价，p c i 又由沥青路 面破损率d r 计算得出。高速公路沥青路面有关损坏类型及相关严重程度、分级的指标 见表2 1 。 表2 1 路面破损类型分类 类型 分级 外观描述分级指标 轻初期龟裂、缝细、无散落、无变形块度：2 0 c m 5 0 e r a 龟裂 中裂块较大、缝宽，无或轻微散落或轻度变形块度： 2 0 c m 裂不规则轻缝细，不散落或轻微散落块度： l o o c m 缝裂缝重 缝宽，散落、裂块小 块度：5 0 c m - l o o c m 类 纵向裂 轻 缝壁无散落或轻微散落，无或少支缝缝宽： 5 r n r n 横向裂 轻 缝壁无散落或轻微散落，无或少支缝缝宽： 5 m m 松 坑浅，面积较少( 2 5 m m 7 第二章高速公路沥青路面使用作能评价及顶测 表2 1 ( 续) 路面破损类型分类 类型 分级 外观描述分级指标 轻 细集料散失，路面磨损、路表粗麻 松散 松重 细集料散失，多量微坑、路表剁落 散 麻面 细小嵌缝料散失，出现粗麻表面 类脱皮 路面面层层状脱落 啃边 路面边缘破碎脱落，宽度1 0 c m 以上 轻 深度浅，行车无明显不适感 深度： 2 5 m m 轻变形较浅深度： 2 5 r a m 形 轻 波峰波谷高差小高差： 2 5 m m 轻 波峰波谷高差小 高差： 2 5 r n m 泛油 路表呈现沥青膜。发亮、有轮印 修补损因破损或病害而采取修复措施进行处治，路表外观上已修补的 坏面积部分与未修补部分明显不同 其 磨光路面原有粗构造衰退或丧失、路表光滑 它 路基下部的水分向上聚集并冻结成冰引起路面结构冻胀，造成 冻胀 路表拱起和开裂 翻浆因路基湿软，路面出现弹簧、破裂、冒浆的现象 路面破损状况采用路面状况指数( p c i ) 进行评价，路面状况指数由沥青路面破损 率( d r ) 计算得出。p c i 的数值范围为0 - 1 0 0 ，其值越大路况越好。 路面综合破损率d r 按公式( 2 1 ) 计算1 3 1 ： 伽：旦1 0 0 ：! ：! w i a i 1 0 0 彳彳 ( 2 1 ) 式中： 伽一沥青混凝土路面破损率( ) ，沥青混凝土路面破损率为路面各种破损的折合 面积之和与调查路面面积之比，以百分数表示； d 一调查路段内的折合破损面积( m 2 ) 长安大学硕士学位论文 么一调查路段的路面总面积m 2 ； 4 一沥青混凝土路面破损中，第f 类破损实际破损面积，m 2 ； 第f 类破损权重，可从公路技术状况评定标准【4 3 】表6 2 1 2 中查得。 路面状况指数p c i 4 3 1 计算公式： p c = 1 0 0 1 5 d r n 4 1 2 ( 2 2 ) 公路技术状况评定标准的分级标准如表2 2 所示， 表2 2 分级标准表 优良中次差 评价指标 p c i 值 9 08 0 9 07 0 - 8 06 0 - - 7 0 o 8 0 - - - 9 07 0 - 8 06 0 - - 7 0 _ 8 5 ，路面状况为 优。比较两种方法计算结果，虽然两种方法计算出的路面质量指数p q i 值均为优，但结 果相差较大，按照我国现行公路沥青路面养护技术规范( j t j0 7 3 2 2 0 0 1 ) 得出p q i 值偏大，而本文所建立的评价模型更能准确的反映出路面实际状况。 2 3 路面使用性能预测模型的分类及评价 路面使用性能预测是指利用现代分析手段对已有数据进行分析处理，建立路面使用 性能预测模型，从而对体现路面状况和养护水平的指标的发展趋势进行预估和推测。 6 0 年代初，c a r e y 和i r i e k 在a a s h o 试验路研究中，第一次提出了路面性能预测的 概念，路面性能预测随着路面管理系统的发展而发展。在早期，由于获得路面性能数据 较困难，因此研究多建立于小规模实测数据的基础上，建立的预测模型多是简单的线性 模型。随着技术的发展，路面性能预测的方法趋向多样化。 从路面使用性能预测模型的分类来看，主要有确定型模型和概率型模型两大类。确 第二章高速公路沥青路面使用性能评价及预测 定型模型广泛应用于当前的路面管理系统中，可以用来预测路面使用性能的基本反应 ( 应力、应变或位移等) 、结构性能、功能性能和使用年限，主要有力学模型、力学一 经验模型和经验回归模型；概率型模型则是预测路面使用性能，在未来的状态分布，主 要包括残存曲线模型、贝叶斯概率模型、马尔可夫模型和半马尔可夫模型。 2 3 1 模型分类 2 3 1 1 确定型模 1 ) 力学模型 力学预测模型是利用弹性理论或粘一弹性理论建立的，通过结构分析得到路面在荷 载作用下的应力、应变或位移方程，模型参数可由室内试验确定。例如c h u a 等【4 7 1 根据 破坏标准由结构反应来计算路面破损。 力学模型有比较完善的理论依据，但是计算复杂且工作量大。由于它常与路面管理 采集的数据不一致，所以在路面使用性能预测中应用不多。力学法只能建立与路面基本 类型( 应力、应变或弯沉等) 有关的模型，如要用力学分析的结果预估路面的结构性能 和功能性能，则需要提供路面检测数据，以建立路面使用性能同路面基本反应的经验关 系。 2 ) 力学一经验模型 力学一经验模型是理论计算和实测数据相结合的产物。它不仅可以预测路面的使用 寿命和结构性能，而且还可以将路面反应同路面性能相关联进行功能性预测。建模方法 通常分两步：第一步是力学结构分析，确定路面各结构层的模量值，计算在设计条件下 的临界应力、应变或位移值；第二步是通过回归分析，建立路面反应参数与使用性能参 数( 平整度、路面状况等) 衰变速率之间的经验关系。该方法分析和计算工作量较大， 但外推性能好，通常适用于项目级管理系统。 u l l i d t z 4 8 1 在性能和经济评价系统p e r s 中建立的“路面破损与路龄”的关系，在路面 性能数学模型m m o p p 中建立的“路面破损与荷载交通量和应力”的关系，美国俄亥俄州 交通部开发的第三代p m s 利用采集数据建立的“路面破损预测”【1 3 】均采用了力学一经验 模型。 3 ) 经验回归模型 经验回归模型产生于2 0 世纪6 0 年代美国的a a s h t o 试验，通过试验提出了现时 服务能力指数p s i 的预测模型，这是路面功能性能最早的经验预测模型。它一般以多年 1 6 长安大学硕士学位论文 的检测数据为基础，通过回归分析方法确定影响路面使用性能的主要变量( 通常为路龄、 交通量等参数) ，建立路面使用性能预测模型，这样就避免了对路面结构复杂的分析， 模型形式比较简单。然而，经验回归模型得到的只是使用性能变量与其影响变量之间的 某种程度的统计拟合，回避了自变量对因变量( 使用性能变量) 影响的机理分析，其可 靠度不仅取决于有关数据的准确性与充分性，而且也依赖于建模人员对所选用的使用性 能变量和影响变量之间关系的理解程度。 在某些使用性能衰变机理尚不清楚时，使用经验回归方法具有明显的优势。当选用 的使用性能参数是综合性指标时，所得预测模型适用于网级系统；而选用单项结构性能 指标或者单项功能性能指标时，则所得预测模型适用于项目级系统。 2 0 世纪8 0 年代，美国华盛顿州的路面管理系统综合了1 3 年的观测资料，分别为不 同类型路面和养护改建对策提出了综合使用性能指标的预测模型，同时美国空军开发的 p a v e r 系统【1 4 】和明尼苏达运输部开发的路面性能预测模型也应用了较简单的经验回归 型预测模型【5 1 1 。9 0 年代初，美国北达科他州路面管理系统应用了经验型模型进行路面 使用性能预测。我国北京市和广东省根据多年的观测资料，建立了路面状况指数p c i 和 行驶质量指数r q i 的经验回归型预测模型【5