（道路与铁道工程专业论文）沥青路面预防性养护时效性研究.pdf

摘要 目前国内外对路面预防性养护的概念争议比较大，导致预防性养护决策方法也各 异，这样在效益、费用成本比较等方面无法做到等标准的量方面比较，不利于预防性养 护决策管理。本论文通过对国内外相关资料的研究，针对山东省沥青路面实际情况，提 出了基于“3 r 理念( 即r i g h tp a v e m e n t ：r i g h tt r e a t m e n t ：r i g h tt i m e ) 的养护管理才是预 防性养护。论文对沥青路面预防性养护概念的界定，给预防性养护管理决策方法的探讨 提供了基础。本文的预防性养护措施的选择、预防性养护时机的确定均是基于这一思想 展开的。 本文研究了预防性养护措施本身特征，如：性能、期望寿命、施工时间与注意事项 等。重点研究预防性养护措施适用条件，如：气候、交通量、各种措施在提高路面性能 方面( 如在封缝、抗滑、老化、松散、水害等方面) 的各自优越性( 便于管理部门根据 需求进行选择) 等。分析了管理决策常用优选工具一决策矩阵和决策树在预防性养护措 施选择中的应用。 在实施最佳时机研究方面，本文以效益一费用比法为基础，根据山东省沥青路面实 际情况，对效益模型、计算理论与过程等方面进行了修正，对费用组成和费用模型按“3 r 思想进行重新标定，建立了适合山东省沥青路面预防性养护需求的费用组成与模型，提 出了适合于山东省沥青路面预防性养护决策的修正型效益一费用比分析法。在分析过程 与步骤上，借鉴路面设计思想，分别建立了计算模型、验算模型。通过对效益一费用比 法的修正与标定，消减了主观因素影响，使理论上更加严谨、决策更加科学，提高了决 策结果与实际的吻合度。 关键词：沥青路面，预防性养护，时效性，效益一费用 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，t h ec o n c e p to fp 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 ei sv e r y d i s p u t e di nd o m e s t i c a n df o r e i g n ，w h i c hc a u s e st h ep o l i c y - m a k i n gm e t h o do fp a v e m e n tm a i n t e n a n c ed i 疏r e n t l v a l s or e s p e c t i v e l y s ob e n e f i t ，e x p e n s ea n dc o s t c o m p a r i s o ni su n a b l et oc o m p a r ei nt h e q u a n t i t yo fe q u a ls t a n d a r d ，w h i c hi s d i s a d v a n t a g e o u st o t h ed e c i s i o n a l m a n a g e m e n to f p 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 yr e s e a r c h i n gt h ed o m e s t i ca n df o r e i g nr e l e v a n c ed a t a a n di nv i e wo ft h es h a n d o n gp r o v i n c eb i t u m i n o u s p a v e m e n ta c t u a ls i t u a t i o n ，t h ep a p e r p r o p o s e st h a tt h ep a v e m e n tm a i n t e n a n c eo n l yb a s e do nt h ei d e ao f ”3 r ”( n a m e l yr i g h t p a v e m e n t ；r i g h tt r e a t m e n t ；r i g h tt i m e ) i sp 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 t h ec o n c e p to f p 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 目v e nb yt h i sp a p e rp r o v i d et h ef o u n d a t i o nf o r t h em e t h o d d e c i s i o n 。m a k i n go fp 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 t h ec h o i c eo f p r e v e n t i v em a i n t e n a n c e t r e a t m e n t ，o p t i m a lt i m i n go fp 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 et r e a t m e n ta p p l i c a t i o ni n t h i s p a p e ri sd e v e l o p e db a s e do nt h i st h o u g h t t h i s p a p e r s t u d i e st h ec h a r a c t e r i s t i co f p r e v e n t i v em a i n t e n a n c et r e a t m e n t ，f o r e x a m p l e ：p e r f o r m a n c e ，l i f ee x p e c t a n c y ，c o n s t r u c t i o nt i m ea n dm a t t e r sn e e d i n ga t t e n t i o na n ds o o n t h i sp a p e rk e ys t u d i e st h ea p p l i c a t i o no ft h ep 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 et r e a t m e n t ， f o re x a m p l e ：t h ec l i m a t e ，t h ev o l u m eo f t r a f f i c ，r e s p e c t i v es u p e r i o r i t yo fe a c hk i n do fm e a s u r e e n h a n c i n gt h ep a v e m e n tp e r f o r m a n c ea s p e c t ( f o re x a m p l e ：s e a ls e a m ，a n t i s l i d e s ，a g i n g 1 0 0 s i n g ，m o i s t u r ei n f i l t r a t i o na n ds oo n ) ，w h i c hi sa d v a n t a g e o u sf o rs e l e c t i o na c c o r d i n gt o d e m a n db ym a n a g e r t h ep a p e rp r o p o s e st h ed e c i s i o n m a k i n gm a t r i xa n dt h ep o l i c y - m a k i n g t r e ew h i c hi sc o m m o n l yu s e do p t i m a lt o o lo ft h em a n a g e m e n td e c i s i o n m a k i n gb a s e do n p r e v e n t i v em a i n t e n a n c e 1 1 1t h ea s p e c t o fs t u d yo ft h et i m eo ft r e a t m e n ta p p l i c a t i o n ，t h i s a r t i c l et a k e st h e b e n e f i t 。c o s ta saf o u n d a t i o n ，r e v i s e sb e n e f i tm o d e l ，c o m p u t a t i o n t h e o r ya n dp r o c e s sa c c o r d i n g t ot h es h a n d o n gp r o v i n c eb i t u m i n o u sp a v e m e n ta c t u a la n dp r o p o s e s p o l i c y - m a k i n go f p 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 es u i t i n gt ot h es h a n d o n gp r o v i n c eb i t u m i n o u sp a v e m e n t t h er e v i s i o no fb e n e f i t c o s t t h ee x p e n s ec o m p o s i t i o na n dt h ee x p e n s em o d e la r ed e m a r c a t e d a g a i na c c o r d i n gt ot h et h o u g h to f ”3 r ”，a n dt h i sp a p e re s t a b l i s h e st h ee x p e n s ec o m p o s i t i o n a n dm o d e ls u i t e dt ot h et e c h n i c a ld e m a n do ft h es h a n d o n gp r o v i n c eb i t u m i n o u sp 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 i nt h ea n a l y s i sp r o c e s sa n dt h es t e p ，t h i sp a p e rh a s s e p a r a t e l y e s t a b l i s h e dt h ec o m p u t a t i o nm o d e la n dc h e c km o d e li nv i e wo ft h ep a v e m e n t d e s i g nt h o u g h t t h r o u g ht h er e v i s i o no fb e n e f i t c o s t ，t h el a wo fb e n e f i t c o s ti sm o r es c i e n t i f i ca n dm o r e r i g o r o u s ，t h e nc a u s e st h er e s u l to ft h ep o l i c y - m a k i n ga p p r o a c h i n gt oa c t u a l k e yw o r d ：b i t u m i n o u sp 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 ，t i m e - e f f j f i c i e n c y ，b e n e f i t c o s t 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： 撕 。7 年石月，日 论文知识产权权属声明 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： 勃 6 年月j ，日 l 一 导师签名：阼双旷 。7 年盯日 长安大学硕十学位论文 第一章绪论 1 1 问题的提出 预防性保养或预防性维护或定期保养等概念在汽车、飞机、机械设备等使用维护过 程中已不是什么新名词，可以说已经得到广泛认可，并逐渐推广应用，显示出明显的成 效。在工厂的生产线管理中，管理方对整个系统进行预防性维护管理，即按照时间、有 计划地安排维护任务，并借助于先进精确的实时监测、监视技术手段，比传统“运转至 出现故障再维护”的昂贵方式大大节约了维护成本。在这些工业领域中实施预防性维护 管理相对较为容易，因为采集机械设备运行过程中的历史及现时数据都比较方便且准 确。只要能保证适当的事前投入，基于这些数据进行维护管理即会实现显著的寿命周期 成本效益。 将预防性养护概念引人道路工程的管理中，其根本原因是日渐增长的养护费用和公 众对道路系统的抱怨，迫使公路管理者寻求更具成本效益的管理方式，即有效利用有限 的资金办更多的事。预防性养护是一种主动养护方式，即未出现破损就养护。尽管事前 要投入一笔资金，但从道路的生命周期成本来看，要比等到道路无法正常使用时再进行 大规模修复划算得多，这些优点已经在美国等发达国家的工程实践中得到了印证。 路面养护主要是为了延长路面寿命、提高路面性能、减少行车延误，确保养护措施 的效益费用比而对现有道路进行的养护投资和养护活动。国外的路面养护通常分为两 类：矫正性养护( p a v e m e n tc o r r e c t i v em a i n t e n a n c e ，p c m ) 和预防性养护( p 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 ，p p m ) 。矫正性养护( 包括修补等) 是为了使已经损坏的路面恢 复原有的功能。国内的小修、中修基本是归属到矫正性养护。在传统上，公路养护部门 允许路面的行驶质量和结构情况在使用过程中发生退化，即由开始的“优”退化到“中 或更低的等级，然后采取措施对其进行大修。大修的目的无非是对路面的结构破损进行 修复，并重新恢复路面的使用功能。这种方法是一种费时费力的维修方法，而且会对交 通造成很大的影响。这种允许路面“损坏在前，修补在后”的思想其实不是没有理由的， 首先是养护资金短缺，其次是过分追求短期利益。 在这种情况下，出现了预防性养护的思路，a a s h t o 道路常委会对预防性养护最 新的定义为：预防性养护是一种在路面状况良好的情况下采取的对现有道路系统进行有 计划的、基于费用一效益的养护策略。预防性养护在没有提高路面结构能力的情况下， 延迟路面的损坏，维持或改善路面现有的通车条件，通过延长原有路面的使用寿命来推 第一章绪论 迟昂贵的大修和重建活动。预防性养护能减少水分进入路面结构内部，保护路面，减 缓路面的破坏速率，纠正路面诸如平整度和非荷载性破坏。这些措施对路面结构几乎没 有改进作用，但是能够制止微小损坏，延迟进程性损坏，减少矫正性养护。预防性养护 要在路面出现明显破坏之前进行，而矫正性养护是在路面出现严重破坏之后才进行，比 如抗滑力下降、严重车辙或大面积裂缝。尽管每一种养护都需要包括在一个全面的路面 养护计划中，但路面养护的重点应放在防止路面变化到需要进行矫正性养护时段，因为 矫正性养护的费用比较高。在不同时期采取不同的措施所需的费用相差是很大的，这就 需要确定路况良好时进行预防性养护和路面破坏时进行大中修的费用效益关系。 同时，预防性养护是对现有道路有计划的、经济有效的一项养护工具。预防性养护 计划是一种随着时间而采用一系列预防性养护措施的系统方法。图1 1 是一个相关的例 子，清楚说明了预防性养护的概念及其经济意义。 。毡、， 一- - - m - - 鐾篓銎要 j 吣：。三篆 - 终期服务能力重新修建面层 、 养护4 、- j 、 弋 养护i 养护2养护3养护4 t， l 暖 旺 刻积 舡 蠡：面 踏 匿墨 称 旧 蠹l f 制 图l - l 预防性养护过程及相关费用示意图 预防性养护措施将提高路面质量，延长路面寿命，但其真正的益处当只有实行一整 套相应的预防性养护计划时才能够意识到。一个有效的路面养护计划( 方案) 应包括多次 预防性养护策略和维修措施。这个计划的目的是用一种经济有效的方式来延长路面寿命 和提高道路系统性能。研究表明采取预防性养护的路面的效益一费用比是不采取任何养 护措施的6 - - 1 0 倍。尽管预防性养护在路面养护系统中占有重要的地位，但是预防性 养护决不能代替大中修，有了预防性养护同样需要大中修和重建活动。因此，一个全面 的路面养护维修系统应该包括预防性养护、小修、大中修活动，这是由路面的使用性能 所决定的。在路面的不同性能期，我们应采用不同的养护维修对策。预防性养护只适合 于路面结构性能良好和路面破坏不太严重的情况，当路面破坏严重和结构强度不足时， 2 长安大学硕l ：学位论文 就得需要铣刨、重新罩面或补强。只有认识到在不同的路面性能期而及时应用不同的养 护措施，这样的路面养护策略才会经济有效。 预防性养护可以保证路面服务性指数p s l 始终处于良好的状态。由于始终得到了保 护，路面结构不会产生严重的损伤。如果把路面作为一种资产，预防性养护可以取得资 产保值效益，并可称之为路面保值( p a v e m e n tp r e s e r v a t i o np r o t e c t i n gt h ei n v e s t m e n t ) 。作 为路面管理者或资产拥有者，可以把预防性养护视做路面保值的措施，看做是一种资产 管理行为。公共设施资产管理概念的出现为路面保值提供了理论依托，路面是公路拥有 者或管理者的重要资产，如何使资产保值是其面临的重要任务。 预防性养护还有一个重要的作用是平衡路网的服务寿命。图1 2 ( 横坐标括号里的数 字表示路网路面剩余服务寿命) 表示是否将3 种措施( 重建、维修养护、预养) 有机结 合的路网的路面剩余服务寿命情况。当大量道路几乎没有剩余寿命时，剩余服务期的不 均衡分布将引起严重的问题。需要大量的重建费用，造成投资波动幅度很大。引起 行业内的劳动力过剩和不足现象。没有剩余服务寿命，路面只能大修和重建。然而预防 性养护能改变路面剩余服务寿命的分布，在问题出现之前平衡路网的剩余服务寿命。平 衡路网路面的剩余寿命将能保证以可得的资金来管理行业内的劳动力 2 1 。 因此，采取预防性养护可以较长时间地使路面性能处于较好的状态，而不进行预防 性养护的路面性能将较快地下降到路况较差的水平( 图1 3 ) 。另一方面，从路面损坏和 维修时间费用的关系图，我们可以发现：在路面经历了7 5 的设计寿命，其质量下降4 0 时进行预防性养护的费用假如为1 美元；如果等路面质量下降到8 0 ，亦即其剩余寿命 仅为1 2 时才进行养护，那么这时通过大修所得到与进行预防性养护所得到相同的路况 时所需的费用就为4 - - - 5 美元或更多。更为重要的是，实际上在很短的时间内路面质量 就下降了4 0 ，而路面剩余寿命也迅速从6 0 下降到1 8 ( 图1 4 ) 。推迟路面养护将会面 临着路面的大修和重建，这不仅使路面长期处于低的服务水平，还会造成生命期的高费 用。如果在路面状况不太好时( 新建后第1 5 年) 选择罩面( 大修) 一次，罩面的价格为8 万美元，则3 0 年的生命期内的养护维修费用为8 万美元( 图1 5 ) 。如果选择路面状况较 好时就进行表面处理( 微表处：预防性养护2 次) ，表面处理的价格为2 万美元次，则在 服务期内的养护费用为4 万美元( 图1 6 ) 【2 】。但后者可以使路面长期保持在良好状态。 实践证明，应用预防性养护技术能使路面寿命增加5 - , 7 年。在密西根，预防性养护 不仅仅能维持好的路况，最终还会带来好的效益。密西根运输部门估计，大修和重建的 费用是预防性养护的1 0 1 4 倍，自从1 9 9 2 年密西根执行预防性养护计划以来，节省资 第一章绪论 金超过7 亿美元。密西根运输部门已经计划到2 0 0 7 年提高路面养护技术，使9 5 的高速 公路和8 5 的一般公路路况达到良好。 1 0 0 优 婚 中 p c f 麓 很整 差 图1 2 养护措旌中是否结合p p m ( 预防性养护) 的路面剩余服务期的比例对比 八r 、 未一一入一= 。 j 图1 3 是否采取p p y 路面性能曲线 ，i o1 52 0 w - i 图1 4 路况随时间的变化曲线 优 良 中 p c j 差 很差 图1 53 0 年进行1 次1 养护图1 63 0 年进行2 次预防性养护 美国s h r p 计划的一个重要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、延长其使用寿命和节约寿命周期费用方面的重要意义。正确实施预防性养护措施可 4 优 奠 巾 麓 薹 坏 舯 y 馄 摩 。 照 长安大学硕上学位论文 保持良好的路面使用性能，延长路面的使用周期，减少道路生命周期费用和节约养护维 修资金。根据s h r p 计划估算，在路面整个生命周期内进行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 【3 】。 由此可以看出，预防性养护是路面养护的一种全新的思想体系，它摒弃了传统的“损 坏在前，修补在后”思想，而是用一种长远的观点来看待养护问题。这对保证路面在较 长时间内以良好的性能服务有着重要的作用。预防性养护好坏的关键在于实施的时机和 措施的选择上，而且路面不能存在结构上的缺陷。鉴于路面预防性养护的特征，目前对 预防性养护技术的研究主要集中在以下三个关键问题上，如何有效地解决这三个关键问 题将成为成功应用该技术的焦点所在。 1 选择恰当的路面 要识别适合采用预防性养护的路段，需对所有路面进行调查。路面破坏种类、程度 和范围的调查是路面管理系统的一个重要组成部分，同时也是预防性养护计划的必要部 分。对预防性养护来说，有必要识别具体的路况且找出需进行预防性养护的早期信号。 先前推行的路面管理系统的累积数据，现路况调查、检测与评价成为选择合适路面的重 要途径。 2 选择恰当的时机 预防性养护措施必须在路面加速破坏前实施，不能影响路面使用性能和期望寿命。 例如，沥青混凝土路面锯缝填缝应在单条横缝发展到多条裂缝之前进行。调查时的路况 可用于推断路况发展趋势。应用预防性养护太晚会导致差的路面性能，太早应用预防性 养护又会引起别的路面问题和资金浪费。 目前对于路面预防性养护最佳时机的研究有的是移植机械行业的一直应用的效益 一费用比分析方法，重点放在路面功能性能曲线研究和计算模型的选取上。有的是采用 路面大中修时机的决策方法，由于基于路面的状况不同，大多数是进行了修正处理。常 用的研究方法见第三章。预防性时机的正确选取，对于应用预防性养护是否成功至关重 要。 3 选择恰当的措施 选择正确的预防性养护措施包括以下四个方面： ( 1 ) 可能的措施； ( 2 ) 对具体路段采用的措施； ( 3 ) 路网中需要进行预防性养护的其他路段及其优先度： 第一章绪论 ( 4 ) 材料和使用方法的选择； 选择恰当的路面、选择恰当的时机、选择恰当的措施构成了预防性养护管理系统的 三个不可缺少的环节。任何一个环节决策失误，其余两个环节决策地再好也是徒然，都 不会收到预期的效果。 1 2 路面预防性养护在国内外的应用现状 早在9 0 年代初期，西方发达国家的公路部门就已经开始重视沥青路面预防性养护。 但是在发展初期对于公路养护部门来说，是否采用预防性养护策略是一个很难决策的问 题，因为它并不能立竿见影地减少对养护资金的需求或有更多的有效养护资金。从长期 寿命费用看，预防性养护策略的确能使养护部门以少的投入获得多的回报，但是在短期 它意味着有限的养护资金要首先投入到路况较好的路面上，而不是亟待修补的路面。虽 然这种做法与传统的观点有所不同，也不容易受到养护部门的认可，但随着公路建设的 发展，养护任务的迅速增加和养护费用的相对有限，预防性养护已经会成为美国沥青路 面养护方法的主流。包括俄亥俄、密歇根、加利福尼亚等2 6 个州都建立了自己的路面 预防性养护指南。其中加利福尼亚公路局准备投资2 5 亿美元资助p p m 计划、沥青路 面非常规养护方法等研究。美国交通部计划到2 0 0 7 年使全美9 5 以上的高等级公路和 8 5 以上的普通等级公路的路面使用性能保持在良好以上，而且在可能的地方都进行预 防性养护。据初步估算仅密歇根一个州从1 9 9 2 年采用p p m 以来，在路面养护方面已经 节约投资高达7 亿美元。加拿大、澳大利亚、西欧等一些国家的p p m 计划也在近年都 得到了长足的发展。 与此同时，国际上一些大的沥青厂商也都纷纷把目光投向沥青路面预防性养护产品 市场。其中最著名的当属美国的k o c h 材料公司。作为s h i 冲参研单位的k o c h 针对沥 青路面预防性养护提出了道路系统全解决方案( s o l u t i o n ) ，其中包括许多新方法和新材 料，如反射裂缝应力吸收层系统( s t r a t a ) 、微表处( m i c o s u r f a c i n g ) 、雾封层、砂封层 等众多知名的产品。 1 2 1 预防性养护技术在国外的应用现状 美国的公路绝大部分都是由联邦政府及地方政府投资建设的，二十世纪7 0 年代前， 重点在新建公路，到1 9 9 8 年，美国的公路总里程已超过6 3 6 万k m 。早期，美国联邦资金 仅限于资助新建公路，后来才可用于1 英寸厚度以上的加铺项目，因此美国公路部门习 惯在路面状况达到勉强及格或差的时候( 且o p s i 2 5 ) 才重修路面以修复结构性损坏和 6 长安大学硕士学位论文 恢复路面使用功能。8 0 年代，美国进入后州际公路时代，联邦投资重点从新建路面转入 路面养护并逐步立法。1 9 9 7 年，美国国会认为全美4 8 的州际公路( 郊外) 和6 0 的城市州 际公路的路面状况为“勉强及格或“差”。为了改善现状，满足不断增长的旅行需求 和公众对安全行驶质量和安全物流的期望，美国公路部门重新确定目标，把重点放在现 有公路系统保值和养护的活动与策略方面，而不再首先维修最差的公路。目前，美国仍 有3 2 的主要道路处于“差”或“勉强及格状况，各级政府花费在现有公路上的资金 达1 0 6 0 亿美元。“资产管理”的概念为路面保值提供了新的动力。1 9 9 8 年美国联邦公路 管理局在机构重组时专门成立了资产管理办公室，主要职责是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，并且把资产管理定位为一个商业过程、一个 决策框架，覆盖了很长的时间段，并把经济和工程因素均考虑在列，其管理的资产也非 常宽泛，并不局限于路面结构【4 】。 2 0 0 3 年7 月，密执安州立大学和f p 建立了国家路面保值中心，旨在引导政府、工业 界及学术界共同努力，通过教育、研究及扩大服务等方式促进路面保值技术的发展，使 得路面寿命延长，并且在节省纳税人钱财的同时改善驾车人的安全及舒适性。目前，全 美仅6 3 6 万公里公共道路的资产价值就超过1 - 7 5 万亿美元，这么庞大的公共资产，如何 进行保值成为道路养护管理的关键问题。美国已有3 4 个州声称制定了路面保值计划，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 r p ) 进行了多项相关研究，并发布了许多成果。 澳大利亚各州已建立起了类似于美国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。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。新南威尔士州的道路交通机构制定了公共基础设 施的五年维护计划。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2 h 铺3 c m 左右的薄层罩面。 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 - 一1 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。 南非普遍采用了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，识别路面病害准则比较保守，使得 第一章绪论 在路面寿命周期中较早进行养护干预。 1 2 2 预防性养护技术在国内的应用现状 国内道路行业引入预防性养护概念，是随着某些预防性养护技术措施或保护路面的 专有产品的引进，如稀浆封层、微表处、防水剂等，而为人们所接触。至于实现预防性 养护的核心理念，建立综合应用体系，尚属空白，而且“重建设、轻养护”概念仍未扭 转，更谈不上注重计划性、需事前投入的预防性养护理念。目前国内一些单位实行所谓 的预防性养护只是注重预防性养护措施的应用，然而预防性养护是一个综合的系统，各 个环节是相辅相成的，缺一不可。在不符合条件的路面或在不合适的时间实施预防性养 护措施只是资源的浪费，对路面性能的维护毫无益处。不过，在一些大型高速公路管理 公司( 业主) ，由于养护管理任务繁重，中断交通进行大修带来的经济及社会影响问题日 益突出，加之这些公司的运行资金相对充足，他们已尝试建立预防性养护及资产保值综 合应用体系。 广东省高速公路有限公司率先与华南理工大学道路工程研究所进行沥青路面预防 性养护与资产保值成套技术研究，主要针对广东省高速公路有限公司管理的高速公路 沥青路面，寻求路面状况衰减规律( 正常、非正常破损) ，建立模型；在此基础上，选择 适当的时机及技术手段，在合适的位置，以最低的寿命周期成本，实现有效的养护活动， 使得路面功能得以持续保持良好状况：制定各种预防性养护技术实用指南。在研究中， 主要选取了两条典型的高速公路( 约5 0 k m ) 作为试验路，进行全面路况表观调查、力学性 能检测，包括设计、施工、竣工、维护、历年交通量、轴载谱等全面历史数据；外观病 害实描、f w d 检测、平整度检测等；计算综合破损率、国际平整度指数、抗滑能力等： 建立f w d 实测路面刚度与强度之关系。将预防性养护数据与路面管理系统( p m s ) 数据互 联集成。对实验路进行分段，同一分段中，按照2 3 为实施措施段、1 3 为无处理对比段 设置。首先根据路面状况及措施的特性选取雾封层( h a p 、c a p 、沥再生等三种喷洒液) 及微表处进行实验路实体施工，施工前后对各种措施的实施段及对比段进行了抗滑性 能、渗水系数等全面检测及对比分析，将继续跟踪检测，取得实施效果及实施时机的详 细数据。下一步将进行n o v a c h i p 超薄粘结磨耗层及o g f c 开级配磨耗层实验路实体工程。 预计未来1 2 年内，将建立预防性养护综合应用体系【5 】。 2 0 0 3 年长安大学与山东省公路局进行了沥青路面破损机理及预防性养护技术的研 究。研究依托于山东省德州、潍坊地区的各级公路病害的调查，着重从力学、材料性 能等角度，在国内外最新研究成果的基础上，通过室内外试验分析，对各种病害产生的 长安人学硕仁学位论文 机理进行了详尽的分析，并根据病害产生的部位及影响因素提出了相应的防治措施。同 时对出现的新型病害的机理也进行了剖析，采用聚类分析法研究了基于预防性养护的病 害分类分级方法。对于在选择合适路面，应用基于改进型b p 神经网络、灰色理论和集 对分析理论进行研究，提出了适合于预防性养护需求的路况评价模型。在预防性养护技 术方面，通过公路的损坏类型，联系破损机理，自然环境因素，综合考虑经济、社会影 响因素等，提出道路所期望的性能提高是哪一种，由此判断采取那种措施，选定措施后 再进行实施的最佳时机研究。最佳时机研究采用修正型效益一费用比的方法。同时采用 路面设计思路针对选定的某一种预防性养护措施，采取不同的单指标性能曲线衰变模型 为计算模型，考虑费用的变化，通过微分得出比值e i ，再进行加权平均确定。同时采用 综合模型( 如孙立军p p i 模型、p c r 模型、p c i 模型等) 作为验算模型。确定预防性养 护措施实施最佳时机后，在由全寿命周期分析进行分析预防性养护周期。预防性养护处 治技术主要研究了填缝技术、稀浆封层技术、同步碎石技术、薄层罩面技术的适用性及 施工工艺。 1 3 本论文研究的主要内容和技术路线 在国内外预防性养护技术研究的基础上，本论文将预防性养护技术定位于“沥青 路面预防性养护是基于路面破损较轻条件下的功能性养护，不以提高路面的结构性能为 目的”。沥青路面的预防性养护实际上是“3 r 养护，即是针对恰当的路面( r i g h tp a v e m e n t ) 、在恰当的时间( r i g h tt i m e ) 、采取恰当的措施( r i g h tt r e a t m e n t ) 实施的一项 公路工程维修保值行为。本论文正是基于这一思想着重在预防性养护措施技术特征与选 择、实施时间决策两个方面展开的。 1 3 1 研究的主要内容 1 研究路面养护等级，分析预防性养护技术的使用条件。 2 研究沥青路面预防性养护措施的技术特征和在提高路面性能方面的各自优缺点， 为养护措施的选择提供依据。 3 研究在选择预防性养护措施时的考量因子及选择预防性养护措施的优选工具。 4 参照国外预防性养护比较流行的效益一费用比分析法，按山东省的实际情况，着 重在效益计算模型、计算理论、计算过程等方面进行修正研究。对费用组成和费用模型 按“3 r ”思想进行重新标定研究，建立适合山东省沥青路面预防性养护技术需求的费用 组成与模型。 9 第一章绪论 5 根据本文研究的修正型效益一费用比分析法对山东省某公路的实际工程案例分 析，验证研究理论及方法的实用性及可操作性。 1 3 2 研究的技术路线 l o 长安大学硕十学位论文 第二章预防性养护措施的技术特征与选择 2 1 基于预防性养护管理的沥青路面养护分级 我国现行的沥青路面养护技术规范通常根据工程量的规模大小、技术的难易程度将 沥青路面的养护维修作业分为保养小修、中修、大修、改善改建等四类，至今已沿 用了数十年。随着路面养护维修技术在材料、工艺、设备方面的不断发展和进步，这种 分类方法已经很难反映出现代路面养护维修技术的特点和要求， 难以与现代养护维修 技术的发展相适应。该类方法主要有以下几个缺点【6 】。 1 现行分类方法的核心是“修理”，在四个级别的作业中都是以修理作业量的大小 为标志的，即使是保养小修作业中的保养也只是路容、路貌的日常养护工作，并未涉及 路面的养护作业。但是在现代的养护维修技术中，一个重要的观念是立足于“预防预 防性养护技术，在近2 0 年来得到了很大的发展， 而在现行的规范中却没有“预防”观 念的反映。 2 现行分类方法给人们一个概念，似乎技术难易的程度是与修理工作量成正比，也 即保养小修要比中修容易，而中修则比大修容易。这在以小型机具为主的养护维修中或 许是正确的，但现代养护维修技术的发展已经打破了此种界限，某些养护技术的技术含 量和难度并不比有些修理作业低。正是由于以工作量来分，现行的规范中只能将稀浆封 层这样的养护技术列进中修工程的范畴，这就容易引起概念上的混淆。 3 现行的分类方法在经费的定额上也作出了界定，似乎养护经费的定额应该是最低 的，然后依次为小修、中修、大修，并由此规定了审批计划管理部门的相应层次。这就 为现代养护技术的引入和应用设置了经费上的障碍，显然对我国养护技术的发展不利。 现行分类方法所反映的并不仅仅是一个分类的方法问题，其实质是反映了一种“重 修理， 轻预防”的观念。较为合理的分类方法是根据病害的类型、路面损害的程度及 进程( 如图2 1 ，图2 1 是加拿大工程院尔玛博士根据美、加两国国的公路的路况资料统 计而得) 、以及所需采用养护维修措施的性质和功能来对养护维修作业进行分类。这样 才能将路面的性能进程变化与养护的等级相联系，实现对路面的层次化养护管理。 随着路面预防性养护技术的深入，美国等西方国家将沥青路面的养护维修作业分 为： 预防性养护、修复性养护、路面翻修、路面重建等四类。这种分类方法的核心是 作业的功能和目的，并和路面的损坏进程相联系。因而不仅在概念上十分清晰，而且有 着很强的目的性和针对性。 第二二章预防性养护措施的技术特征与选择 、i 、 、 j 1l ：l - i 、k l 八 一 -、 一 _ ： ii ： iif l-f - i - 一第一阶段 口氧化作用 口沥青损耗 一第二阶段 口细微裂缝 口微粒块松脱 第三阶段 口较大裂缝 口结构问题 8 9 y 1 2 1 3 y 1 5 1 6 y 时间 图2 1 美国、加拿大道路破坏进程 第一阶段是大约在8 9 年期间内慢慢呈现氧化作用，路面渐渐老化硬化，沥青 损耗，呈现“鳄鱼皮 现象，可以尽早进行预防性养护。 第二阶段大约有4 , - 一5 年时间( 在8 1 3 年) ，出现细小裂缝，微小粒块松脱，有渗 水的现象等等，必须及早进行有效性预防性的养护。 第三阶段则只有3 , - 一4 年时间( 在1 2 - 1 6 年) ，裂缝变大，结构出现严重损坏现象， 任何预防性养护的方法都无效，包括一般路面修护处理的方法，不能掩盖，必须重修大 修甚至重建。 预防性养护是功能性养护。到了修复性养护、路面翻修、路面重建阶段，路面的结 构能力已经受到损坏，再采取预防性养护措施已经不能奏效，必须采取与之相适应的措 施才能保证路面的服务性能。在预防性养护概念引入的今天，原先的养护的分类已经不 能满足预防性养护决策的需求，导致概念界定不分明，不利于预防性养护的决策。因此， 基于预防性养护概念的养护等级分类有利于公路养护的层次化、全程化、动态化管理。 参考美国的分类方法，可以将路面养护分为日常养护、预防性养护、修复性养护、路面 翻修重建四个等级。这四个等级分界并非泾渭分明，是有重叠的。日常养护与预防性养 护的临界点侧重于p c i 评价。预防性养护和修复性养护的临界点侧重于路面的结构性能 评价( s s i ) ，结构未受损是预防性养护应用的前提条件。至于具体的临界值是多少? 这与采取的预防性养护措施及寿命和采取措施前后路面的结构性能变化率有关。我国的 公路养护规范( j t j 0 7 3 9 6 ) 规定：高速公路、一级公路的路面强度系数应大于0 8 。因 此，一般来说，高速、一级公路的强度系数s s i o 8 可以实施预防性养护。 1 2 长安人学硕仁学位论文 2 2 预防性养护技术措施 2 2 1 灌、填缝技术 裂缝是沥青路面常见的一种病害。从养护工艺的角度来看，裂缝可按其缝宽分为微 裂缝或发裂( 2 m m 以下) 、微小裂缝( 2 6 m m ) 、小裂缝( 6 1 2 7 m m ) 、中裂缝( 1 2 7 2 5 m m ) 、大裂缝( 2 5 m m ) 。对于发裂来说一般不需作处理，除非在单位面积内的发 裂十分多，则可以在其上作表面封层的处理。6 m m 以下的微小裂缝由于尚未发生结构性 损坏，通常不对裂缝作过多的处理，只在表面上作贴封式的封面，其目的是防止由于雨 水、冰雪通过裂缝向下渗入而继续扩大，因而属于预防性养护的范畴。宽度在6 1 2 7 m m 的小裂缝因尚未造成严重的结构性破坏因而常将它们的处理归入预防性养护。此类裂缝 通常需要进行扩缝处理，有时也将它们归入修复性养护的范畴，本文将在修复性养护与 中、大裂缝的处理一并讨论。中、大裂缝的出现表明路面已发生较严重的局部损坏而 且往往带有严重的剥落，对它们的修补类似于坑槽的修补，已属于修复性养护的范畴。 5 m m 以下的微小裂缝，尤其是2 m m 以下的微裂缝用普通的热沥青或乳化沥青进行密封处 理，由于很难渗入裂缝深处，封层的厚度又很薄，不易取得良好效果，因而通常不作任 何处理。微小裂缝处理技术的新进展主要得力于裂缝密封材料的不断改进，由于橡胶沥 青技术的发展，出现了许多高粘度高粘弹性的裂缝密封胶，它们具有非常高的承受弹塑 性变形的能力，这就使得微小裂缝的贴封式处理有了可能。许多国家的经验表明对微小 裂缝，特别是低温裂缝在裂缝形成初期就用高粘度的密封胶作贴封式处理是非常有效 的。它可以防止雨雪渗入裂缝，避免水分侵入混合料内部发生冻胀或沥青剥落而导致病 害的进一步扩大和更为严重的路面损坏。其技术特征如表2 1 。 表2 1 灌、填缝技术 项目特征 针对病害纵缝、横缝、微小块状裂缝 适丁二的气候条件任何气候下均可以应用，但在干燥、温暖情况f 更佳 交通量影响交通量的变化对性能影响不大 对结构的影响对路面结构性能没影响，但会减少水损坏 施工区域要求不会影响车辆通行 预估寿命 2 6 年 填缝的时间最好安排在天气偏凉的季节( 温度在7 8 c ) ，如安排在春节和 施工注意事项 秋季，做好清缝工作。 2 2 2 稀浆封层与微表处技术 第二章预防性养护措施的技术特征与选择 稀浆封层是一种由乳化沥青、破碎的集料、矿粉、水和添加剂组成的稀浆状的混合 物，它在拌和均匀后被摊铺到原有的沥青路面上形成一层与原路面接合牢固、具有抗