路面维护及预防性养护效益分析.doc

路面维护及预防性养护效益分析董瑞琨1, 2 , 孙立军1( 11 同济大学 上海市 200092; 21 重庆大学 重庆市 400045)摘 要: 介绍路面维护、路面维护系统和预防性养护的概念, 讨论了预防性养护在路面维护中的重要地位。通过分析得出在适当的时机进行路面的预防性养护具有很好的效益费用比。关键词: 路面维护; 路面维护系统; 预防性养护; 效益1 路面维护及路面维护系统路面维护 (P avem en t P re se rva t io n) 指为了延长 路面寿命、提高路面性能、减少行车延误、确保维护措施的效益费用比而对现有道路进行的维护投资和 养护活动。路面维护包括预防性养护和小修活动, 不 包括路面大修和重建。道路有计划的、经济有效的一项维护工具4 。预防性养护计划是一种随着时间采用一系列预 防性养护措施的系统方法。 预防性养护措施将提高 路面质量, 延长路面寿命, 但其真正的益处只有当实行一整套相应的预防性养护计划时才能意识到。 一 个有效的路面维护计划 (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系统性能。 研究 表明采取预防性养护的路面的效益费用比是不采取任何养护措施的路面的 6 10 倍2 。 尽管预防性养护在路面维护系统中占有重要的地位, 但预防性养护不能代替大中修, 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 面维护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决定的。 在不同的性能 期, 我们应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, 我们就需要 铣刨、重新罩面或补强。只有认识到在不同的路面性能期需及时应用不同的维护措施, 这样的路面维护 策略才会经济有效。路 面 养 护 可 以 分 为( P reven t ive M a in ten an ce )2 种: 预 防 性 养 护和 纠 正 性 养 护(Co r rec t ive o r R eac t ive M a in ten an ce )。A A SH TO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 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1, 2, 通过延长原有路面的使用寿命来推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3 。 预防性养护用于制止微小损坏, 延迟进程性损坏, 减少纠正性养护。 预防性 养护需在路面出现明显破坏之前进行, 而纠正性养 护是在路面出现严重破坏之后才进行, 比如缺乏摩 擦、中等到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维护计划中, 但路面维护的重点应放在防止路面变化到需要进行纠正性 养护, 因为纠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2路面预防性养护及效益211预防性养护的关键即使最好的路面也会破坏, 所以对于特定的路 面我们应在最恰当的时间给予最合理的养护措施。 及时合理的路面预防性养护能增加路面的通车时 间, 延迟昂贵的路面大修和重建。预防性养护的效益资 4 亿美元的路网路面质量情况5 。别的因素如排水、材料等。对于费用效益比好的预防性养护来说, 很有必要在恰当的时间对合适的路面 运用恰当的预防性养护措施。因此, 预防性养护的关键问题如下。21111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。21112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将来的路况, 因为预防 性养护并不一定正好在调查时就进行。 预防性养护 措施通常应提前 2 8 个月计划。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4 。 为了保证预防性 养护措施的及时应用, 必须认识到下面 2 种情况。(1) 及时的预防性养护计划。必须进行路况调查 并及时编入到预防性养护施工计划中。(2) 资金。预防性养护资金必须在需要时得到保 证, 因为时间对于获得良好的效益费用比很重要, 推 迟预防性养护效益不会很好。21113选择恰当的措施 选 择 正 确 的 预 防 性 养 护 措 施 包 括 以 下 4 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;(4) 材料和施工方法的选择。212 预防性养护的效益根据密西根运输部 (M DO T ) 有关预防性养护、 维修和重建对密西根州路网中路面质量的影响情况见图 1 图 3。图 1 是仅考虑 40 年重建方案, 每年投 资 4 亿美元 (1997 年的预算, 考虑了通货膨胀因素,下同) 的路网路面质量情况; 图 2 是考虑重建并结合 在 10 30 年之间进行维修养护方案, 每年投资 4 亿 美元的路网路面质量情况; 图 3 是考虑重建、维修养图 1 仅考虑重建方案图 2 考虑重建和维修养护方案图 3 考虑重建、维修养护和预防性养护方案路面重建是指对包括路面结构在内的道路进行重新修建的一项措施, 一般至少延续 20 年。 重建是 最昂贵的路面修补措施。除此之外, 仅将有限的资金 用于某段公路重建将影响整个路网的维修费用。 图1 表明用维持长期的重建而没有维修和预防性养护 计划的策略, 整个路网路况长期处于差的状况。维修养护通过提高路面的结构能力来提高路面 的承载力和延长服务寿命。 大多数维修项目的设计 延续 10 20 年。 尽管维修费用比重建费用低, 但靠维修来提高整个路网的路况仍是一项昂贵的投资。 重建结合维修方案虽然能提高一些路面性能, 但从预防性养护应用便宜的处理措施来延迟路面的损坏, 维持或提高路面结构性能, 达到延长路面的服 务寿命的目的。 预防性养护应用短期的处理措施能延长路面寿命 5 10 年。 在适当的时间采取适当的 预防性养护措施能以低廉的费用明显提高整个路网 的路况。将 3 种措施结合成一个综合的策略, 整个路网 的管理将最有效。 图 3 的总投资虽然与图 1 和图 2一样, 但从长期来看, 整个路网的路况长期处于良或 好的状态。 这说明预防性养护是路网管理策略中最 有影响的部分, 它通过延长原有路面的服务期来推 迟昂贵的重建和维修活动。对于管理部门来说, 关键 是确定在合适的时间采取预防性养护以获得最大的收益。 需特别指出的是日常养护对公路来说是非常 重要的, 但是日常养护是维持路面的服务水平而不 能延长路面寿命, 日常养护也不能提高整个路网的 路况。将 3 种措施结合起来考虑还有助于优化资金配置从而满足路网的需求。 在将 3 种措施结合起来的 路面路况预估过程中, 密西根运输部门依靠道路质 量 预 测 系 统 ( th e R o ad Q u a lity Fo reca st in g Sy stem ) , 用路面管理系统中当前的路面数据来预 测在不同投资水平情况下将来路网的路况。 实践证 明, 这个预测模型是一个非常有价值的工具。将预防 性养护融合到路面维修和重建策略中, 路网的路况 将出现戏剧性的变化。 预防性养护不仅仅是一个短 期的养护措施, 还是一个优化资金分配的管理工具。 路面维护的好处是提高路面的服务质量和节省生命 周期费用, 如果及时采取路面维护措施, 这种费用效 益比就特别明显。 预防性养护除延迟需进行大修的 时间外, 还能平衡养护开支。 例如, 密西根运输部已 经利用预防性养护来平衡其建设计划, 他们报道其 预防性养护计划能用所拨的维持费用来优化路网条 件, 导致平稳的资金需求6 。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 4 (横坐标括号里的数字表示路网路面 剩余服务寿命, 图 5 同) 表示没有将 3 种措施有机结 合的路网路面的剩余服务寿命情况。 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。 首先, 需要大量的重建费用, 造成投 资波动幅度很大。其次, 引起行业内的劳动力过剩和 不足现象。 没有剩余服务寿命, 路面只能大修和重布。在问题出现之前, 预防性养护能平衡路网的服务寿命 (图 5)。 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。图 4 未结合 3 种维修策略的路网路面剩余服务期的比例图 5 结合预防性养护策略的路网路面剩余服务期的比例因此, 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差的水平 (图 6)。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 75% 的设计寿命, 其质量下降 40% 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 80% , 亦即其剩余寿命仅为 12% 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 40% , 而路面剩余寿命也迅速从 60% 下降到 18% (图 7)。 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 15 年) 选择罩面 (大修) 一次, 罩面的 价格为 8 万美元, 则 30 年的生命期内的养护维修费进行表面处理 (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 9)。但后者可以使路面长期保持在良好 状态7 。图 9 30 年中进行 2 次预防性养护的情况实践证明, 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 10 14倍, 自 1992 年密西根执行预防性养护计划以来, 节 省资金超过 7 亿美元。 密西根运输部门已经计划到2007 年提高路面维护技术, 使 95% 的高速公路和85% 的非高速公路路况达到好。 江苏省公路养护统计资料表明8 : 国产改性稀浆封层厚度为 1 cm 时, 其成本为 131105 元m 2; 而 对路面维修时其上、中、下层及补强层的铣刨成本分别 为 4163 元m 2、61508 元m 2、61618 元m 2 和161133 元m 2 , 合计为 33189 元m 2; 沥青混凝土上、 中、下层及补强层摊铺成本分别为 461349 元m 2、591724 元m 2、601734 元m 2 和 1481054 元m 2 , 合 计为 314186 元m 2 ( 不包括铣刨废料及沥青混凝土的运输成本 2108 元m 3 km ) , 这些数字从另一侧 面说明了重视预防性养护的经济意义。美国 SH 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 SH 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 10 15 年, 节约养护费用 45% 50% 。图 6采取和未采取预防性养护时的性能曲线图 7 路况随时间的变化3结论(1) 路面维护对于保持路面良好的性能具有重 要的意义。 全面的路面维护系统应该包括预防性养 护、小修、大中修活动。在不同的性能期, 我们应用不同的养护维修对策, 这是由路面的使用性能决定的。图 8 30 年中进行 1 次大修时的情况最有影响的部分, 它通过延长原有路面的服务期来推迟昂贵的重建和维修活动。 预防性养护可以优化 资金分配, 导致平稳的资金需求; 还可以平衡路网的服务寿命, 避免造成投资波动幅度很大的现象。一个 有效的路面维护计划 (方案) 应包括多次预防性养护 和维修策略。 我们应该重视路面的预防性养护。( 3) 传统的路面养护是在路面出现破坏以后进行,而预防性养护是在路面出现明显破坏之前进行养护。 所 以, 这需要管理部门和养护部门改变传统的养护观念。(4) 进行预防性 养 护 的 关 键 是 选 择 合 适 的 路面, 在恰当的时间应用恰当的预防性养护措施。过早 应用预防性养护会造成资金浪费, 有时还会引起其 他路面问题; 过晚应用预防性养护达不到预防的作用, 造成资金浪费。 因此, 选择恰当的时机对于预防 性养护意义重大。W a sh ing to n: U . S. F ede ra l H ighw ay A dm in ist ra t io n,A p r il 2003.3PA V EM EN TPR EV EN T IV EM A IN T EN A N C EPRO GRAM GU ID EL IN E S R . O h io : T h e O ff ice o fP avem en tE ng inee r ing,O h ioD ep a r tm en to fT ran spo r ta t io n, M ay 1,2001.4T omm y B , T o ny H. Fo rum II: It s U p T o U s T oO p t im ize P avem en t Inve stm en t J OL . P avem en t P re se rva t io n T o day, th e Fo unda t io n fo r P avem en t P re se rva t io n (W a sh ing to n) , W IN T ER 2002.Ga leho u se, L. S t ra teg ic P lann ing fo r P avem en tP reven t ive M a in tenance J . T R N EW S (A m e r ica )219, M A R CH - A PR IL 2002.A nn J. B e st P rac t ice s H andboo k O n A SPHA L T PA V EM EN T M A IN T EN A N C E R . W a sh ing to n: M inne so ta T ech no lo gy T ran sfe r (T 2 ) C en te r L TA P56P ro g ram ,C en te r fo r T ran spo r ta t io n S tud ie s,U n ive r sity o f M inne so ta, F eb rua ry 2000.P avem en t M anagem en t Gu ide EX ECU T IV E SUM M A R Y R E PO R T R . 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