现代路面管理 特殊问题的分析

第四十章特殊问题的分析401引言路面管理过程为工程师和管理人员提供了处理时常发生的特殊问题的方法。各种问题都能由一个包含工程、经济、环境效果和其他因素的结构化的路面管理系统所解决。本章提供了这些特殊问题中的一些例子，以及它们在现代的通用的路面管理系统内的处理方法。402具有历史性的问题长时期困扰公路路面工程师的问题之一一直是如何将经验的设计方法适用于变化的情况。在二十世纪三十年代，采用了基于土壤各类参数指标的原始的路面设计方法。那些都是有用的设计方法，但是由于没有考虑所有的情况，当遇到反常情况时，就会产生由设计方法导致的损坏。在二战及随后的日子里，研制了CBR路面设计方法，并被广泛地用于公路路面和重型军用机场的设计。该法经过早期的多次修正，对决定其发展的情况很有效。总体上来说，CBR法是基于预防在平均交通是情况通常都低于中等交通量下路基的破坏。对于重型交通情况，就会发生破坏，这就需要研制交通修正系数。然而，更有戏剧性的是该法对新材料考虑的欠缺。CBR法没有考虑高强罩面材料。不论罩面材料是碎石或沥青稳定粒料，它仅要求达到“最小的覆盖厚度”。该法的缺陷就是将看似“简单的”方法应用于复杂问题的症状，这不会将CBR法降级，该法曾经和现在许多地区都很有效。当然，没有一个设计方法都能合适地考虑路面中的所有因素。这首先是开发路面设计系统的基本原因之一。例如，在二十世纪五十年代，在得克萨斯公路部门内采用简化的三轴试验所研制的设计方法是基于比CBR更为合理的材料强度的评价上。该法被称作得克萨斯三轴设计方法而闻名，从1954年到1965年被用于设计了许多英里的路面。该法起初就未考虑到荷载的重复作用或稳定的粒料，因此当交通量增加时需要进行修正。在试图评定此法和根据AASHO路的试验情况来完善它的过程中，结果是需要一个更为广泛的概念，于是一个简单的路面设计系统就诞生了。403能源问题自从1974年起，美国和世界上的许多国家都面临着几种主要能源的的短缺。继续使用廉价能源的前景不好，尤其是汽油。而且，对于环境的保持也逐渐不允许过度能源的使用。相应地，也不能得到低成本的沥青。因为提炼技术现在可以将沥青分体以得到更多的煤油和其他轻油产品。除了沥青的基本费用以外，还有许多能源用于生产公路建筑材料。集料需要压碎、烘干和拖运，所有这些都消耗能源。波特兰水泥需要高温加热，然后碾碎和运输。钢筋需要热量来生产和加工。沥青混凝土的预制需要热量来干燥、拌和或摊布。轻制沥青材料都要用某种石油蒸馏液作为载体，因此都很少使用。乳化剂需要很少能源，但存在其他的需认真评价的不理想的平衡状态。为了评估这些能源问题的影响，必须对开于设计者或管理者的许多选项的所有因素进行彻底的和集中的经济分析，而不是凭直觉和经验做决策。一个路面管理系统为设计者提供做出正确决策所需的信息和评估现存路面的养护和修复决策所需的变动的分析。例如，在某些情况，燃料即能源本身的消耗比单个成本要重要。通过考虑所消耗的能源而不是成本即能源费用而不是成本可对管理系统中的能源利用进行评估。例如，巴西就将能源消耗作为公路投资决策中的关键而不是当前成本。管理路面的机构应当认真评价他们的老的做法以适应一些重大变动，象那些我们所看到的有关能源那样。策略应当根据以下几个方面来重新评价1何时采用刚性路面；2何时重新对路表封层；3何时用砾石铺筑未筑面的道路。404材料的不同来源如何评价一种新型材料呢在过去的几十年中，许多机构都有十分强硬的规定要求只用好的或高质量的材料。这大概被认为是保证高质量路面所必须的。然而，在许多地方，很难找到高质量的材料，而且运费和能源消耗也极大。这就需要一定的技术来评定不同来源的材料，不同的比较方案设计和用这些材料的建筑方法。仅将一种材料标为“适用”或“不适用”的做法已不再可靠。更多的，必须评估它的性能潜势和成本。通过这种方法，就可得到最佳的成本利益关系。更进一步，随着管理系统的反馈的部分的实施，就很容易用统计方法得到可供选择的材料的真正性缺。405新型路面和新型材料在过去的几十年中发生了迅速的技术变革。在这段时期中出现了新的材料和路面类型。现存的路面设计公式不适用于处理这些新的情况。例如，CBR试验没有正确地考虑稳定粒料，即使AASHO路试验很清楚地显示了该材料的性能远胜于甚至最好的细粒料。同样地，许多机构都一直在试图处理连续配筋混凝土路面的设计，以便将一些类型的统一厚度从标准的接缝路面设计减少一定厚度如2英寸。在一些情况下，这种方法是可以的，但是在大多数情况下，该法很不成熟从而导致重大问题。因此，这个设计问题不仅是一个选择厚度的问题。路面管理系统提供了在可供选择的材料或可供选择的路面类型之间进行设计比较的方法。成本和性能比较应当能够决定使用一种原材料或新材料的相对利益。类似地，新的路面类型也可以采用成本和利益进行比较。然而，也应注意到管理系统不是万灵药，需要好的模型。用户在接受新材料和新设计方法作为一潜在的新的解决办法之前需要理解它们之间的相互关系。这当然不排除在实验基础上使用新的程序来获取系统模型和未来设计的信息。406荷载状况的变化自从二十世纪五十年代中期，就出现了荷载限制和它们对公路系统的影响的严重问题，哪一个最经济呢，是提高荷载限制还是保持不变自从AASHO路实验的完成，就得到了一些有关各种轴载的相对破坏效果的重要信息。这种破坏是轴载量和荷载重复作用次数另外还有路面处的环境共同作用的结果。对于路面要求有较大的可允许荷载，这种来自货运公司和工业上的重要压力将总是存在的，因为对于一定车辆和乘客的载重量越大，相应地其对承运者的税收越低，这种赢利就越高。依据增加的路面养护费用和降低的使用性能，对于社会或交税者作为整体的相应的费用是什么呢这个问题作为不同意见已持续多年了。许多研究已被开展。但是几乎所有的研究都没有对各种各样的原因进行彻底分析。在路面系统方法研制之前，不可能很有效地考虑所有包含因素，或至少足够得多，从而为管理人员和立法人员提供合理的信息的。与轴载中有任何假定变化相关的问题是1在运输货物的成本上实际上将会导致哪些真正的节省例如，对于消费者将会得到会么利益2对在先前标准下设计的现存路面的使用年限的影响将是什么3对于现存公路养护费用的影响将是什么4如果有变化，应对路面修复政策和诸做哪些变动5对于修复现存的路面以提供在新的荷载下所需的路面性能的费用将会产生什么变化6在将来路面的设计中应做哪些变化以适应荷载限度假定的变化。7设计标准的变动将导致多少总体费用建设者加使用者的费用，减去货运的节省8对于荷载限度变化存在怎样的费用效益关系，从以下面方面考虑A考虑中的单个公路；B整个公路系统。一个路面管理系统为回答上述的每个问题提供了一个工具。事实上，对现存合法的荷载限度作研究可以很好地确定它们是否经济，对现存和新的荷载限度的这些研究能够给公路管理者提供一些事实来转交给有关官员和立法人员以及用户。澳大利亚道路管理局限合会在它的道路车辆限制经济性的研究中已给出了处理这个问题的系统的运用的一个非常好的例子，在图401中给出了该法的示意图。它给出了相互影响的模型的两个基本子系统的一个结构荷载系统车辆营运和车辆特征道路系统路面、桥梁、交通运营和安全每个子系统都包括许多计算机模型来预测各个系统组成部分对于不同重量和尺寸限制的车辆的响应。荷载系统模型预测车辆特征和它们的营运对于限制中可能发生的变化的响应。荷载重和车辆营运中的变化然后被用于各种道路系统模型来检验这些变化的影响。所有使用的模型的形式和基础都在NAASRA中有记载。使用的道路模型与随年限的中面服务性能的倾向即对各种类型的道路和环境