路面管理系统

路面管理系统公路学院道路系路面养护是公路建设的一项重要内容。公路新建和改建是公路事业发展的基础，而养护是公路事业发展的深化，彼此有互为一体的联系。只建新路而不进行养护，公路就不能保持良好的状况，新建公路的作用也得不到充分发挥。内容：了解路面管理系统的组成与作用，对路面管理系统所需的各个功能模块进行学习。了解路面管理系统建立和实施的方法和步骤。了解路面的预防性养护。路面管理和路面管理系统路面是道路的主要工程结构物。路面的投资在整个道路建设费用中占很大的比例。路面状况的好坏将直接影响到车辆的行驶舒适性和营运费用，也直接影响到社会经济效益。如何决策好路面投资的去向，如何经营管理好这笔资产使之充分发挥出效益，具有十分重要的经济价值和社会效益。路面管理工作内容:对道路的规划、设计、施工、养护、监测和评价。路面管理系统（系统化管理，保证路面使用期内服务水平最优）通过系统分析的方法，综合考虑技术、经济、社会和政治等方面因素，协调各项路面管理活动，促使路面管理过程系统化。路面管理系统发展上个世纪七十年代，美国德克萨斯大学Hundson教授等运用运筹学和系统工程学理论开发了路面养护管理系统(PMS)，并在美国及欧洲主要国家得到了广泛应用；国内路面管理系统的研究开始于1985年交通部公路研究所与英国合作在辽宁营口移植的地区级路面管理系统。“七五”期间是我国路面管理系统研究的高潮，产生了一系列省市级或地区级路面管理系统。路面管理系统内容应用系统分析和运筹学的方法，综合考虑技术、经济、社会和政治等方面的因素，协调各项路面管理活动，促使路面管理过程系统化。科学有效的管理，合理使用有限的资金和资源，使路面的状况保持在相应的最佳水平上。以期实现养路费用合理分配，优化投资决策。路面管理系统的分级一般划分为网级和项目级两个层次网级管理系统通常包括一个地区的公路网或一大批工程项目。其主要任务是为管理部门在进行关键性决策时提供对策。项目级管理系统仅针对一个工程项目。其主要任务是为管理部门对某一工程进行技术决策，以选择费用——效果最佳的方案。路面管理系统的使用收益路面使用性能监测，反映路况；预测采取养护对策后路面使用性能变化情况；用客观数据作为申请养护资金的依据；合理有效地分配养护资金；评价各种设计方案，选择费用—效果最佳方案；路面管理系统的发展路面检测技术的发展路面检测技术发展较快：激光、雷达等；路面养护技术的发展路面养护新技术、新工艺、新材料，如碎石封层、微表处、雾封层等；路面养护决策技术的发展决策理论及模型的完善及发展，计算机技术的发展。沥青路面使用性能评价指标（1）使用性能：包括功能性能、结构性能、结构承载力、安全性及外观等。①功能性能是为车辆提供快速、安全、舒适、经济的行驶条件的能力，它反映了沥青路面的行驶质量或服务水平。影响路面行驶质量的主要因素是路面的平整度。②结构性能是指路面保持完好的程度—采取养护与改建措施的主要依据。沥青路面损坏可归纳为三大类型：裂缝、变形、表面损坏。③结构承载能力是指路面在达到预定损坏状况之前还能承受的行车荷载作用次数或者还能使用的年数（即剩余寿命）。通常用路表弯沉值评定其结构承载能力。④安全性主要是指路面的抗滑能力。（2）评价指标①路面行驶质量评价与路表的平整度、车辆的动态响应，以及乘客对舒适性的要求和对颠簸的承受能力有关。通常采用汇总众多乘客的主观评价意见计算出评分值。将各路段的评分值与各路段实测的平整度指标，通过回归分析建立两者间相关关系。据此，便可根据路面平整度的实测结果得到对行驶质量的统一评价。②路面损坏状况评价为了便于定量比较，需要把各种损坏的状况和影响综合起来提出一个综合评价指标。可根据各种破损的密度和破坏程度予以扣分，以剩余的分值表征路面的完好程度。③路面结构承载能力评价通过交通量调查，可分析得到在此之前路面已经承受过的标准轴载累计作用次数，将其与设计交通量相比便可估算出路面的剩余使用年限。④路面抗滑能力评价路表面的细构造是指集料表面的粗糙度，通常用石料的磨光值表征。它在低速行车（30~50km/h）以下时，对抗滑能力起决定性作用。高速行车时，起主要作用的是粗构造，即路面的构造深度。⑤路面使用性能综合评价综合评价指标可通过单项使用性能评价指标加权综合而得。路面使用状况数据采集路面行驶质量——平整度测定路面平整度：路面表面诱使行驶车辆出现振动的高程变化。平整度的测定方法可分为：断面类——直接获得路表仪断面（速度慢、仪器昂量、应用困难）三米直尺、水准测量、TRRL梁、纵断面分析仪反应类——间接表示路表的平整度（速度快、转换性差、分析路况精度差）连续式平整度仪、颠簸累计仪等。主观评估法——使用的主观感觉（客观性差）1、断面类平整度测定——直接得到较迹带表面的实际断面。2、反应类平整度测定——测量车辆以一定速度驶过水平整路面时，悬挂系统的竖向位移量。以国际平整度指数（IRI）作为通用标准，标定其它平整度指标。在统一的平整度指标IRI的基础上，可建立路面行驶质量的评价指标RQI：RQI=a+b·IRI

式中：RQI——路面行驶质量指数，数值范围为0~10。如出现负值，则RQI值取0；如计算结果大于10，RQI取值10。a，b——经验系数，由主客观评价确定。通过IRI与RQI的相关分析，路面行驶质量指数（RQI）与国际平整度指数（IRI）的关系为：RQI=11.5－0.75·IRI路面行驶质量评价标准

路面损坏状况调查一、调查方法1.调查内容：鉴别各路段路面损坏的类型，确定各项损坏的严重程度，量测损坏的范围。2.调查方法——抽样调查的办法，即每公里抽取其中100m。按随机数抽样，一旦确定下来，每年的调查都要在同一路段进行，以保证每次调查结果的可比性。二、沥青路面主要损坏类型（略）沥青路面的损坏可分成为裂缝、变形、表面损坏和修补四大类三、水泥混凝土路面主要损坏类型（略）主要损坏分为：裂缝、变形、接缝损坏，表面损坏和修补五大类四、碎（砾）石路面主要损坏类型（略）主要损坏有变形及表面损坏二大类以路面综合破损率DR反映路面破损状况DR＝D/A×100

以路面状况指数PCI评价路面破损状况指标等级优良中次差PCI≧8.5≧7.0～﹤8.5≧5.5～﹤7.0≧4.0～﹤5.5﹤4.0结构承载能力测定一、路面结构承载力的测定目的鉴别路网内路面结构承载能力较差和不足之处，以便确定需要改建的路段；预估现有路面剩余寿命，为改建计划提供依据；为加铺层设计提供依据；二、结构承载力测定方法破损类测定——从各结构层所取试件，进行物理—力学试验，确定各项计算参数，确定结构承载力。无破损类测定——弯沉测量静态弯沉测定——弯沉仪（贝克曼梁）动态弯沉测定——FWD（落锤弯沉仪）采用结构强度系数（SSI）作为沥青路面结构强度的评价指标。路面结构强度系数（SSI）是现有交通量的路面设计弯沉值与实测代表弯沉值的比值，它反映了路面承载能力的贮备情况。对路面使用期内的任一年，定义路面结构强度系数（SSI）为：式中：ld——路面设计弯沉值（mm）；ls——路段代表弯沉值（mm）。沥青路面结构强度评价标准

抗滑能力测定一、路面抗滑能力测定的目的，鉴定行车安全的主要指标，主要有路面抗滑能力和出现水面飘滑的可能性两方面。其是它为轮胎受制动时治路面表面滑移所产生的力。f=F/Wf——摩阻系数；F——路表摩阻力；W——垂直于路面的荷载。注意：笼统地说路面具有某一摩阻系数是不正确的，应该对滑移条件给予规定。不同的测定方法和条件。可得到不同的摩阻系数，需规定标准的测定方法和条件。水面飘滑的产生：当路面上积滞的水深达5mm以上，行车速度过大；或者路面车辙深度大于10-13mm抗滑能力的测定方法：主要采用摆式仪（BPN）、构造深度（TD）及横向力系数测定车（SFC）衡量路面抗滑性能的指标主要有两个：摆值（BPN）和横向力系数（SFC）。路面抗滑性能评价标准

路面使用性能综合评价路面综合评价指标用四个分项指标（PQI,RQI,SSI,SFC）加权计算得到。计算方法如下：式中P1,P2,P3,P4为相应指标的权重，根据分项指标所处等级赋给固定的值。等则是根据其单项评价结果,赋予的分值.如评价为优,则赋予分值为92.指标等级优良中次差PCI≧8.5≧7.0～﹤8.5≧5.5～﹤7.0≧4.0～﹤5.5﹤4.0交通数据的采集一、交通数据的作用分析路面的损坏原因及损坏速率。计算剩余寿命建立使用性能的预估模型估计经济效益确定路网由路段养护、改建的优势序列二、交通数据的内容：日交通量、轴载组成、年平均增长率实际上很难获得轴载组成，交通量观测站只是通过目测调查各主要车辆类型（大客车、中货车、大货车、排车），按各车型的额定重量和通过调查得到的满载系数，计算轴重，然后进行车辆换算，最后得到标准累计轴载。综合性能评价的优缺点采用路面综合性能评价方法，是一种确定性的评价方法，其优点是评价模型简单，路面综合评定指标的各分指标清楚、直接，数据易于采集。但此评价模型结构上存在一定的缺限：1）路面综合指标的计算考虑了强度指标，导致计算结果对养护作业缺乏指导意义。实际上对于半刚性基层沥青路面，如果路面结构的承载能力达不到要求，说明其需要大修或重建，无法有效指导路面预防性养护。2）路面综合评定指标(优、良、中、次、差)和评价标准本身的界限实质上无法确切知道，即等级数值范围的边界具有不确定性，是人为主观的一种分类。3）指标权重不是直接修正4个单项指标，而是修正优、良、中、次、差5个等级所划分值域的中间值。4）利用路面状况指数进行计算，不能体现路面主要病害在综合指标中的作用。5）对属于同一等级的路段无法再进行优劣比较。沥青路面养护和维修对策选择主要应考虑以下三个方面

①路面的现状

②需要改建的程度

③效益或经济性北京市公路沥青路面养护和改建对策序号对策序号对策序号对策1日常养护6整平后加6.0cm罩面11翻松压实后加6.0cm面层22.5cm罩面7更新面层4.0cm12薄补强层（18cm基层+5cm面层）34.0cm罩面8更新面层6.0cm13厚补强层（25cm基层+5cm面层）46.0cm罩面9翻松压实后加2.5cm面层14翻松压实加薄补强层5整平后加4.0cm罩面10翻松压实后加4.0cm面层15翻松压实加厚补强层在选择对策时，首先应分析影响对策的诸因素，从中选出几项主要因素，并安排好选择时的先后顺序，由此组成若干种可能的状况，然后针对各种状况研究提出相应的对策。

北京市公路局依次考虑的是：结构承载能力、路面状况指数、交通等级、行驶质量指数、基层类型和主要损坏类型等六个方面影响因素，组合成18种状况，分别提出相应对策的选择意见。北京市公路沥青路面养护和改建对策选择方案结构能力路面状况指数PCI交通等级行驶质量指数RQI基层类型主导损坏养护、改建对策（序号）足够≥良

1,2≤中等≤中

1,2,3,5,7,9,10≤中等≤重其他

3,4≤中等≤重不可接受半刚性

6,7,8≤中等≤重不可接受粒料

9,10,11临界≥良≥中

1≥良≥重其他

其他3≥良≥重其他

龟裂3,4,5,6≥良≥重其他

变形3,4≥良≥重不可接受半刚性

3,4,5,6,7,8≥良≥重不可接受粒料

9,10,11≤中等≤中

半刚性

3,4≤中等≤中

粒料变形5,6≤中等≤中

粒料其他9,10,11≤中等≤重

半刚性

5,6≤中等≤重

粒料

9,10,11养护对策选择的经济分析其目的是选择费用——效益最佳的方案。其费用包含道路部门费用和道路使用者费用两大类。路面使用性能预估路面使用过程中，使用性能会随时间或行车荷载作用次数增加而逐变坏。同时，使用性能也随着日常养护，小修、大修及改建的提高。路面使用性能的预估（预测模型）的目的在于提供决策的依据。项目级路面管理系统，要求提供单项使用性能指标，以便采取相应的养护措施。网级路面管理系统，为了排序及采取相应水平的养护对策，要求采用综合性的指标。路面使用性能模型各种使用性能模型划分为二种基本类型：确定型、概率型确定型——为路面寿命或某项使用性能指标预估出一个数值。例如，基本反应、结构性能、功能性能和使用寿命模型。概率型——预估路面使用性能的分布状态，例如，残存曲线、马尔可夫和半马尔可夫模型等。1．基本反应模型：路面在荷载及气候在素作用下的基本反应、弯沉、应力及应变等，采用经验法，力学法，力学一经验法建模。2．结构性能模型：预估路面各种单项损坏（裂缝、车辙），PCI（路面状况指数）等，采用经验法、力学—经验法建模。3．功能性能模型：预估RQI（路面行驶质量指数），PSI（现时服务能力指数），表面抗滑性能等，经验法，力学一经验法建模。4．使用寿命模型：预估路面达到某预定损坏状况或服务水平时的使用寿命，采用力学——经验法、经验法建模。5．残存曲线模型：路网内不需要重大养护或改建路面的残存比例随时间的变化，可以通过养路部门保存的有关路面修建，养护和改建活动的历史记载统计得到。6．马尔可夫模型：预测路网内一组具有相同属性（结构、交通等级使用寿命和环境因素等相同）的路面，其使用性能指标在预定时段内从某一状态转移到另一状态的概率。影响使用性能的因素影响路面使用性能变化的因素很多，主要有：路面结构、交通荷载、自然环境、施工质量、养护水平等。路面结构是路面使用性能变化特性的根本，即反映了路面对交通和环境因素作用的承受能力（适应能力）。交通与环境的共同作用是路面使用性能衰变的主要原因。施工质量与养护水平在很大程度上影响了路面使用性能的变化，但是难以量化，但是具有地区性。路面使用性能预测模型的建模方法确定型模型的建模方法确定型模型预估路面的性能有：基本反应：应力、应变、位移等结构性能：各种单项损坏（车辙、裂缝……）、PCI功能性能：RQI（路面行驶持指数）、PSI（现时服务性能指数）。使用寿命：路面达到预定损不状况或服务水平的寿命（以累计标准轴载作用次数或时间计）1．力学法：利用弹性理论（弹性层状体系，弹性地基模式数值解）、粘一弹性理论模型通过结构分析得到路面在荷载或温度作用下的基本反应。关键在于计算参数的预测（例如模量），然后再计算预期的应力、应变等。2．力学——经验法首先是力学分析，确定路面的基本反应（应力、应变及位移），然后建立建立基本反应与使用性能之间的关系。这类预测模型适合项目级路面管理系统，建模复杂，然而适应性好。3．经验（回归）方法：利用多方面回归分析技术建立回归方法，预估路面使用性能随某些影响变量（寿命、交通，……）的变化。上述预测模型适合网级路面管理系统。二、概率型模型的建模方法由于影响路面使用性能变化的因素（荷载、环境、材料及养护）的不确定性，因而确定性模型不可能保证可靠的预估。有必要研究概率型模型的建模方法。概率型模型主要有残存曲线模型，马尔可夫模型和半马尔可夫模型三种，其中用得最多的是马尔可夫模型。路面管理系统中的排序和优化方法建立路面管理系统的主要目的（最终目的）是提供最佳养护和改建对策和最佳资金分配方案，以便决策者选择最经济合理的方案，合理分配和使用有限的资金。1．项目级：作出该段路面何时进行改建和采取什么改建对策，排序和优化的作用不大。2．网级（1）项目规划包括：规划期间，路网那些路段要采取改建措施这些改建任务安排在什么时间（对序安排）这些项目采取什么对策（2）财政规划包括：保持路网内路面在某一要求的水平，所需的投资水平。在一定的投资水平下，保持路网内路面处于尽可能高的使用水平。路面预防性养护AASHTO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，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。特点：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。

预防性养护是建立在费用—效益分析的基础上，在一定条件下实施的养护行为。它无法阻止路面的最终损坏，但可以降低路面的损坏速率，延长服务寿命。预防性养护只能在路面未出现结构性破坏之前使用。而不能起到结构性修复功能。预防性养护与矫正性养护的区别。避免“重修轻养”、“以修代养”。预防性养护的发展美国于1987年启动的投资总额为1.5亿美元公路研究项目SHRP计划中，第三个子项目“养护费用－效益”就是专门从改善费用效益的角度来研究养护技术。1999年美国50个州其中36个州采用了预防性养护系统。美国联邦公路管理局FHWA于1992年启动CPM(theCapitalPreventiveMaintenance)路面预防性养护计划，每年由MDOT聘请顾问来评价计划执行效果。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%。自1992年密歇根执行预防性养护计划以来，节省资金超过7亿美元。

预防性养护的概念结合对我国半刚性基层沥青路面早期损坏的技术分析，对路面预防性养护定义如下：路面预防性养护是在路面良好或有轻微病害的时候，通过采取一定的养护措施，防止沥青面层过早损坏，避免半刚性基层非正常损坏，维持或改善路面行车舒适性、安全性的养护活动。从养护措施实施的时间、规模角度定义预防性养护为：预防性养护是涵盖了路面日常养护、小修保养以及根据路面性能及时地实施一些专项养护措施的养护活动。预防性养护体系框架公路养护工程分类公路养护按其工程规模大小、技术难易程度和病害处治特征划分为小修保养、中修、大修和改善四个工程类别。此外，对于当年发生的较大水毁等自然灾害而急需抢险修复的工程，以及因临时发生超限运输等情况而需应急安排的桥涵加固等工程，可另列为专项工程。预防性养护措施技术类别

国内外在总结养护技术经验和材料开发的基础上，总结出了多种养护、大修与改建技术措施。参照沥青路面养护技术规范和美国FHWA的养护技术手册对不同的养护与维修技术措施的定义归纳。

(1）封层(CAPESEAL)：包含应用稀浆封层、新铺面层处治或石屑罩面等的表面处治技术，表面处治用来提供防水的表面并改善防滑性能。

(2)石屑罩面(CHIPSEAL)：是一种表面处治技术，首先在面层表面喷洒沥青(通常使用乳化沥青），之后立即用。集料覆盖和碾压。尽管石屑罩面经常用作低交通量路面的防滑磨耗层，但石屑罩面主要用来作为无荷载型裂缝的路面的封层或改善防滑阻力。

(3)现场冷再生(ColdIn-PlaceRecycling-CIR)：是路面再生利用的一种方法，既有沥青路面的部分进行破碎回收；回收的材料与新结合料拌和，某些情况下，添加一些新集料。再生利用层一般作为新加铺层的基层。（4）冷铣刨（ColdMilling)：一种铲除面层全部或部分材料的工艺，其目的之一是为铲除车辙或表面不平整部分以整平，铺筑加铺层或目的之二为恢复路面路拱或纵断面，整平并恢复路、面防滑能力。

(5)功能恢复性养护(correctivemaintenance)：当路面出现如防滑能力不足、中度到严重的车辙病害、严重的开裂或剥落等病害时进行的养护。

(6)灌缝(CrackingFilling)：向非工作形裂缝填充材料以尽可能减少水的渗入或加强裂缝两侧的结合。工作裂缝是指路面经受了显著的横向；移动产生的裂缝，宽度一般大于2mm。应对灌缝和填缝有明；确的区别。

(7)填缝(Crackingseals)：采用规定的材料，将其填入工作裂缝内，以防止不可压缩物进入裂缝内和防止水渗入裂缝和下层结构内。（8）密级配沥青混凝土加铺层(Dense-GradeAsphaltOverlay)：使用沥青作结合料的混合料铺筑的加铺层，混合料集料级配为密级配。加铺层应满幅铺筑在原路面上。

(9)薄层封面(Fogseal)：使用少量用水稀释的慢凝乳化沥青，用于处治旧沥青面层灌入小裂缝和表面空隙。

(10)加热刮松再生(HeaterScarification)：一种现场热再生的工艺，既有沥青面层被加热，用刮刺刮松，与再生剂拌和，之后整平压实。（11）现场热再生(HotIn-PlaceRecycling-HIR)：一种现场再生工艺流程，将既有沥青面层加热，之后用机械将松散的既有面层材料移开堆放，与再生剂拌和，拌和时必要的话加入新集料，把拌和好的再生沥青混合料返运回路面摊铺碾压成型。

(12)改性沥青微表处(Micro-Surfacing)：用聚合物改性乳化沥青作结合料，矿质集料、矿粉、水和其它填加剂按适当比例组成，拌和并撒铺在有沥青混凝土铺面的表面上。

(13)路面功能维护(PavementPreservation)：提供和维持道路使用功能的措施的总称，包括功能回复性养护和预防性养护，以及小修复项目。

(14)改建(PavementReconstruction)：铺筑与新建路面结构等效的路面，通常包括使用新材料和(或)再生材料彻底清除或更换既有路面结构。

(15)大修(PavementRehabilitation)：为了延长既有路面的寿命而采取的措施，包括恢复(restoration)、加铺或其它能恢复既有路面结构应具备的结构和使用功能的处治措施。

(16)橡胶改性沥青石屑罩面(RubberizedAsphaltchipSeal)：传统石屑罩面的一种改进形罩面技术，橡胶改性沥青表处使用轮胎橡胶或胶乳橡胶改性沥青替代沥青作为结合料，目的在于增加沥青的韧性和黏结性。橡胶改性沥青石屑罩面通常作为防止反射裂缝的加铺层。（17)砂封层(SandSeal)：使用细集料制作的沥青混合料；可用于改善光滑路面的抗滑能力和防止空气与水侵入路面。

(18)层铺法表处(SandwichSeal)：一种表面处治措施，先铺一层较大粒径的集料，之后在其上洒铺乳化沥青，再用小一级的集料撒铺封盖。层铺法表处常用来封住面层，改善抗滑能力。

(19)洒铺沥青灌缝(ScrubSeal)：在路面表面洒聚合物改性沥青，将撒铺的沥青扫进裂