公路沥青路面预防性养护决策研究.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流公路沥青路面预防性养护决策研究.精品文档.沥青路面预防性养护决策研究摘要：预防性养护将成为我国高速公路养护管理的发展方向，但我国的预防性养护理论研究尚处于起步阶段。本文针对沥青路面破坏现象建立合理的路面使用性能评价标准；并通过建立科学的路面使用性能预测模型、决策模型，为科学地进行高速公路沥青路面预养性决策、规划提供理论依据，供高速公路养护管理部门参考。关键词：沥青路面；预防性养护；评价标准； 使用性能预测模型、决策树模型； 1 概述沥青路面预防性养护(Pavement Preventive Mainte-nance)是科学的技术体系，而非单一

2、的养护措施的应用。在最合适的时间(Right Time)，将最合适的措施(Right Treatment)，应用在最合适的位置(Right Pavemen)，是预防性养护的核心理念。高速公路沥青路面预养护决策过程主要包括沥青路面使用性能的评价与预测、建立路面养护对策措施集，并通过养护决策模型决策预养护时机及对策。2 高速公路沥青路面预养护决策评价标准建立合理的高速公路沥青路面使用性能预养护评价标准是科学的、成功的预养护决策的前提与保证。因此，需要建立合理、科学的高速公路沥青路面使用性能预养护评价标准。虽然路面破损指标1 PCI值在路面使用性能中占极其重要的地位，但现行公路沥青路面养护技术规范所

3、用的路面破损状况评价指标PCI值往往不能反映路面使用性能的实际情况。依照现有研究成果及以往路面破损状况调查的经验，对于高速公路沥青路面，车辙和裂缝为两类最主要的破损类型，约占全部破损的80%以上。鉴于此，对高速公路沥青路面破损状况进行评价时，将路面破损状况评价指标分解为路面裂缝状况、路面车辙状况两个评价指标。将采取路面车辙深度(RD)和裂缝率(CR)对路面破损状况进行评价。因此，本文确定预养护使用性能评价指标主要包括：路面结构强度指数( PSSI)、国际平整度指数(IRI)、路面车辙深度(RD)、路面抗滑能力(SFC)、裂缝率(CR)。2.1路面结构强度指数PSSI路面结构承载力是实施预防性养

4、护的前提条件，当整个路面结构层材料未出现结构性疲劳破坏时，才能使用预防性养护措施对路面功能进行改善、修复。根据规范中路面强度的评价标准，高速公路强度等级为“良”以上时，路面强度指数SSI0. 83。按公路技术状况评定标准（JTG H20-2007）中路面结构强度指数(PSSI)的计算公式计算得: PSSI83。同时，参考公路沥青路面预养护技术规程(上海2007)和安徽省公路路面预防性养护技术应用指南的沥青路面预防性养护宏观判定标准得出，高速公路路面结构强度指数PSSI应不小于85，才能使用预防性措施对路面进行预养护。因此，本文将路面结构强度指数PSSI值等于85作为评价路面是否可以进行预养护的

5、强度评价标准。2.2国际平整度指数(IRI)2001年美国南达科塔州交通局的一份报告中规定，当路面平整度指数IRI处于1.6m/km2.5m/km之间时，沥青路面就需要采取罩面或封层措施实施路面预防性养护。根据广东省高等级公路沥青路面预防性养护技术手册的沥青路面预防性养护需求判断标准知，IRI1.6m/km时路面无需养护或采取主要包括雾封层、微表处和碎石封层的轻强度养护措施；IRI为1.6m/km2.3 m/km 范围时，采取厚度为1030mm的中强度养护措施，主要包括超薄磨耗层；IRI为2.33.5m/km 范围时，采取厚度为2040mm的重强度养护措施，主要包括薄层热拌沥青混凝土罩面。根据

6、预防性养护的特点及预防性养护措施的适用条件，参考国内外对沥青路面平整度的分级标准并结合我国高速公路实际养护水平和高速公路沥青路面的实际情况，本文将平整度指标IRI在2.03.5 m/km这个区间作为高速公路沥青路面的预防性养护区间。2.3路面车辙深度(RD)国外的实验表明，当路表积水10mm，车速为100km/h时，摩擦系数接近于零，可认为已发生了漂滑。因此，从理论上分析，为避免正常行驶的车辆产生极危险的漂滑现象，高速公路的车辙深度不应超过10mm。许多国家在进行沥青路面设计和制订养护策略时将车辙作为重要的控制指标，如AI法(美国地沥青协会)：只要路面各层充分压实，沥青混合料经认真设计，车辙深

7、度不会大于12.5mm，并以此值作为车辙养护的标准；AASHTO设计方法对主要干道要求车辙深度不大于15mm。同济大学的研究人员通过对全国道路工程与汽车工程界的有关专家推荐的容许车辙深度结果进行统计分析，得到高速公路的容许车辙深度建议值为1015mm的范围。在综合国内外车辙深度研究的基础上，并结合我国高速公路交通量大、轴载重、超载超限严重的特点，从预防性养护角度出发，制定符合高速公路的车辙养护标准。即为当车辙深度(RD)小于12mm时，车辙属于轻微，对路面性能影响小，可以不进行预防性养护处理；对于车辙深度处于1220mm范围时，采用微表处、稀浆封层和超薄层罩面等预防性养护措施进行处治；对于较深

8、的车辙即车辙深度RD在2025mm范围时，建议采取薄层罩面等罩面类预防性养护措施进行养护，防止路面车辙状况进一步恶化。对于车辙严重路段即车辙深度RD25mm范围时，采取局部铣刨重铺处理。2.4路面抗滑性能(SFC)公路沥青路面养护技术规范规定：高速公路的抗滑能力不足(SFC40)的路段，应采取加铺罩面层等措施提高路面的抗滑能力。在高速公路路面抗滑力与交通事故的统计分析2一文中，文斌等人对我国华东地区三条高速公路的沥青路面抗滑能力与交通事故率做了统计分析。统计结果表明，当SFC小于45时，雨天事故率有急剧上升的趋势。同时，给出了华东地区高速公路沥青路面的抗滑能力标准：横向力系数SFC的最小值为4

9、5，控制范围应该在4558之间，过高的抗滑力储备也是没必要的。据相关研究知，路面抗滑能力应维持应在一个合理的范围，认为将SFC值控制在50左右是经济合理的。而且参照高速公路养护质量检评方法，SFC为45时对应的PQI正好为75，对应的路面状态为中，SFC为50时对应的PQI正好为85，对应的路面状态为良。综合以上研究分析并结合我国高速公路的实际情况，认为SFC小于42时建议对路面进行罩面预养护，恢复路面良好的抗滑性能；对于SFC为4248范围时进行微表处、碎石封层等封层类预养护。2.5裂缝率(CR)我国高速公路裂缝病害比较严重，但我国的现行规范并没有对裂缝的一个明确评价标准，因此在王玉顺和朱敏

10、清3编写的高速公路沥青路面预防性养护技术与应用中，他们根据日本道路养护技术规范中的PSI模型(式2-1)对裂缝进行评价。裂缝率CR(式2-2)表示测试路段路面裂缝的总面积与测试路段路面总面积的比值，单位为百分比。路面现时服务能力指数(PSI)主要考虑了常见破损类型中的路面平整度、裂缝率和车辙深度。当PSI=4.0时，对应的是路面现时服务指数为“优”的下限，根据PSI模型可计算得到裂缝率CR值为0.285%，而根据我国高速公路的实际情况，裂缝病害比较严重，认为CR=1%为预养护的上限较为合理；当PSI=2.5时，对应的是路面现时服务指数为“中”的状况，根据PSI模型可计算得到裂缝率CR值为3.1

11、45%。 式2-1 式2-2式中：PSI路面使用性能评价模型；平整度标准差；RD车辙深度，cm；IRI国际平整度指数，m/km；CR裂缝率，%；CA龟裂及块裂的总面积，m2；L单根裂缝的总长度，m；A测试路段路面面积，m2；而根据我国高速公路的实际情况，裂缝病害比较严重，确定CR值为1.03.5%的范围时需要进行雾封层、微表处、稀浆封层等封层类预防性养护措施。对于裂缝率CR值大于3.5%的路面，建议采取罩面养护措施，2.6建立使用性能评价标准我国目前还没有针对高速公路养护的指导性规范，根据以上预养护评价指标的分析，并综合目前许多专家制定的标准，结合我国高速公路的实际养护情况，提出符合我国高速公

12、路实际状况的沥青路面预防性养护标准，见表2-1。表2-1 高速公路沥青路面预养护评价标准预养护评价指标评价标准采取的养护对策路面强度PSSI85可以采取封层、罩面等预养护措施85补强路面行驶质量IRI(m/km)2.0不需进行预养护2.0，3.5)采取罩面类预养护措施3.5铣刨重铺路面车辙RD(mm)12不需进行预养护12，20)微表处、稀浆封层等封层类预养护20罩面路面抗滑性能SFC48不需进行预养护42,48)微表处、稀浆封层、碎石封层等封层类预养护措施42罩面裂缝CR (%)CR1%不需进行预养护1 CR3.5%雾封层、微表处等封层类预养护CR3.5%或裂缝宽度10mm铣刨重铺/罩面3沥

13、青路面使用性能预测路面的使用性能直接影响路面的养护对策和养护资金投入，为了及时地在时间和空间上优化分配养护预算，确定最佳养护对策，评价各种养护对策下的路面使用性能状况，选择科学合理的预防性养护时机及规划方案，就需要预测其使用性能随时间的衰减规律。因此，对路面使用性能进行预测是研究路面使用性能的核心组成之一，它是进行路面养护对策和经济分析的基础，也是预防性养护决策的必要条件。在详细分析国内外路面使用性能预测模型的基础上，针对合六叶高速公路沥青路面使用性能“部分信息已知，部分信息未知”，“小样本、贫信息”的不确定系统，本文采用邓聚龙教授提出的灰色理论4进行预测，选择其中的不等时距GM (1，1)预

14、测模型进行高速公路沥青路面使用性能预测。4预防性养护对策就高速公路沥青混凝土路面而言，目前常用的预防性养护技术4主要包括表面封层、微表处和薄层罩面等类型。(1)雾封层雾封层是一种将乳化沥青稀释液或特制路面保护剂喷洒在现有沥青路面上的预防性养护技术。雾封层能密封原有沥青路面表面层，提高密级配路面的密水性能，防止骨料进一步松散剥落；同时能封闭细小裂缝，为老化的路表补充新鲜沥青，延长路面使用寿命。(2)微表处微表处是采用专用机械设备将聚合物改性乳化沥青、粗细集料、填料、水和添加剂等按照设计配比拌和成稀浆混合料摊铺到原路面上，并很快开放交通的具有高抗滑和耐久性能的薄层。级配设计良好的微表处不仅具有卓越

15、的密水性能，还具有良好的抗滑性能，同时可修复路面的其它轻微损坏。(3)碎石封层同步碎石封层技术作为一种养护技术，已在欧美国家广泛应用。所谓同步碎石封层是指用专用设备即碎石封层车将单一粒径的石料及沥青胶结料几乎同时洒布在路面上，在胶轮压路机或自然行车碾压下，使胶结料与石料之间有最充分的表面接触，以达到它们之间最大限度的粘结性，从而形成保护原有路面的沥青碎石磨耗层。(4)热沥青混合料薄层罩面薄层热拌沥青混凝土是将密级配、开级配或间断级配的厂拌沥青混合料直接摊铺在路面上，厚度约24cm 的薄层结构，施工前必须认真修复原路面裂缝、坑槽、修补损坏等破坏，对于厚度大于1.5cm 的车辙应预先填充，在混合料

16、摊铺前需要喷洒粘层沥青。(5)超薄磨耗层超薄磨耗层是用专用机械将间断级配的热拌沥青混合料直接铺筑在改性乳化沥青粘结层上，总厚度约13cm，可快速开放交通的薄层结构。超薄磨耗层可以提供卓越的抗滑性能，同时可修复路面的轻微裂缝、松散、老化等病害，并可减少行驶噪音，增强路面的横向排水能力。总结归纳以上不同预防性养护措施的适用性，根据各种预防性养护技术的技术特点和路况的匹配情况，归纳出沥青路面预防性养护对策，如表4-1所示。表4-1 沥青路面预防性养护对策预防性养护措施路面主导损坏类型及其严重程度微裂缝 网裂、纵、横向裂缝车辙深度/mm路面不平整IRI(m/km)抗滑性能损失路面渗水轻重1020202

17、5重度(2.33.5)轻度(2.02.3)雾封层XXXXXXX微表处碎石封层超薄磨耗层薄层罩面图例： X不推荐；尚可但慎用；可以使用。5预防性养护决策针对高速公路沥青路面的实际状况，依据预防性养护决策评价标准，本文采取预防性养护养护决策树模型进行预防性养护规划的决策。高速公路沥青路面预防性养护决策树模型中采用路面结构强度指数( PSSI)、国际平整度指数(IRI)、路面车辙深度(RD)、路面抗滑能力(SFC)、裂缝率(CR)5个指标构成5层决策树结构。PSSI、IRI为决策树的第一、二级指标， RD为决策树的第三级指标，SFC 、CR分别为决策树的第四、五级指标。其中，SFC和RD代表着路面的

18、行驶安全性能，RD和CR代表着路面破损的严重程度。预防性养护决策的过程如下：基于高速公路沥青路面使用性能预测值，在满足PSSI85的前提下，若四个指标值IRI、RD、SFC和CR中有一个或一个以上在表2-1评价标准值的范围内，则表示适合预防性养护；若四个指标值都大于表中范围的上限值，则表示路况优良，尚不需要预防性养护，只需要日常养护；若四个指标值中有一个或一个以上小于表中范围的下限值时，则表示路面不能采取预防性养护，需要采取矫正性养护措施进行处理。为了能更好地体现预养护对策制定原则，采用决策树的形式建模，如图5-1所示。该模型简单明了，易于理解，使用方便，具有较强的适应性。图5-1 预防性养护

19、决策树模型6实例应用某高速公路，依据其2006至2009年沥青路面使用性能的检测数据，并采用灰色预测模型，预测2010年的使用性能预测值，2010年路面使用性能预测值列于表6.1中。同时，根据本文高速公路预养护决策评价标准及其决策树模型，并依据2010年的路面使用性能指标预测值知，该高速公路6个路段的路面需要采取预防性养护措施进行养护，并由评价标准建立的预防性养护决策树模型确定相应的预养护对策，决策树模型见图5-1。同时，2010年6月对以上6个路段实施了微表处和薄层罩面预防性养护，经检测效果良好，具体路段养护对策5见表6.1。表6.1 2010年安徽省某高速公路沥青路面使用性能指标值及预养护

20、对策序号起点桩号终点桩号PSSIIRI(m/km)RD(mm)SFCCR (%)预养护方案代码1K1+000K1+50099.22.710.555.71.922K2+500K3+00099.42.311.255.91.623K6+000K6+50099.32.59.157.22.924K22+000K22+500100.01.317.956.61.915K22+500K23+00099.81.717.355.81.816K24+500K25+00099.91.418.356.61.51注：斜体数据代表指标值符合预防性养护决策评价标准的范围。预防性养护方案及其代码：原路面修复+车辙填充+1cm微

21、表处罩面，方案代码1；原路面修复+4cmSMA-10薄层热拌沥青混凝土罩面，方案代码2；7结语(1)本文简要地总结归纳了各种常见预防性养护措施的使用性能，从技术角度提出了针对各级病害采取的养护对策，并建立了路面使用性能预测模型及预防性养护决策树。(2)建立的高速公路沥青路面预防性养护决策评价标准，符合预防性养护的“3R”理念，有利于确定预防性养护时机及预防性养护对策，满足确定科学、合理的预防性养护决策的需要，为高速公路沥青路面预防性养护决策提供参考。(3)本文的研究内容有利于道路管理部门对高速公路沥青路面性能的量化分析，为高速公路沥青路面预防性养护的决策提供了理论依据，使预防性养护具有针对性和可操作性。参考文献1JTJ 073.2-2001公路沥青路面养护技术规范S.北京：人民交通出版社，2001.2文斌，曹东伟.高速公路路面抗滑力与交通事故的统计分析，公路交通科技，2006，23(08)3王玉顺，朱敏清.高速公路沥青路面预防性养护技术与应用，北京:中国建材工业出版社，2008，74邓聚龙灰预测与灰决策M武汉：华中理工大学出版社，20025朱建东.公路沥青混凝土路面预防性养护对策选择的研究J.上海建设科技，2006，2: 12-14.