淺析路況指數PCI中車轍換算系數存在的不足

李 衛 孔令云

0 引言

對于瀝青路面狀況指數PCI計算過程中車轍換算系數K的取值,我國“公路瀝青路面養護技術規范”[1]規定以25 mm為界限分級指標,大于25 mm的取1,小于25 mm的取0.4;同濟大學李立寒等[2]提出的K的分級指標及其界限為0.2(2 mm～15 mm),0.4(15 mm～25 mm),1(＞25 mm);美國ASTM標準[3,4]對車轍嚴重程度劃分為三級：6 mm～13 mm(L),13 mm～25 mm(M),大于25 mm(H),其關于車轍換算系數的取值方法比較復雜,不僅考慮車轍的嚴重程度,還考慮車轍的密度,即 K=f(嚴重程度,密度),密度=(發生某一嚴重程度車轍的長度/調查路段長)×100%,且對于瀝青路面、水泥路面以及機場路分別有各自不同的車轍換算系數計算公式。

本文根據重慶長萬高速公路的實測數據及實際路面破損狀況,探討不同取值方法與實際路面的一致性,并尋求能真實反映路面破損狀況的車轍換算系數的確定方法。

1 現場車轍測量

長萬路指的是重慶長壽—萬州的高速公路,其路面結構為半剛性基層瀝青路面,通車于2003年12月,在通車后的三年內,除個別長上坡路段外,其整體路況良好,表1是通車三年內車轍跟蹤測量的結果。

表1 實測車轍深度匯總表 mm

2 現有車轍換算系數計算方法分析

車轍換算系數主要有我國養護規范的計算標準(方法一)、同濟大學李立寒等[2]提出的方法(方法三)、ASTM[3](方法四)三種,在探討過程中,結合實例中車轍較小的情況,考慮了車轍的換算系數為0的情況(方法二)。

根據對實體工程跟蹤三年所觀測的結果,按照養護規范[1]中的計算公式采用上述方法分別進行了PCI的計算,結果見表2。

表2 不同車轍換算系數條件下PCI指標的計算結果

根據路面破損情況,可將路面質量分為優、良、中、次、差五個等級[1],評價標準應符合表3的規定。

表3 路面破損狀況評價標準

由表2,表3可以看出,不同方法計算得到的PCI值各不相同,差別較大：根據方法一的結果,三個路段的破損狀況等級均為中;方法二的結果,三個路段均為優;方法三,其路況等級要么為“良”級的下限,要么為“優”級的上限;方法四,其路段等級要么為優的上邊緣,要么為中。可見,在PCI計算過程中,車轍換算系數的選擇對計算結果有著非常重大的影響,選擇了不合理的車轍換算系數將可能導致公路管理者作出不正確的判斷。

結合現場情況看,以上四種方法的結果均不能較好地與現場情況吻合。其主要原因是：

方法一對于深度不大于25 mm的車轍未作進一步的劃分,車轍深度為1 mm與24 mm的換算系數是一樣的,即路面僅發生車轍時,車轍深度為1 mm時其PCI指標為62.7,車轍深度為24 mm時其PCI指標仍為62.7,這已經明顯不合理,而根據養護規范可知,當PCI指標為中時,須對路段進行罩面工作,對僅發生1 mm車轍的路段顯然更不合適;

方法二的實質是,將研究路段已出現的車轍的深度認為屬于不考慮的范圍內,根據實際情況,也是不符合實際路況的;

方法三雖然對車轍進行了進一步的劃分,但是,劃分區間較大,與實際路況不能很好的吻合;

方法四為ASTM中的方法,此處僅借用了其換算系數的確定方法,在該方法中,其PCI指標的計算與我國的不完全一致,這也許是導致計算結果與實際情況不合的主要原因。

3 合理確定瀝青路面PCI計算中車轍換算系數需考慮的因素

目前車轍換算系數的確定,主要是基于車轍區間的劃分、不同區間內的不同換算系數兩個方面,盡管ASTM中對同一區間內的換算系數采用的換算系數曲線(見圖1),不同于其他方法的確定值,但是,采用該方法得到的計算結果與其他方法一樣,仍不能與實際情況很好的相一致。可見,對車轍深度進行區間劃分、對同一區間采用同一換算系數是導致PCI計算結果與實際情況不合的主要原因。

實際上,在汽車荷載的重復作用下,瀝青路面的車轍深度變化是連續的,采用連續函數來表述車轍深度與換算系數之間的關系更符合實際,更為合理。

關于車轍深度的思考：當車轍深度較小時,其對交通安全的影響非常小甚至可以不考慮,而當車轍深度發展到一定程度時,其影響會迅速增加;在確定車轍換算系數時,對車轍深度的劃分,若采用區間劃分法,對上述方法的缺陷則無法避免。因此,在進行PCI計算時,關于車轍的換算系數,可考慮為連續函數或分段連續函數,具體的方程形式、方程參數,需通過實體工程對比確定。

4 結語

PCI指標是路面管理部門指定公路養護決策的重要依據,其數值的大小將直接影響選擇的養護方案。現有的車轍換算系數存在明顯不足之處,使得根據現場調研數據計算得出的PCI指標與現場實際情況嚴重不符。在后續的研究中,應結合實體工程,

提出能反映現場情況的換算公式。

[1] JTJ 073.2-2001∶10-16,公路瀝青路面養護技術規范[S].

[2] 李立寒,黃天元,王國培,等.瀝青路面破損程度分級與破損換算系數取值的探討[J].公路交通科技,2005,22(9)：40-43.

[3] ASTM D6433,Standard Practice for Roads and Parking Lots Pavement Condition Index Surveys[S].

[4] ASTM D5340,Standard Test Method for Airport Pavement Condition Index Surveys[S].

[5] 沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社,2001：349-350.

[6] 劉國鋒.廣韶瀝青路面高溫車轍及其影響因素分析[D].長沙：長沙理工大學碩士學位論文,2006.

[7] SHRP-A-415.Pavement Deformation Response of Asphalt Aggregate Mixes.

[8] 張 靜.瀝青混合料溫度穩定性與路面設計[D].西安：長安大學道路工程系碩士論文,2001：70-71.