江蘇高速路網瀝青路面使用性能衰減規律分析及預測

林 毅,曾 輝,劉晨東

(1.江蘇省高速公路經營管理中心；2.蘇交科集團股份有限公司)

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江蘇高速路網瀝青路面使用性能衰減規律分析及預測

林 毅1,曾 輝2,劉晨東2

(1.江蘇省高速公路經營管理中心；2.蘇交科集團股份有限公司)

在分析江蘇省高管中心所轄路網路面使用性能衰減模式的基礎上，評價國內典型預測模型適用性，優選確定適合江蘇省高管中心所轄路網實際狀況的路面使用性能指標PCI、RDI、RQI的預測模型，為科學的制定養護方案提供依據，也為各省路面性能衰減評價及預測提供參考。

路網；路面性能；衰減；預測；模型適用性

0 前 言

瀝青路面結構在交通荷載和自然因素的作用下，會出現各種病害，服務水平逐漸下降。當服務水平降低到一定程度時，就可能會對行車安全造成不利的影響，公路管理部門需要采取養護或改建措施來提高其使用性能。科學地選擇養護或改建時機，確定最佳養護對策，需要了解并預測路面使用性能隨時間的演變和衰減規律。以江蘇省高速公路經營管理中心所轄路網為評價主體，在掌握高管中心所轄路網歷年路面使用性能衰減數據的基礎上，構建路面使用性能指標的預測模型，了解路面使用性能的衰變趨勢，為科學的制定養護方案提供依據。

1 衰減規律提出

路面使用性能的衰減變化是一個長期復雜的過程，但歸納起來可分為三種基本衰減模式，見圖1。

圖1 路面使用性能常見衰減模式

圖(a)為凹形曲線(先快后慢型)，路面使用性能為早期衰減快，后期變慢，這種形式在我國較為普遍，早期較快的性能衰減使路面的服務能力迅速下降，養護管理部門不得不投入較多的資金進行養護維修，以減緩其惡化速度。圖(b)為凸形曲線(先慢后快型)，這種形式反映在使用初期，路面結構能力充足，有效地抵御了各種因素造成的損耗，路面使用性能衰減很慢，隨著時間的推移，路面結構性的損壞(裂縫)將不斷增多，這不僅降低了路面的結構能力，降低了抵抗荷載的能力，同時也增強了雨水、溫度等環境因素的破壞能力，路面性能衰減越來越快。圖(c)為反S形曲線。路面早期衰減緩慢，然后加劇，后期由于路面惡化嚴重，難以維持一定的服務能力，需增加了養護投資，減緩了惡化速率，故呈反S形。

為明確道路路面使用性能在江蘇省特定的交通氣候條件下的一般性中、長期發展衰變模式，選取高管中心所轄路網中2006年通車至今未實施過養護罩面的G25淮安段、G25南京段、G36江蘇段為樣本高速公路，分析路面使用性能衰減規律。將重點分析路面損壞狀況指數PCI、路面車轍狀況指數RDI、路面行駛質量指數RQI的衰減曲線模式，見圖2～圖4。

表1 路面使用性能衰減規律分析路段

圖2 路面損壞狀況指數衰減曲線

圖3 路面車轍指數衰減曲線

圖4 路面行駛質量指數衰減曲線

數據初步分析可知：(1)路面損壞狀況指數PCI的衰減模式為凸形曲線(先慢后快型)，但隨著路面破損病害被養護修復，路面損壞狀況指數PCI的衰減速率將降低，衰減規律呈現為反S形曲線；(2)路面車轍狀況指數RDI、路面行駛質量指數RQI呈現明顯的通車車前兩年快速衰減，然后衰減速度降低，呈穩定慢速衰減趨勢，總體衰減規律為凹形曲線。

2 預測模型建立

(1)負指數曲線的模型：

PCI=ae-bt

式中：Y為路面性能指數(PCI、RQI等)；t為路齡, 取值為2～6；a，b為標定參數。

(2)修正S型曲線模型：

式中：Y為路面性能指數(PCI、RQI等)；Ymin為路面性能最低服務水平，取80；Ymax為路面性能最高服務水平，取100；t為路齡, 取值為2～6；a，b為標定參數。

(3)雙參數模型：

PCI=PCI0{1-exp[-(α/t)β]}

式中：Y為路面性能指數(PCI、RQI等)；Y0為初始路面性能指數，取100；t為路齡, 取值為2～6；α，β為標定參數。

選取G2501南京段、G36江蘇段典型路段2008年～2012年路面檢測數據，回歸計算模型參數的檢測數據，見表2～表3。

表2 G2501南京段典型路段檢測數據

表3 G36江蘇段典型路段檢測數據

3 預測模型性能衰減曲線擬合

3.1 路面損壞狀況指數PCI

G2501南京段、G36江蘇段路面狀況指數PCI預測模型參數回歸計算結果見圖5。

圖5 PCI預測模型參數回歸計算結果

3.2 路面行駛質量指數RQI

G2501南京段、G36江蘇段路面行駛質量指數RQI預測模型參數回歸計算結果見圖6。

圖6 RDI預測模型參數回歸計算結果

3.3 路面車轍狀況指數RDI

G2501南京段、G36江蘇段車轍深度指數RDI預測模型參數回歸計算結果見圖7。

圖7 RDI預測模型參數回歸計算結果

4 預測模型精度分析與比選

從相關系數分析可知，負指數、修正S型、雙參數預測模型都能很好的擬合出路面使用性能衰變曲線，相關系數R2均大于0.8，相關系數不足以評價路面使用性能預測模型的優劣。為進一步比較不同預測模型的預測精確程度，通過預測模型預測2013年路面使用性能指標值，通過與實測值進行對比，分析不同模型的短期預測精度，結果見表4和圖8。

表4 不同預測模型2013年預測值

圖8 不同預測模型2013年預測值與實測值對比分析

從表8來看，修正S型模型預測路面損壞性能指數PCI，誤差相對較小，模型精度相對較高，且修正S型預測模型的曲線形式與高管中心所轄路網路面損壞性能指數PCI衰減趨勢相似為反S形曲線；雙參數模型預測路面車轍深度指數RDI誤差相對較小，模型精度相對較高，與高管中心所轄路網路面車轍深度指數RDI衰減趨勢相似為凹形曲線；負指數模型預測路面行駛質量指數RQI誤差相對較小，模型精度高，符合路面平整度指數逐步衰減的過程，呈現出凹形曲線。

5 結 論

在分析高管中心所轄路網路面使用性能衰減規律的基礎上，結合現有預測模型的特點，分別對路面損壞狀況指數、路面行駛質量指數和路面車轍狀況構建各自的預測模型，并將預測值與實際值進行比對和精度分析，結果表明：修正S形模型較適合預測路面損壞性能指數PCI，負指數模型較適合預測路面車轍深度指數RDI，雙參數模型較適合預測路面行駛質量指數RQI。

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[4] 馬健.決策優化方法在選擇公路養護方案時的應用[J].西安公路交通大學學報,1998.

2015-09-14

林毅(1975-)，男，江蘇南通人，工程師，主要從事高速公路路面建設與養護管理工作。

U416.217

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1008-3383(2015)12-0007-02