市政道路瀝青混凝土路面使用性能評(píng)價(jià)研究

王蒙，何艷

（武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430023）

市政道路瀝青混凝土路面使用性能評(píng)價(jià)研究

王蒙，何艷

（武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430023）

為了研究城市道路中瀝青混凝土路面使用性能的影響因素、評(píng)價(jià)方法及防治措施，對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，應(yīng)用層次分析法進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：影響市政道路瀝青混凝土路面使用性能的因素有自然因素和人為因素；適用于市政瀝青混凝土路面使用性能評(píng)價(jià)的11個(gè)指標(biāo)為日最大降雨量、溫度、交通量、超載情況、排水現(xiàn)狀、周邊施工情況、路面位置、既有病害情況、設(shè)計(jì)水平、路面施工質(zhì)量、道路已服役年數(shù)。市政道路瀝青路面使用性能宜劃分為3個(gè)等級(jí)：Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)，且不同等級(jí)應(yīng)采用不同的養(yǎng)護(hù)對(duì)策。

市政工程；瀝青混凝土路面；使用性能；層次分析法；評(píng)價(jià)指標(biāo)；養(yǎng)護(hù)對(duì)策

0　引　言

近年來(lái)，瀝青混凝土路面具有平整度好、噪聲小、行車舒適等優(yōu)點(diǎn)而備受城市道路青睞，一些水泥混凝土路面也往往采用加鋪瀝青層進(jìn)行城市道路改造[1]。目前對(duì)瀝青路面的評(píng)價(jià)大多數(shù)集中在自身使用功能的評(píng)價(jià)上，如常見的病害檢測(cè)法、PCI計(jì)算法、鉆孔取芯法等，并且根據(jù)評(píng)判結(jié)果對(duì)瀝青路面采取修補(bǔ)、灌縫等病害處治措施。這些評(píng)價(jià)方法都是事后評(píng)價(jià)，一方面忽略了環(huán)境因素對(duì)瀝青路面使用性能的影響，另一方面采取的病害措施治標(biāo)不治本。事實(shí)上，城市道路由于其交通量大、排水困難、鄰近構(gòu)筑物的施工、溫度較高等原因，都會(huì)對(duì)瀝青路面的使用性能產(chǎn)生影響，導(dǎo)致路面的病害。因此，本文嘗試建立一套考慮環(huán)境因素的城市道路瀝青路面使用性能綜合評(píng)價(jià)體系，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果及時(shí)采取有針對(duì)性的防養(yǎng)護(hù)措施，防止病害進(jìn)一步發(fā)展加劇。

1　市政道路瀝青混凝土路面病害狀況調(diào)研

瀝青混凝土路面典型損壞可分為裂縫或斷裂類、永久變形類、表面損壞類三大類。裂縫或斷裂類主要指龜裂、縱橫向裂縫、塊裂、反射裂縫等；永久變形類主要指車轍、波浪、沉陷、隆起等；表面損壞類主要指泛油、松散、坑槽、露骨、磨光等。通過(guò)對(duì)武漢地區(qū)的實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，主要病害為龜裂、車轍、擁包、坑槽等。調(diào)研情況如圖1所示。

圖1　市政道路瀝青路面病害狀況調(diào)研

2　市政瀝青混凝土路面使用性能影響因素分析

市政道路瀝青路面使用性能受到諸多因素影響，大致可分為自然因素與人為因素影響兩大類，兩者相互滲透，相互耦合，共同影響其使用性能。

2.1自然因素

（1）日最大降雨量。水浸入瀝青中使瀝青黏附性減小，導(dǎo)致混合料的強(qiáng)度和勁度減小；其次水進(jìn)入瀝青薄膜和集料之間，阻斷瀝青與集料的相互黏結(jié)，由于集料表面對(duì)水比對(duì)瀝青有更強(qiáng)的吸附力，從而使瀝青與集料表面的接觸面減小，使瀝青從集料表面剝落。

（2）溫度。溫度較高時(shí)，瀝青路面會(huì)發(fā)生推移、擁包、搓板、泛油等病害；溫度降低，會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力導(dǎo)致自上而下的低溫裂縫[2]。

（3）交通量。交通量越大，對(duì)瀝青路面的累積軸載越大，會(huì)加劇瀝青路面病害的產(chǎn)生。

（4）超載情況。研究表明超載對(duì)瀝青路面的質(zhì)量影響極大。和標(biāo)準(zhǔn)軸載相比，超載產(chǎn)生的疲勞破壞是其與標(biāo)準(zhǔn)軸載之比的16次方。據(jù)調(diào)查，某市政道路使用5年后，輕車方向累積換板1125m2，重車方向達(dá)到58748m2[3]。因此，超載對(duì)市政道路的損害不可小覷。

（5）排水現(xiàn)狀。市政道路中應(yīng)修建相應(yīng)的排水設(shè)施，排水應(yīng)通暢，設(shè)施應(yīng)完備，避免路面積水。

（6）周邊施工情況。市政道路周邊經(jīng)常伴有地鐵、橋梁、建筑等公共設(shè)施的修建，這些構(gòu)筑物的施工會(huì)引發(fā)鄰近道路的沉陷等問(wèn)題。

2.2人為因素

（1）路面位置。在城市道路交叉口進(jìn)口道、公交停靠站、彎道、新舊路面相接處等位置，由于車輛頻繁制動(dòng)和停留，對(duì)瀝青路面質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。

（2）既有病害情況。路面病害情況越嚴(yán)重，則對(duì)路面使用性能影響越大。目前一般運(yùn)用PCI指標(biāo)對(duì)瀝青路面的既有狀況進(jìn)行評(píng)定。

（3）設(shè)計(jì)水平。一方面設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的分析預(yù)估不足，導(dǎo)致基層、面層設(shè)計(jì)厚度偏薄；另一方面，由于城市的發(fā)展速度、車輛快速增長(zhǎng)，造成當(dāng)前的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不能滿足未來(lái)對(duì)道路的要求。

（4）路面施工質(zhì)量。施工單位偷工減料、工序不正確、路面壓實(shí)不達(dá)標(biāo)等都會(huì)給后期城市道路運(yùn)營(yíng)帶來(lái)病害隱患。

（5）道路已服役年數(shù)。瀝青路面根據(jù)交通量和路面結(jié)構(gòu)的情況，均有設(shè)計(jì)使用年限。道路服役年數(shù)越長(zhǎng)，則其使用性能越差。

3　市政道路瀝青路面使用性能評(píng)價(jià)

3.1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

通過(guò)對(duì)瀝青路面使用性能的影響因素分析，得出評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖2所示。

評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重由層次分析法確定。在權(quán)重確定的過(guò)程中，采用專家經(jīng)驗(yàn)打分法，計(jì)算出分?jǐn)?shù)矩陣的特征根，最大特征根對(duì)應(yīng)的正規(guī)化特征向量的分量即為權(quán)重[4]。計(jì)算過(guò)程從略，各指標(biāo)權(quán)重見表1。

圖2　市政道路瀝青路面使用性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

表1　市政瀝青路面使用性能等級(jí)評(píng)估指標(biāo)變量權(quán)重值

3.2使用性能等級(jí)劃分

參考城市道路交通等級(jí)的劃分，將城市瀝青路面使用性能評(píng)價(jià)等級(jí)分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)，Ⅰ級(jí)代表使用性能最佳，Ⅱ級(jí)中等，Ⅲ級(jí)最差。單指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

3.3評(píng)價(jià)方法

組成20人的專家組，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，對(duì)照等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，給出每個(gè)指標(biāo)相應(yīng)的等級(jí)，由每個(gè)等級(jí)下專家比例得出相應(yīng)的隸屬度，并形成隸屬度評(píng)判矩陣，采用模糊數(shù)學(xué)法進(jìn)行計(jì)算[4-5]，最終確定目標(biāo)層城市道路瀝青路面使用性能等級(jí)。城市道路瀝青路面使用性能等級(jí)評(píng)估流程如圖3所示。其中既有病害情況指標(biāo)為關(guān)鍵指標(biāo)，一旦該指標(biāo)評(píng)判為Ⅲ級(jí)，則評(píng)價(jià)結(jié)果直接為Ⅲ級(jí)。

4　城市道路瀝青路面使用性能保障技術(shù)措施

根據(jù)評(píng)價(jià)模型計(jì)算的結(jié)果，采取相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)技術(shù)。若評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅰ級(jí)，則不需采取防護(hù)技術(shù)；若評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅱ級(jí)，采取一般防護(hù)性措施；若評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅲ級(jí)，則采取重點(diǎn)養(yǎng)護(hù)措施（見表3）。養(yǎng)護(hù)時(shí)應(yīng)對(duì)照評(píng)價(jià)模型中的指標(biāo)檢查實(shí)際工程中導(dǎo)致病害可能發(fā)生的原因，采取相應(yīng)的防養(yǎng)護(hù)措施將指標(biāo)控制在合理范圍。養(yǎng)護(hù)措施主要包括主動(dòng)養(yǎng)護(hù)措施和被動(dòng)養(yǎng)護(hù)措施。主動(dòng)養(yǎng)護(hù)措施能夠起到預(yù)防災(zāi)害發(fā)生的作用，而被動(dòng)養(yǎng)護(hù)措施則是保障瀝青路面病害不繼續(xù)發(fā)展加劇。養(yǎng)護(hù)措施如圖4所示。

表2　市政道路瀝青路面使用性能評(píng)價(jià)指標(biāo)及其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

圖3　城市瀝青路面使用性能等級(jí)評(píng)估流程

表3　不同評(píng)價(jià)等級(jí)對(duì)應(yīng)的養(yǎng)護(hù)措施

圖4　城市道路瀝青路面使用性能防養(yǎng)護(hù)措施

5　工程實(shí)例

5.1工程概況

安陸市楚躍路為現(xiàn)狀瀝青混凝土路面，道路等級(jí)為城市次干路，設(shè)計(jì)車速30km/h，道路距修建完成已運(yùn)營(yíng)7年，道路全長(zhǎng)2024m。道路東西走向，為單幅路斷面形式，現(xiàn)狀車行道寬15～17m，人行道兩側(cè)各寬2～22m（到鄰近建筑或結(jié)構(gòu)邊角）。路面結(jié)構(gòu)為4cm厚AC-13C細(xì)粒式改性瀝青混凝土面層+8cm厚AC-25C粗粒式改性瀝青混凝土面層+2×18cm厚水泥穩(wěn)定碎石基層+20cm厚級(jí)配碎石墊層。道路沿線有儒學(xué)路、碧涢路、鳳凰路、解放路、儒安南路五處交叉口，現(xiàn)狀交通量不大，路面偶有重載車輛通過(guò)，周邊有建筑施工。從步查的整體情況來(lái)看，楚躍路瀝青路面外觀質(zhì)量較好，出現(xiàn)少量裂縫類病害，未見大范圍的結(jié)構(gòu)性病害。現(xiàn)狀雨水口及雨水蓋板溝破損，淤堵嚴(yán)重，排水不暢，并且部分污水未有效收集排入市政設(shè)施，靠地面漫流流入雨水口及蓋板溝，排水環(huán)境差。

5.2單指標(biāo)隸屬度確定

組成20人的專家組，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，對(duì)照等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，給出每個(gè)指標(biāo)相應(yīng)的等級(jí)，由每個(gè)等級(jí)下專家比例得出相應(yīng)的隸屬度，并形成隸屬度評(píng)判矩陣，見表5。

表5　單指標(biāo)隸屬度評(píng)判矩陣

由表5可知，自然因素評(píng)價(jià)矩陣R1、人為因素評(píng)價(jià)矩陣R2分別為

5.3模糊評(píng)價(jià)計(jì)算及分析

根據(jù)已確定的單因素評(píng)判矩陣和權(quán)重，可以得出一級(jí)評(píng)判準(zhǔn)則的結(jié)論向量。

市政道路瀝青路面使用性能的一級(jí)評(píng)價(jià)向量為

得到市政道路瀝青路面使用性能的一級(jí)評(píng)價(jià)向量為

同理，二級(jí)評(píng)價(jià)向量為

根據(jù)以上求得二級(jí)模糊評(píng)判矩陣，采用最大隸屬度法，把評(píng)判向量B中最大的一項(xiàng)評(píng)判指標(biāo)相對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)集作為評(píng)判結(jié)果，故該瀝青路面使用性能評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅱ級(jí)偏向Ⅲ級(jí)。雖然該瀝青路面目前沒有發(fā)生病害，但是如果不加干預(yù)，后期在外界環(huán)境的影響下發(fā)生大范圍結(jié)構(gòu)性病害的可能性極大。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，應(yīng)對(duì)瀝青路面進(jìn)行重點(diǎn)防養(yǎng)護(hù)，具體措施是改善路面周邊排水，控制路面超載現(xiàn)象發(fā)生。

6　結(jié)　語(yǔ)

本文在考慮外部環(huán)境對(duì)市政道路瀝青路面質(zhì)量影響的基礎(chǔ)上，基于層次分析法嘗試建議了一套瀝青路面使用性能的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并且根據(jù)評(píng)價(jià)等級(jí)提出了相對(duì)應(yīng)的防養(yǎng)護(hù)措施，研究成果能夠科學(xué)指導(dǎo)市政道路瀝青路面針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)措施，避免以往的只處理路面病害而忽略了病害產(chǎn)生原因的防治，達(dá)到源頭治理的目的。

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U416.217

A

1009-7716（2016）11-0123-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.11.035

2016-08-06

王蒙（1989-），男，湖北黃岡人，助理工程師，從事市政道路設(shè)計(jì)工作。