關(guān)于貴州某高速公路瀝青路面預(yù)防性 養(yǎng)護(hù)方案決策分析

(1貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司， 貴州 貴陽 550081；2貴州建通建設(shè)工程有限公司， 貴州 貴陽 550081)

1 前言

針對瀝青路面的工程特點(diǎn)，我國《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JTJ 073.2-2001)要求，公路養(yǎng)護(hù)管理部門必須對各等級的瀝青路面制定合理的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，采取周期性的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施。瀝青路面與其他工程項(xiàng)目不同，它在道路開放運(yùn)營早期就會出現(xiàn)不同程度和范圍路面病害，如裂縫、坑槽等。一旦這些早期病害得不到合理而有效地處治，路面損壞就會進(jìn)一步加劇，并最終導(dǎo)致路面壽命大大低于設(shè)計(jì)壽命；如能夠在路面病害出現(xiàn)早期就采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，不但可以有效延緩路面破壞的速度，而且還可以將路面服務(wù)水平保持在較高水平，進(jìn)而達(dá)到延長路面壽命的目的。因此，在適宜的時(shí)間，采取科學(xué)、合理的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案對于瀝青路面的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作具有十分重要的意義。

本文以貴州某高速公路為例，利用其它研究論文[1]中的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)模型為基礎(chǔ)，對某高速公路的養(yǎng)護(hù)決策進(jìn)行分析與論證。

2 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案決策的影響因素與方法

瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案的選擇主要涉及到經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、施工、氣候環(huán)境和養(yǎng)護(hù)部門養(yǎng)護(hù)能力等多個(gè)方面的因素，是一個(gè)多因素、多目標(biāo)、多層次的決策問題[2]。因此，在選擇預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案時(shí)必須綜合考慮各個(gè)因素的影響，以及制定出科學(xué)而合理的方案，達(dá)到預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的效果。

決策樹、決策矩陣法、費(fèi)用效益法和壽命周期費(fèi)用法是目前瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中較常用方案決策方法。

決策樹和決策矩陣法一般是根據(jù)當(dāng)?shù)仡愃乒こ探?jīng)驗(yàn)，并且主要考慮技術(shù)因素建立的。但是由于不同道路所處的環(huán)境不盡相同，交通量、路面結(jié)構(gòu)也存在差異，并且難以考慮多種因素的組合，因此移植性較差[3]。

費(fèi)用效益法就是以效益費(fèi)用比作為評價(jià)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)效果的標(biāo)準(zhǔn)。在路面工程中常以采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)后路面壽命或性能指標(biāo)曲線下增加的面積作為效益[3]。通過對比各方案的費(fèi)用效益比，選出其中比值最大即為最優(yōu)方案[4]。這種方法主要考慮了預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施的經(jīng)濟(jì)效益，而忽視了路面實(shí)際的路況對決策的影響，因此選出的方案往往是最經(jīng)濟(jì)的而非最優(yōu)的。

壽命周期費(fèi)用法(Life- Cycle Cost )是一種以項(xiàng)目的壽命周期作為費(fèi)用計(jì)算的分析期來分析項(xiàng)目效益的經(jīng)濟(jì)分析方法。對于路面大中修工程，壽命周期具有良好的適用性[5]。同時(shí)，在掌握路面長期路用性能檢測數(shù)據(jù)的情況下，對預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案選擇也有很好的效果。

3 某高速預(yù)防性養(yǎng)護(hù)決策

結(jié)合貴州某高速公路右幅 K96+000～K116+000路段實(shí)測數(shù)據(jù)，運(yùn)用已建立的瀝青路面使用性能衰變方程計(jì)算預(yù)測結(jié)果，并用費(fèi)用現(xiàn)值法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評價(jià)，以此來確定最佳養(yǎng)護(hù)方案。

3.1 采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施前衰變曲線的確定

根據(jù)文獻(xiàn)[1]得到的瀝青路面使用性能衰變模型，結(jié)合該高速公路右幅K96+000～K116+000段前四年的檢測數(shù)據(jù)，可以得到該高速使用性能的各指標(biāo)衰變方程(圖 1～圖 6)。

圖1 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)前PSSI的衰減曲線

圖2 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)前RQI的衰減曲線

圖3 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)前RD的衰減曲線

圖4 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)前CR的衰減曲線

圖5 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)前LR的衰減曲線圖

6 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)前SFC的衰減曲線

3.2 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)的確定

通過對貴州某高速公路右幅 K96+000～K116+000路段控制指標(biāo)和觸發(fā)指標(biāo)的數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合預(yù)測模型繪制的衰減曲線，可以非常清晰的了解該路面各個(gè)指標(biāo)現(xiàn)在所處情況以及未來發(fā)展趨勢。從PSSI衰減曲線圖1中可以看出在路齡約為8年時(shí)，PSSI下降到控制值以下，既是PSSI大于控制指標(biāo)；從預(yù)測圖2中可以看出某高速公路右幅K96+000～K116+000路段的RQI下降比較緩慢，在預(yù)測期內(nèi)不會達(dá)到控制指標(biāo)。以上兩個(gè)控制指標(biāo)在第8年以前均未達(dá)到控制值，所以在8年前可以采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

從預(yù)測圖3中可以看出某高速公路右幅K96+000～K116+000路段的裂縫率上升較快，在預(yù)計(jì)路齡為5年時(shí)，裂縫率將達(dá)到觸發(fā)值；從預(yù)測圖4中可以看出該高速公路右幅 K96+000～K116+000路段的車轍將進(jìn)入一個(gè)快速增長階段，在預(yù)計(jì)路齡為7年時(shí)，車轍深度將達(dá)到觸發(fā)值；從預(yù)測圖5中可以看出該高速公路的路面損壞LR將進(jìn)入一個(gè)快速增長階段，在預(yù)計(jì)路齡為7年時(shí)，路面損壞LR將達(dá)到觸發(fā)值；從預(yù)測圖6中可以看出該高速公路的橫向力系數(shù)在預(yù)計(jì)路齡為7年時(shí)將達(dá)到觸發(fā)值。

綜合以上控制指標(biāo)和觸發(fā)指標(biāo)的預(yù)測結(jié)果，可以確定預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時(shí)間的區(qū)間為路齡第5年～第8年。

3.3 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案的擬定

根據(jù)貴州某高速右幅K96+000～K116+000的前期檢測資料，路齡為第5年時(shí)裂縫率首先達(dá)到養(yǎng)護(hù)觸發(fā)值，可對應(yīng)采取的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施有，霧封、乳化瀝青稀漿封層等。第 7年時(shí)車轍、路面破損和橫向力系數(shù)達(dá)到養(yǎng)護(hù)觸發(fā)值，此時(shí)可采取的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施有超薄磨耗層、微表處等。據(jù)此本文擬定三種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案：

A：第五年采取霧封層，第七年采取超薄磨耗層；

B：第五年采取霧封層，第七年采取微表處；

C：第五年采取超薄磨耗層。

根據(jù)本文文獻(xiàn)[1]提出的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，以PSSI和RQI為控制指標(biāo)，當(dāng)他們的值低于83時(shí)就不能采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，需要進(jìn)行大中修。因此，本文設(shè)定當(dāng)PSSI和RQI值低于控制值時(shí)采取中修罩面。

3.4 采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)后路面中修時(shí)間的確定

根據(jù)圖2、圖3可知，在預(yù)測期內(nèi)PSSI的衰減值明顯大于RQI，即PSSI達(dá)到控制值的時(shí)間早于RQI，因此可選取PSSI值為預(yù)防性養(yǎng)護(hù)后中修時(shí)間確定的控制指標(biāo)。

由霧封層、微表處和超薄磨耗層三種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)段檢測數(shù)據(jù)可以得到三種養(yǎng)護(hù)措施實(shí)施后PSSI的衰變方程及各年的預(yù)測值：

霧封層：PSSI(k+1)=85.8273e-0.0097k；微表處：PSSI(k+1)=85.8889e-0.0156k；超薄磨耗層：PSSI(k+1)=85.6835e-0.0132k。

根據(jù)未采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)前PSSI的衰變方程，可以確定出采取預(yù)防性三種養(yǎng)護(hù)方案后PSSI的衰減趨勢，如圖7。

圖 7 采取不同預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施后PSSI衰變趨勢圖

根據(jù)圖7可知，對于采取方案A養(yǎng)護(hù)措施的路段，在采取第一次預(yù)養(yǎng)措施后第6年，PSSI值降到82.35，說明此時(shí)路面應(yīng)采取中修措施；對于方案B養(yǎng)護(hù)方案，在采取第一次預(yù)養(yǎng)方案后第6年路面PSSI降到82.57，說明道路應(yīng)采取中修措施；對于方案C方案的路段，在采取措施后第4年P(guān)SSI降低到82.57，說明道路應(yīng)采取中修措施。

3.5 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案費(fèi)用現(xiàn)值計(jì)算

本文計(jì)算采用費(fèi)用現(xiàn)值法，將采取不同預(yù)防性養(yǎng)護(hù)養(yǎng)措施投入的資金折統(tǒng)一現(xiàn)到公路初建年分。為了簡化預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案費(fèi)用計(jì)算過程，本文計(jì)算時(shí)不考慮初期建設(shè)費(fèi)用、日常性養(yǎng)護(hù)費(fèi)用、用戶費(fèi)用和分析期末的殘值，只考慮方案中的所投入的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)費(fèi)用和大中修費(fèi)用，所以費(fèi)用現(xiàn)值的計(jì)算公式可以簡化成公式1[6-7]。

通過計(jì)算各方案的費(fèi)用現(xiàn)值，可清楚地體現(xiàn)出采取不同預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施和推遲中修時(shí)間所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。

根據(jù)我國建設(shè)部和交通部發(fā)布的《公路建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評價(jià)方法與參數(shù)》規(guī)定，公路建設(shè)項(xiàng)目的貼現(xiàn)率不高于8%，不低于6%，本文貼現(xiàn)率采用8%。結(jié)合貴州省公路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)實(shí)際工程資料，霧封層、超薄磨耗層和微表處的價(jià)格擬定為元 9元/m2、25.8元/m2、19.89元/m2，中修罩面工程費(fèi)用為388.85元/m2。

為比較采取三種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施方案的費(fèi)用現(xiàn)值，本次計(jì)算中分析期選定為預(yù)防性養(yǎng)護(hù)后中修時(shí)間最晚的的年限，即11年，貼現(xiàn)率為8%，同時(shí)，將各方案的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)費(fèi)用和中修罩面費(fèi)用統(tǒng)一折現(xiàn)換算到公路初建年份，計(jì)算各個(gè)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案的費(fèi)用現(xiàn)值，可得出：采取不同預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施的方案都推遲了路面中修的時(shí)間，方案A、B都推遲了三年，方案C推遲了一年；采取方案A、B的費(fèi)用現(xiàn)值明顯低于未采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施的方案；方案C的費(fèi)用現(xiàn)值與未采取措施的方案接近，但是方案C中修時(shí)間比未采取時(shí)晚了一年，從整體效益角度考慮也要優(yōu)于未采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的方案。

因此從長遠(yuǎn)角度考慮，采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施可以降低路面的養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用，推遲中修時(shí)間；通過三種不同預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案的PSSI衰變曲線還可以看出，采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，延緩了路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度衰變速度，進(jìn)而延長了路面的使用壽命。此外，在進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案選擇時(shí)，不僅要選擇合理的養(yǎng)護(hù)措施，還要考慮不同養(yǎng)護(hù)措施組合所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

本文以貴州省某高速公路右幅 K96+000～K116+000路段為研究對象，利用瀝青路面性能衰變模型對該路段各個(gè)指標(biāo)的衰變規(guī)律進(jìn)行預(yù)測，以預(yù)防性養(yǎng)護(hù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，確定了預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)；以霧封、超薄磨耗層和微表處三種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)處治措施效果為基礎(chǔ)，結(jié)合某高速公路右幅 K96+000～K116+000路段性能預(yù)測結(jié)果，確定了三種不同的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案；利用壽命周期費(fèi)用分析法中的費(fèi)用現(xiàn)值法，比較了不采用預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案的費(fèi)用現(xiàn)值和采取超薄磨耗層、霧封+微表處、霧封+超薄磨耗層三種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施的費(fèi)用現(xiàn)值。此高速公路工程的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工程，較為切合實(shí)際，具有一定的代表性。

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