高速公路瀝青路面養(yǎng)護機械優(yōu)化配置與評價體系的分析

馬昌勇

（中交路橋建設(shè)有限公司海外分公司）

1 引言

經(jīng)歷了十?dāng)?shù)年的建設(shè)，國內(nèi)高速公路里程及分布逐漸完善，一方面新建公路里程不斷增加，另一方面既有高速公路的維修養(yǎng)護作業(yè)也引起公路管理部門的關(guān)注，養(yǎng)護維修作業(yè)急需發(fā)展和改進。簡便、迅速、高效率、高標(biāo)準(zhǔn)的完成維修養(yǎng)護，保證公路功能，是現(xiàn)在急需解決的問題。

2 瀝青路面的機械化養(yǎng)護

高速公路瀝青路面在實際運營時，因為車輛荷載與環(huán)境因素的多重作用，導(dǎo)致平整度、路面強度等隨著時間延長逐漸衰退，進而產(chǎn)生裂隙、坑洞等，都將影響著車輛的正常行駛。因而保證公路路面的使用功能，才能確保高速公路通行車輛的安全穩(wěn)定，保證群眾日常出行的安全性和舒適性。

2.1 瀝青路面狀況

路面狀況又稱路面使用性能，具體為路面在調(diào)查及評估路面的表面狀況及內(nèi)在情況。按照路面狀況對于車輛行駛中穩(wěn)定性及舒適性的影響，把路面狀況具體分為四部分：路面是否平整、強度是否達到要求、抗滑能力是否符合標(biāo)準(zhǔn)及路面是否破損。對路面狀況進行評價需求的信息有：國際平整度指數(shù)、路面破損率、彎沉及橫向力系數(shù)。圖1為路面使用性能評價指標(biāo)關(guān)系圈。

圖1 路面使用性能綜合評價指標(biāo)圖

國內(nèi)將路面破損狀況通常分為四類：裂隙、松散、形變及其他，具體破壞程度間表1我國瀝青路面破損及其分類。

2.2 養(yǎng)護技術(shù)

按路面損壞類型差異及損壞程度差異，要使用不同的維修養(yǎng)護方式。高速公路瀝青路面的養(yǎng)護方式有以下幾種：預(yù)先性養(yǎng)護、矯正性養(yǎng)護及路面整體翻修。

2.2.1 預(yù)先性養(yǎng)護

預(yù)先性養(yǎng)護一般是能夠保護路面及緩解因為車輛荷載及環(huán)境因素多重作用導(dǎo)致的路面狀況衰退且能增加路面使用年限的措施，一般適用于為實際損壞或者只發(fā)生輕度損壞的路面。

2.2.2 矯正性養(yǎng)護

矯正性養(yǎng)護是為改善某種因素影響路面狀況而使用的措施，適用于破損已經(jīng)產(chǎn)生但是僅限于部分破損的路面。矯正性養(yǎng)護分為以下部分：路面裂縫修補與路面局部坑洞松散修補。

表1 國內(nèi)高速公路瀝青路面破損分類

圖2 稀漿封層施工技術(shù)圖

圖3 坑洞、松散修補施工技術(shù)圖

（1）路面局部坑槽松散等修補

從圖3能夠看出：坑槽、松散等局部修補方式難度較高，但實際施工過程中使用一臺養(yǎng)護車即可完成作業(yè)，因此使用該方式對瀝青路面進行養(yǎng)護比較高效簡便。

（2）裂縫修補

裂縫修補作為常見的瀝青路面修復(fù)作業(yè)，適用于需要進行填充修補的裂縫，主要有縱向、橫向及塊狀裂縫和反射裂縫。對于此類裂縫，需及時進行修復(fù)作業(yè)，圖4為裂隙修補技術(shù)圖。

圖4 裂隙修補技術(shù)圖

2.2.3 路面翻修

對于路面已經(jīng)產(chǎn)生大范圍損壞，形成了全面的結(jié)構(gòu)破壞，路面使用性能衰退或不能繼續(xù)使用的狀況，就要在特定深度范圍內(nèi)進行路面面層的重建工作。翻修路面過程中本著節(jié)約成本和資源的原則，一般要考慮廢料再生問題。以及修復(fù)及再生方式的差異，路面翻修通常分為三類：場拌再生技術(shù)、冷銑刨-熱鋪技術(shù)及就地再生技術(shù)。圖5為冷銑刨-熱攤鋪施工工藝流程圖。

圖5 冷銑刨-熱攤鋪施工工藝流程圖

2.3 再生技術(shù)

再生技術(shù)主要通過對舊的瀝青路面記性破壞、粉碎、再生之后將其與新瀝青進行攪拌混合，從而生產(chǎn)出符合建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的再生瀝青路面材料，適用于路面新建施工及養(yǎng)護修補工作。表2為高速公路瀝青路面再生技術(shù)選擇。

表2 高速公路瀝青路面再生技術(shù)選擇

就地再生技術(shù)有著施工進度快的優(yōu)點，但相比于場拌再生，就地再生材料的質(zhì)量控制難度很大，使用的機械設(shè)施也較為復(fù)雜，所以現(xiàn)在主要使用的再生方式為場拌再生。

3 養(yǎng)護機械優(yōu)化配置

養(yǎng)護機械優(yōu)化配置作為機械化養(yǎng)護施工體系的重要部分，直接的表現(xiàn)了養(yǎng)護機械合理使用，主要包括養(yǎng)護機械優(yōu)化配置的實際內(nèi)容、有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、要求、采用的原理及實際作業(yè)方式，進一步表現(xiàn)為機械化養(yǎng)護的質(zhì)量、施工時間及施工成本的優(yōu)化。

3.1 養(yǎng)護機械化

養(yǎng)護機械化，即為高速公路瀝青路面的養(yǎng)護修復(fù)工作大部分的作業(yè)交由技術(shù)性能參數(shù)相互協(xié)作的配套機械完成。經(jīng)過具體的施工組織管理，相關(guān)機械系統(tǒng)在既定施工環(huán)境中能靠最優(yōu)技術(shù)經(jīng)濟方式確保養(yǎng)護工作的效率及指廊。機械化養(yǎng)護是一個系統(tǒng)化的工程，它受相關(guān)規(guī)定的制定、資金的多少、養(yǎng)護機械的選擇、施工技術(shù)的選擇等多方面的影響。

養(yǎng)護機械化強化了瀝青路面養(yǎng)護維修設(shè)備的系統(tǒng)性和協(xié)調(diào)性，應(yīng)在養(yǎng)護維修技術(shù)、路面類型、道路位置等進行參考，確立高速公路養(yǎng)護機群系統(tǒng)，系統(tǒng)的重點是確保養(yǎng)護機械充分發(fā)揮效益，但在實際施工過程中也會存在某些程序需要人工完成的現(xiàn)象。

①養(yǎng)護機械的配置選擇應(yīng)達到養(yǎng)護施工相關(guān)要求及實際施工環(huán)境條件，機械化施工一定要滿足養(yǎng)護施工質(zhì)量及效率，還要進行程序化的組織管理體制；②養(yǎng)護機械使用及管理過程也要滿足機械使用規(guī)律，充分發(fā)揮機械的技術(shù)經(jīng)濟效益。做到以上兩方面，才能在保證養(yǎng)護質(zhì)量的同時，保證養(yǎng)護機械的效率。

3.2 養(yǎng)護機械設(shè)備優(yōu)化配置

養(yǎng)護機械設(shè)備優(yōu)化配置是指把機械化養(yǎng)護施工系統(tǒng)作為研究目標(biāo)，通過概率統(tǒng)計學(xué)、隨機服務(wù)理論、運籌學(xué)、模擬仿真的方式，收集、分析、計算系統(tǒng)參數(shù)，從而選擇最佳的優(yōu)化方式，促使系統(tǒng)的各個機械設(shè)施在技術(shù)參數(shù)達到協(xié)調(diào)作用，實際施工中相互合作，進而形成合理的、高效的、高收益的機械化養(yǎng)護系統(tǒng)。

機械化養(yǎng)護系統(tǒng)的最佳配置有幾部分組成：①按照實際施工環(huán)境，選擇機械系統(tǒng)優(yōu)化配置方案；②通過分析機械系統(tǒng)的優(yōu)化配置，對機械系統(tǒng)的選擇，優(yōu)化選擇和實際條件進行決定；③確定機械系統(tǒng)優(yōu)化配置方案。

以某高速公路養(yǎng)護路段年均作業(yè)量為瀝青路面10cm計算，寬度為9m，施工期為四個月，按以上條件選配養(yǎng)護機械。

3.2.1 攪拌設(shè)備的選擇

A——施工面積，m2；

H——路面厚度，m，H=0.1m；

D——瀝青拌合物壓實密度，t/m3，D=2.4t/m3；T——預(yù)計養(yǎng)護時間，T=120d；

Q——開工日系數(shù)，取Q=0.8（不考慮節(jié)假日）；L——每天平均工作時長，h，L=8h。代入數(shù)據(jù)得：P=28（t/h）。

按以上計算可得出，只需一臺生產(chǎn)效率為30t/h的攪拌機械。

3.2.2 刨銑設(shè)備的選擇

按公式QX=S（/T·k·t）計算

其中：S——需要進行刨銑的面積，m2；S=104m2；

T——預(yù)計施工期限，d，T=120d；

K——時間利用系數(shù)；

T——每日平均工作時長，h，t=8h。

假設(shè)選擇的刨銑機工作性能為：刨銑寬度1.5m；刨銑速度為20m/h；刨銑深度為0.3m。

平均每天及其生產(chǎn)能力由 qx=b·v·h·k。由以上數(shù)據(jù)可得n=QX/qx=2。

3.2.3 攤鋪設(shè)備的選擇

攤鋪設(shè)備選擇，首先要保證的是施工質(zhì)量，滿足以上要求后，依據(jù)公式，攤鋪工作性能要達到攪拌設(shè)備的1.3～1.5倍。因此，選擇攤鋪設(shè)備應(yīng)選擇工作能力為45t/h，攤鋪寬度為4.5m的攤鋪設(shè)備，所需數(shù)量為一臺。

3.2.4 瀝青加熱設(shè)施的選擇

瀝青加熱設(shè)備應(yīng)先考察其加熱性能，以茂名60瀝青為標(biāo)準(zhǔn)，考慮相關(guān)施工要求，假設(shè)瀝青加熱設(shè)備生產(chǎn)能力為2.5t/h，因此可以選擇供熱能力為1.05·106kJ/h的加熱設(shè)施。

3.2.5 壓路機類型選擇

壓路機與攤鋪設(shè)備相同，都要滿足施工質(zhì)量的前提。

假設(shè)現(xiàn)場溫度為25℃，攤鋪速度5m/min，路幅寬度10．75m，己選用CC21型振動壓路機振動復(fù)壓4遍，試確定其配備數(shù)量。

氣溫25℃時，設(shè)碾壓作業(yè)段長為80m，由經(jīng)驗取壓路機壓實有效時間利用系數(shù)KB=0.7；碾壓速度選用5km/h；又已知CC21型振動壓路機的碾輪寬度b=1．4m，經(jīng)計算可得需要三臺壓路機。

3.2.6 運料自卸車

運送車輛需常備三到四臺，也可以按工程量，采用社會車輛，達到節(jié)省施工成本的目的。按有關(guān)工序，需配置5t瀝青油罐車一臺及4t裝載機一臺。

4 養(yǎng)護機械配置的評價體系分析

在高速公路瀝青路面機械化養(yǎng)護方案的選擇過程中，怎樣對相關(guān)養(yǎng)護設(shè)備類型及數(shù)量的選擇是復(fù)雜而重要的問題。在確定瀝青路面的破損狀況及交通量、研究路面養(yǎng)護規(guī)律、依照養(yǎng)護施工作業(yè)量的多少確定設(shè)施配置選擇、選用合理的機械養(yǎng)護體系情況下，確保養(yǎng)護修復(fù)工作的質(zhì)量、效率及效益。而對養(yǎng)護機械體系的研究和選擇，不僅要參考技術(shù)工藝難度問題，同時要對社會、經(jīng)濟、施工環(huán)境等多方面的因素進行思考。大多數(shù)情況下，高速公路瀝青路面養(yǎng)護機械配置方案的抉擇要從效益、環(huán)境、環(huán)保等多方面進行考慮。配置方案不僅能達到養(yǎng)護施工需求，節(jié)省施工成本，獲得最優(yōu)經(jīng)濟效益，還要在施工質(zhì)量及周邊環(huán)境保護方面進行確保。這就是多屬性決策問題。高速公路養(yǎng)護管理單位應(yīng)按照有關(guān)評定標(biāo)準(zhǔn)，對高速公路瀝青路面的機械化養(yǎng)護配置方案進行評定及選擇。

通過屬性權(quán)重數(shù)據(jù)難以預(yù)知所有事件，所以多屬性決策問題特點如下：屬性權(quán)重信息不完全性會導(dǎo)致決策方案選擇的不確定性，因此，只憑借現(xiàn)有信息對養(yǎng)護機械配置方案進行選擇，就會發(fā)生方案不適合實際施工狀況的現(xiàn)象。

5 結(jié)束語

對國內(nèi)高速公路瀝青路面養(yǎng)護修補工藝及養(yǎng)護機械配置現(xiàn)狀進行研究，通過分析瀝青路面養(yǎng)護管理部門、施工單位及施工機械單位之后，發(fā)現(xiàn)瀝青路面養(yǎng)護機械優(yōu)化配置急需改善。隨著社會的發(fā)展和技術(shù)的進步，高速公路瀝青路面養(yǎng)護，受到施工材料和施工機械配置的進步的影響也會逐步發(fā)展，在這些環(huán)節(jié)進行把控，能夠促進國內(nèi)道路路面養(yǎng)護施工質(zhì)量和經(jīng)濟效益，從而保證民眾出行的安全性，保證民眾的生命財產(chǎn)安全。

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