高速公路瀝青路面大修方案和時(shí)機(jī)控制研究

朱 勇 劉泉菲

(長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

0 引言

隨著我國(guó)高速公路總里程數(shù)和交通流量快速增長(zhǎng)，高速公路建設(shè)步入路面養(yǎng)護(hù)、大修的高峰期。由于長(zhǎng)期超載超限、氣候變化及養(yǎng)護(hù)管理人員對(duì)于高速公路路面養(yǎng)護(hù)意識(shí)和水平較低，迫使路面裂縫、車(chē)轍、坑槽等現(xiàn)象嚴(yán)重，使得高速公路路面養(yǎng)護(hù)大修方案選擇及時(shí)機(jī)控制變得尤為重要，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者們也開(kāi)展了相關(guān)的研究。20世紀(jì)80年代末期，由美國(guó)教授Hundson提出的養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)PMS[1-2]使路面管理得到完善，降低了道路的養(yǎng)護(hù)成本同時(shí)提高了路面的使用性能。田海寧[3]從全壽命周期成本角度闡述了在選擇養(yǎng)護(hù)投資方案時(shí)應(yīng)該綜合考慮初期設(shè)置費(fèi)用及后期的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用等因素。李峰[4]基于支持向量機(jī)對(duì)路面行駛質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析，結(jié)合交通量數(shù)據(jù)判別大修的合理時(shí)機(jī)。

1 路面養(yǎng)護(hù)全壽命周期及衰變模型

1.1 路面養(yǎng)護(hù)全壽命周期概念

高速公路項(xiàng)目全壽命周期，即從項(xiàng)目立項(xiàng)開(kāi)始經(jīng)過(guò)建設(shè)運(yùn)營(yíng)到退出服務(wù)的整個(gè)過(guò)程。其路面養(yǎng)護(hù)全壽命周期指從某次路面養(yǎng)護(hù)完成到項(xiàng)目不能滿(mǎn)足需要而進(jìn)行報(bào)廢的時(shí)間。其中有：

式中PQI指表征某時(shí)刻路況性能綜合指標(biāo)，路面完好程度即PCI，RDI指表征路面車(chē)轍系數(shù)，RQI指表征路面抗滑性能，SRI指表征路面抗滑性能，Wi表示相應(yīng)性能所占權(quán)重。隨著路面使用時(shí)間增加，各路面狀況指數(shù)會(huì)隨之下降。如圖 1所示為路面養(yǎng)護(hù)全壽命周期為

圖1 全壽命周期路面性能變化示意圖

1.2 衰變模型

對(duì)路面的養(yǎng)護(hù)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，引入效果費(fèi)用比作為計(jì)算指標(biāo)。養(yǎng)護(hù)周期內(nèi)的效果有兩層含義：第一層表示養(yǎng)護(hù)某時(shí)刻測(cè)出的即時(shí)效果，通常從 100逐步下降；另一層表示壽命周期效果，即□PQI是累積產(chǎn)生效果值。在路面性能衰變模型選擇時(shí)，基于經(jīng)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)回歸法避免了復(fù)雜的力學(xué)等分析，操作相對(duì)簡(jiǎn)單。參照衰變模型如公式(2)-公式(4)，對(duì)于累積效果值進(jìn)行測(cè)算并用效果費(fèi)用比指標(biāo)進(jìn)行比較。

2 實(shí)例分析

選取某高速公路瀝青路面左行路段1.6km在時(shí)刻2015年的性能指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)，該高速采用雙向六車(chē)道設(shè)計(jì)，每條車(chē)道寬3.5m。高速公路已投入運(yùn)營(yíng)8.7年，所以t0=2010年，當(dāng)時(shí)該右行路段測(cè)得路況指數(shù)分別為：PCI = 82.27，RDI= 74.68，RQI = 84.95，SRI = 85.29，權(quán)重分別為:0.35，0.15，0.4和0.1。下面運(yùn)用壽命周期效果費(fèi)用指標(biāo)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)方案的選擇，3種典型養(yǎng)護(hù)對(duì)策有現(xiàn)場(chǎng)熱再生(60元/m2}，罩面(90元/m2}，銑刨(160元/m2}，養(yǎng)護(hù)作業(yè)量為16800 m2。按照公式(1)-(4)測(cè)算各養(yǎng)護(hù)對(duì)策措施效果如表1所示。

表1 養(yǎng)護(hù)措施效果比較

表2 養(yǎng)護(hù)措施效果變化情況

從表 2中可知，熱再生方案隨著單價(jià)變化具有較高的敏感程度，在方案選擇時(shí)應(yīng)該及時(shí)注意養(yǎng)護(hù)單價(jià)的變化情況，應(yīng)該保證整體上具有更好的實(shí)施效果，對(duì)于單價(jià)變化影響明顯的方案提出針對(duì)性保障措施。其次以大修時(shí)間為自變量，方案單價(jià)、權(quán)重均保持不變，而路況指數(shù)也隨著大修時(shí)間延長(zhǎng)而降低。如表3、圖2所示，前面針對(duì)效果費(fèi)用比最大為原則選用的熱再生方案，接著根據(jù)公式推算出隨著大修時(shí)間延長(zhǎng)1年、2年、3年或者提前1年產(chǎn)生的不同的路況指數(shù)。

從圖3可知，2015年后，選用熱再生方案路面路況指數(shù)RDI、RQI、SRI均產(chǎn)生一定程度下降，路面狀況指數(shù)下降導(dǎo)致后期維護(hù)成本必然增加。通過(guò) MATLAB輸入不同大修時(shí)間計(jì)算出項(xiàng)目壽命期的實(shí)際效益，不同大修時(shí)間所產(chǎn)生的壽命周期效益如表4。

表3 不同大修時(shí)間路況指數(shù)

圖3 不同大修時(shí)間路況指數(shù)變化趨勢(shì)

表4 不同大修時(shí)間養(yǎng)護(hù)措施效果

□RQI 368.86 403.39 433.02 457.89 478.23□SRI 324.87 354.15 379.38 400.70 418.33

由計(jì)算可得，選擇2014年大修所得壽命周期收益為□PQI = 337.35；以普通高速公路20年為計(jì)算期，則整個(gè)計(jì)算期效益為876.23；同理2015年、2016年、2017年、2018年分別效益為845.54、812.29、777.40、741.76。分析可知，2015年后，計(jì)算期效益會(huì)大幅下降，同時(shí)由于性能下降所帶來(lái)的維護(hù)成本增加，導(dǎo)致效果費(fèi)用比固然下降，所以項(xiàng)目大修時(shí)間在7.7-8.7年之間進(jìn)行比較適合。

3 結(jié)論

文章從路面養(yǎng)護(hù)全壽命周期角度出發(fā)，選取適合的路面大修的衰變模型，通過(guò)分析對(duì)比高速公路項(xiàng)目從立項(xiàng)時(shí)刻開(kāi)始到大修時(shí)刻的效果費(fèi)用，可以針對(duì)性選出適合某次大修的確切方案，同時(shí)分析方案單價(jià)變化對(duì)效果費(fèi)用的影響以更好觀測(cè)方案壽命周期成本的變化。

[1]晏飛. 高速公路日常養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[D].長(zhǎng)安大學(xué),2016.

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[3]田海寧.全壽命周期費(fèi)用成本分析在吐烏大高速公路大修方案選擇中的應(yīng)用[J].公路交通科技:應(yīng)用技術(shù)版, 2010(12):143-145.

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