基于層間功能層的水泥混凝土路面結構經濟性分析

滕 紅

(廣西交通投資集團有限公司，廣西 南寧 530022)

0 引言

采取在面板與基層間設置柔性功能層不僅可以緩解應力分布，改善水泥混凝土路面層間接觸受力狀況，而且可以防止滲漏水對基層的沖刷破壞，在水泥面板和基層之間起到很好的彈性緩沖作用。為探索該路面結構的適用性，在六景至欽州港高速公路劉圩至良圻連接線LK3+420～LK4+420鋪筑了試驗路。為進一步分析該路面結構的經濟性，本文采取全壽命周期成本分析方法對設置功能層的水泥混凝土路面結構經濟性進行分析。

1 試驗路路面結構

六景至欽州港高速公路劉圩至良圻連接線為水泥混凝路面，試驗路采用4 cm厚AC-13瀝青混合料功能層，具體路面結構見表1。

表1 路面結構對比表

2 全壽命周期成本費用分析

路面的全壽命周期一般指路面從施工建成投入使用，到路面狀況損壞嚴重、功能喪失，必須進行下一次結構性整體補強或重建之間的時間段。

2.1 路面全壽命周期成本組成

全壽命周期路面成本是指在路面全壽命周期內路面建設成本、養護成本及路面殘值的總和。從整個社會效益角度考慮，總費用組成中還應包括用戶費用，而用戶費用主要指車輛營運費、延誤費、行程時間費及事故費等。對本試驗路而言，在路面結構壽命周期末年，原路面結構需要大修重建，折現值以后路面的殘值非常小。因此，壽命周期成本對比分析中只選擇初始建設成本、大中修成本、養護成本。

2.2 成本分析方法

成本分析方法采用費用現值法，即采用考慮資金的時間價值，把不同方案各種現金流量折算在同一基年(路面建成通車當年)下的凈現值后進行比較。本文采用i=10%、7.5%和5%對應高、中、低3個不同水平折現率進行分析。分析期也是現值法中一個很重要的影響因素。本試驗路采用了合理的路面結構，路面壽命延長，分析期應該足夠長，因此，本文路面結構分析期取30年。

2.3 綜合單價參數

按照預算，各路面結構每平米綜合單價如表2所示。

表2 路面結構綜合單價對比表

2.4 初始建設成本對比

按雙車道二級公路考慮，路面寬10.50 m，計算各路面結構初期建設成本，如表3所示。

表3 每公里初期建設成本對比表

從初期建設成本來看，4 cm功能層路面結構初期建設成較高，比設計路面結構成本高約18%，每公里達到42.8萬元。

2.5 全壽命周期內路面日常養護及大中修成本

分析期內各項成本不考慮物價上漲因素。

2.5.1 日常養護成本

(1)設計路面結構：主要是裂縫封填、局部接縫灌縫處理、坑槽修補等。據調查目前廣西水泥混凝土路面，初期(1～5年)病害發展較慢，5～10年裂縫病害以平均每年20%左右的速度增長，10年后必須進行大修改造(參考桂柳路、柳南路、南北路等)。考慮到現有水泥混凝土路面結構相對之前有了很大改變，估計病害發展會有所減緩，1～8年日常養護費用預計為0.5萬元/年，8～15年以每年費用按20%的速度增長，15年后大中修改造加鋪瀝青，此后每年養護費用為1萬元/年。

(2)試驗路路面結構，病害發生將更少，預計1～10年內路面基本完好，日常養護費用將極少，以0.25萬元/年計算；11～20年以每年20%的速度增長；第20年進行加鋪改造，此后，每年養護費用為1萬元/年。

2.5.2 大中修成本

(1)設計路面結構：水泥混凝土路面前期中修成本較低，后期病害增多后中修成本急劇增加，擬定每4年中修一次，中修內容包括板底灌漿、換板、更換填縫料、錯臺修補等內容，根據資料估計第1次、第2次中修成本為10萬元/km，第2次為20萬元/km，第3次成本估計為30萬元/km，第15年需要進行大修，全幅加鋪雙層改性瀝青混凝土路面10 cm，舊路面需要徹底維修處理，加鋪層下設2.5 cm應力吸收層或改性瀝青混凝土AC-10調平層。舊路面維修成本為30萬元/km，調平層或應力吸收層成本為47萬元/km，雙層改性瀝青混凝土加鋪層單價估算為122.5元/m2，加鋪成本為144萬元/km，全幅1 km路面大修成本總共約221萬元/km。此后，按瀝青混凝土路面方案進行中修養護，第20年罩面，第25年中修。薄層罩面成本單價估算為35.50元/m2，7.5 m寬路面1 km成本約為26.60萬元/km。中修成本單價估算為58.80元/m2，全幅1 km路面中修成本約為61.80萬元/km。

(2)試驗路路面結構：該方案可以延長水泥混凝土路面壽命，大修時間延緩約5年，每4年中修一次，第4年成本為10萬元/km，第8年中修成本為15萬元/km，第12年增加到20萬元/km，第16年增加到25萬/km。第20年進行大修，全幅采用5 cmSMA-13+橡膠瀝青粘結防水層加鋪，舊路面維修成本為30萬元/km，橡膠瀝青粘結防水層成本為18萬元/km；SMA-13加鋪層單價估算為70.7元/m2，加鋪成本為83萬元/km，全幅1 km路面大修成本總共約為131萬元/km。此后，按瀝青混凝土路面方案進行中修養護，第25年采用罩面，薄層罩面成本單價估算為35.50元/m2，7.5 m寬路面1 km成本約為26.60萬元/km。

2.5.3 分析結果

綜上所述，各結構全壽命周期內日常養護及大中修成本按照不同折現率計算結果如表4、表5及圖1所示。

表4 設計路面結構全壽命周期養護維修成本現值計算表

表5 試驗路路面結構全壽命周期養護維修成本現值計算表

圖1 路面結構養護維修成本現值對比柱形圖

從對比結果來看：

(1)無論采用哪種折現率，在全壽命周期內試驗路路面養護成本均比設計路面結構養護成本低，全壽命周期內試驗路養護成本比設計路面結構養護成本低約40%左右。

(2)折現值越小，試驗路和設計路面結構在全壽命周期內養護成本差值逐漸減小，折現率分別為5%、7.5%和10%時，二者的差值分別為79.17萬元/km、58.51萬元/km和43.66萬元/km。

2.6 路面全壽命周期總成本分析

將路面結構方案初期建設成本與分析期內養護維修成本相加，可以得到兩種路面全壽命周期總成本，匯總結果見表6、圖2。

表6 全壽命周期內各路面建養總成本對比表

圖2 路面結構全壽命周期總成本對比柱形圖

從結果來看，

(1)盡管試驗路初步建設成本比設計水泥混凝土路面高，但在全壽命周期內，按照一定折現率折現后試驗路養護成本比設計水泥路面低得多，并且在全壽命周期內總成本也比設計水泥路面低。

(2)用現值法進行經濟性分析時，折現率的確定對其分析結果影響較大。折現率高，初期投資低的方案往往具有較高的經濟效益；反之，折現率低，初期投資大的項目方案就會顯得優越。當i=10%時，設功能層的水泥混凝土總成本和已有設計水泥混凝土路面差不多，只少0.86萬元；i=7.5%時，設功能層的水泥混凝土總成本比已有設計水泥混凝土路面少15.71萬元；i=5%時，設功能層的水泥混凝土總成本比已有設計水泥混凝土路面少36.37萬元。

(3)折現率對其總成本排序沒有影響，已有設計路面水泥混凝土路面平均建設成本為378.03萬元/km，下設功能層的水泥混凝土路面平均建設成本為360.39萬元，比前者低17.64萬元/km。綜上，設功能層的水泥混凝土路面初期建設成本比已有設計水泥混凝土路面高，但其總成本低，經濟效益好。

3 間接經濟效益分析

3.1 道路使用費用

從社會效益角度考慮，主要是道路使用者即用戶費用的節省。用戶費用主要指車輛營運費、延誤費、行程時間費及事故費等。設功能層的水泥混凝土路面相對未設的水泥混凝土路面，病害出現的時間將推后，病害嚴重程度將降低，壽命期路面狀況指數PCI整體較高，從而能減少車輛部件的磨損、降低車輛油耗，降低事故的發生率。同時病害減少后路面維修封閉的時間和路段也將大大減少，從而降低對車輛行車速度的影響。

3.2 降低路面管養的壓力

目前，嚴重制約著水泥混凝土路面發展的因素是水泥混凝土路面養護缺少成套養護設備，機械化程度低，造成效率低下，工程質量難以保證，養護成效差，維修時間長，對交通影響大。設置功能層后，路面病害減少，特別是嚴重的斷板脫空、錯臺情況減少，將大大減輕養護管理的壓力。

4 結語

本文通過對六景至欽州港高速公路劉圩至良圻連接線試驗路段設置4 cmAC-13瀝青混凝土功能層來改善水泥混凝土路面路用性能，并且對試驗路路面結構在全壽命周期內的經濟效益進行了分析；從建設初期成本來看，設置4 cmAC-13瀝青混凝土功能層的水泥混凝土路面結構成本較高，但是在一定折現率下，全壽命周期內試驗路路面養護成本均比設計路面結構養護成本低約40%左右，并且試驗路段總成本也較低；從道路使用費用和路面管養壓力方面，對試驗路間接經濟效益進行了分析，總體經濟效益較好。

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