湖南省高速公路中長期性能衰變模型研究

唐一菲

湖南省高速公路集團有限公司懷化管理處 懷化 418000

0 引言

任何事物的發展變化都有一定的規律，通過長期的跟蹤觀測、試驗和研究，在累積了大量的數據基礎的前提下，運用一定的數學物理知識便可探究其規律，建立模型，運用求得的模型便可預知其發展變化趨勢，以便采取科學合理的應對措施。因此，研究湖南高速公路典型路面結構的中長期性能，就是要通過對湖南省高速公路典型路面結構的長期跟蹤觀測數據進行深入挖掘，尋找其規律，建立符合工程實際的衰變模型。

1 路面性能數據基礎

路面使用性能數據的是按照《公路技術狀況評定標準》規定的采集頻率和數據要求進行采集的。路面性能以公里為單位進行評價，因此路面使用性能預測樣本數據的最小單元為公里。首先將采集的路面性能檢測數據按照路段劃分進行歸類，剔除掉離散性太大的性能數據，然后對樣本數據進行平均化處理。對各典型路面結構歷年的養護維修記錄（特別是大中修記錄）進行統計，分別統計未維修路面的性能以及采取了各種養護對策后的路面性能數據PCI、RQI，以便研究各典型路面結構的原始衰變規律以及不同處治對策對路面性能衰變規律的影響。

根據湖南省高速公路往年路況檢測數據結果，我們發現不同路面結構、不同交通量下路面使用性能指標的衰減幅度并不相同，所以本文提出的預測模型應該是一個參數不同的模型族，不同的模型參數適合于不同的典型性路段。

2 路面使用性能衰變模型的提出

2.1 衰變模型表達式

根據現有的路面使用性能衰變模型研究成果，結合湖南省高速工程實際，提出了一種基于余弦函數的路面性能衰變模型如式（1）所示。

式中：PPI為路面性能指數（PCI、RQI）；PPI0為初始性能指數；t為路齡。為相關參數，參數通過對歷年路況檢測數據線型回歸求得。

t為路面使用年限，實際上對于高速公路而言，路面使用性能不可能衰減到0。《公路養護技術規范》規定PCI或者RQI衰減到80以下時就應該采取大修或改建措施。該模型無論、t如何變化PPI始終在PPI0～0之間變化。

圖1 典型路面使用性能衰變曲線

2.3 路面使用性能預測模型參數的確定

雖然式（1）是非線性方程，但是可以通過以下變化，變成線性方程。將式（1）等價變換為式（3）：

對此方程采用最小二乘法進行線性回歸分析，求出a、b值后，就可反算出值。

結合湖南省典型路段的路面性能年報數據，對上述模型參數進行分析計算，得到各路面結構預測模型參數。

3 基于路面使用性能衰變模型的性能預測

運用上一節提出的路面性能衰變模型，以及回歸得到的模型參數，進行湖南省典型路面結構的路面性能預測，預測結果見圖2-3所示。

圖2 典型路面結構PCI預測圖

圖3 典型路面結構路面平整度（RQI）預測圖

4 結論

（1）在國內外現有研究成果的基礎上，結合湖南高速公路典型路面性能衰變狀況，提出一種新的路面性能衰變模型，分析了模型各參數的物理意義和參數的具體解法。

（2）基于湖南省未處治路段路面性能的檢測數據，對PCI、RQI指標的衰變模型參數進行計算，并運用新提出的路面性能衰變模型，對湖南省各高速典型路面的性能進行了預測。