基于PQI指標的瀝青路面技術狀況預測研究

于忠慶

(龍建路橋股份有限公司華南分公司，黑龍江 哈爾濱 150090)

1 瀝青路面破壞形式及技術指標變化

1.1 瀝青路面破壞形式

(1)裂縫類

裂縫主要的表現形式有：龜裂(網裂)、橫縱向裂縫等。影響裂縫產生的因素有組成結構原材料的特性、環境因素、公路等級、車輛荷載以及施工工藝等，路面結構材料較優、環境條件適宜、車輛荷載較低、采用先進的施工工藝均會降低瀝青路面產生裂縫的幾率。裂縫類病害也是瀝青路面的主要破壞形式，如瀝青路面產生裂縫不能及時妥善處理，會造成裂縫繼續擴張，同時外界水分等不良因素會對路面結構層產生更大的破壞，因此，當路面裂縫發展到一定程度或剛剛產生時應立即妥善展開養護維修工作。

(2)變形類

瀝青路面變形類破壞的主要表現形式有沉陷、車轍、波浪擁包等，產生原因主要在于路面基層結構承載能力不足、車輛的重復荷載、瀝青混合料的高溫穩定性較差。變形類破壞會降低車輛行駛的安全性，當車輛運行速度越快，所引起的不安全性也越大；變形量過大也會在行車過程中產生顛簸，造成駕駛員的不適，影響車速；同時變形類破壞也會使瀝青路面在下雨天產生積水現象，使得瀝青路面產生變形類破壞與水損害耦合導致瀝青路面加速破壞。變形類損壞也是瀝青路面較為突出的損壞形式，現已被廣泛重視。

(3)其他類

其他類損壞形式其產生原因沒有很明顯的共同特點，如坑槽、松散、泛油、修補等。坑槽產生的原因可能在于局部瀝青路面施工質量不良、含水量過大，造成瀝青路面局部位置率先產生坑槽，隨著車輛荷載作用坑槽不斷擴大。松散產生的原因可能在于瀝青與石料粘結力不足或瀝青路面在低溫環境下施工使瀝青不能很好的與集料結合造成松散。造成泛油的原因可能是混合料中瀝青含量過高，或者是低溫季節的鋪裝導致路面失去了太多的填隙材料。當環境溫度升高時，礦料在荷載作用下被擠壓，瀝青向上運動泛出，導致路面出現油層。這些均屬于瀝青路面的破壞形式，均對瀝青路面技術狀況產生不良影響。

1.2 瀝青路面技術指標變化

瀝青路面技術指標會隨著時間的延長，瀝青路面的技術指標逐步下降。有研究表明，瀝青路面在其使用年限的前3/4的時間內路面技術狀況下降了2/5左右，而在隨后的12%的時間內路面技術狀況出現了加速下降的趨勢，再次下降了2/5。相應的一些研究者針對預防性養護進行探究，對一般的高速公路瀝青路面，若在早期展開預防性養護，只需對路面進行稀漿封層表面處治，若待到中期再展開預防性養護，則需要對路面進行罩面處理，其養護成本比早期提高了好幾倍。因此確切地預測瀝青路面變化狀況，采用預防性養護措施，對瀝青路面合理的進行養護將在瀝青路面整個運營周期起到至關重要的作用。

1.3 瀝青路面的PQI指標

根據《公路技術狀況評定標準》(JTG h20-2007)規范的規定，瀝青路面使用性能指數(PQI)作為評價瀝青路面狀況的指標，瀝青路面使用性能指數(PQI)是由路面損壞狀況指數PCI、路面行駛質量指數RQI、路面車轍深度指數RDI、路面跳車指數PBI、路面磨耗指數PWI、路面抗滑性能指數SRI和路面結構強度指數PSSI七個指標共同決定，PQI計算公式為式(1)。

PQI=wPCIPCI+wRQIRQI+wRDIRDI+wPBIPBI+wPWIPWI+wSRISRI+wPSSIPSSI

(1)

式中：wPCI、wPQI、wPDI、wPBI、wPWI、wSRI、wPSSI分別為對應指標在PQI中所占權重。

2 基于PQI指標的瀝青路面技術狀況預測

我國以瀝青路面PQI指標作為評價瀝青路面狀況的指標，掌握PQI的變化情況就能及時了解路面所處狀況，在恰當的時機對路面進行養護維修使路面維持在較好等級。本文選取哈大高速公路某段歷年PQI指標對瀝青路面技術狀況進行分析研究。

2.1 哈大高速瀝青路面使用性能狀況

根據調查收集到哈大高速歷年來PQI指標見表1、如圖1所示。

表1 哈大高速瀝青歷年PQI指標

圖1 PQI指標變化曲線圖

從圖1中可以看出哈大高速在改建后PQI指標一直處在較高水平，隨著運營通車年限增加PQI指標逐漸降低；在2014年PQI指標較前一年明顯提高，經調查得知是因為管理部門對哈大高速進行了適當的養護維修。通過圖1可以得出養護維修能快速有效的提升路面性能指數，但改善效果無法達到路面竣工驗收時的狀況，該結果對后面瀝青路面性能預測提供重要依據。

2.2 瀝青路面使用性能變化預測

從圖1可知2013年哈大高速進行了養護維修，為使路面性能預測期內進行正常養護，所以選擇2011年和2014年PQI進行預測。哈大高速公路在2009年完成改建工程，因此假定哈大高速瀝青路面2009年建成后的PQI為100，用這三個具有代表性的年份預測未來設計年限內的路面PQI指數變化情況。采用不同擬合方程，對三個代表年份的PQI指數進行擬合，擬合情況如圖2所示。

圖2 哈大高速歷年PQI擬合圖

根據圖2擬合曲線，對瀝青路面PQI指標進行預測，不同擬合函數，得到不同預測值，預測結果見表2，如圖3所示。

表2 歷年PQI擬合預測數據

圖3 哈大高速歷年PQI擬合預測

分析預測的歷年PQI值，結合2014年實際數據，從圖3中可看出多項式擬合出現明顯不合理，所以將其剔除后采用其他多項式擬合預測哈大高速PQI指標。將不同擬合形式按擬合接近程度進行排序，關系為對數函數=乘冪函數>指數函數=線性函數，因此取其中兩個代表函數進行預測，預測結果見表3。

表3 哈大高速歷年PQI預測數據

由于眾多因素不確定性，本文根據擬合吻合程度R2的大小，對預測數據進行總結，有53.26%情況下，哈大高速到2017年指標為93.9，有46.74%情況下，哈大高速到2020年指標為92.8。按照PQI評價指標，此時哈大高速瀝青路面使用狀態仍然處于優良狀態，根據擬合指標R2大小可以得到，在正常養護條件下PQI指標隨運營年限成對數關系變化。

4 結 論

瀝青路面隨著運營時間增加，在環境、車載等條件作用下會出現不同程度病害，分析病害產生的原因將其歸納總結成三類破壞形式：裂縫類、變形類、其他類。

瀝青路面技術狀況指數PQI由PCI、RQI、RDI、PBI、PWI、SRI和PSSI七個指標共同決定。

隨著運營通車年限增加PQI指標逐漸降低，當進行適當養護維修后PQI指標有明顯的提高，但不能恢復到竣工最初的指標。

根據哈大高速公路歷年的PQI指標預測，在正常養護維修條件下，PQI指標隨運營年限成對數關系變化。