基于瀝青路面檢測指標的服役性能衰變規律研究

吳志勇， 岳建洪， 陳金蓉， 張洲洋， 陳陽

(1.四川省交通勘察設計研究院有限公司， 四川 成都 610041；2. 四川成渝高速公路股份有限公司， 四川 成都 610021)

由于高速公路養護理論不成熟，常因養護時機不當或采用的養護方案不合理造成養護資金分配未能有效匹配地區路網養護，達不到期望效果。要在適當的時機選擇合適的維修養護方式，就需要了解和掌握瀝青路面使用性能的衰變特征，建立與其相關性好的性能衰變模型，通過該模型確定瀝青路面養護時機。該文在梳理現有瀝青路面衰變規律理論和模型的基礎上，依托成渝地區3條高速公路部分路段多年檢測數據，對分項指標采用合適的衰變規律模型進行擬合，分析瀝青路面服役性能的衰減特征，為瀝青路面預防性養護決策提供依據。

1 現有瀝青路面衰變規律模型

隨著評價方法及評價指標的應用，瀝青路面使用性能評價模型被提出并不斷更新發展。日本針對不同用戶提出了不同的模型，對管理者提出了路面養護管理指數MCI評價模型，對道路使用者提出了簡易的線性舒適性指數RCI模型；美國陸軍建筑研究工程所開發的PAVER系統首次采用扣分法建立路面破損評價模型，用于路況評價和預測；加拿大提出路面使用性能指數PQI，其值為路面狀態(裂縫等)指數CI、乘車舒適性指數RCI、路面結構適用性評級指數SAR的加權和，并以平整度指數IRI和路面狀況指數PCI為指標建立了路面使用性能衰變方程。借鑒國外研究成果，中國根據各地區的實際情況提出了許多預測模型，如北京模型、廣東模型、天津模型、交通科研所潘玉利博士提出的基于回歸的路面使用性能評價模型。

以實測數據為基礎的經驗統計模型是當前路面性能預測的主流形式，其中最易于管理者應用的是路面使用性能衰變方程。各種衰變模型均以路面逐年歷史檢測數據為基礎，借助一定的數據分析工具，采用相關數據方法擬合或分析得到。總體而言，瀝青路面使用性能衰變規律可歸結為凹形、凸形、反S形和直線形，分別采用多項式、指數、反S和直線等曲線形式表示(見圖1、表1)。

圖1 路面技術狀況衰變規律

表1 路面技術狀況衰變規律曲線特征

2 典型高速路段瀝青路面技術狀況衰變模型構建

選取成渝地區多條具有代表性的高速公路，結合歷年路面各分項指標(PQI、PCI、路面行駛質量指數RQI、路面車轍深度指數RDI、路面抗滑性能指數SRI)實測數據，分別擬合或回歸得到各分項指標衰變曲線，研究其衰變規律。

2.1 高速公路A

高速公路A上行K89+000—K105+000段2010—2018年路面分項指標衰減規律見圖2，擬合方程見表2，擬合方程的起始年均為2010年，含2015年再次養護后各指標所擬合的衰變方程。

表2 高速公路A上行K89+000—K105+000段路面技術狀況指標擬合方程

高速公路A通車伊始，交通量逐年增加，重載、超載車輛比重較大，經過多次維修養護，特別是2009年大修后，路面使用性能衰減速度整體偏快。根據圖2，路面使用性能指標PQI、PCI、RQI、RDI和SRI整體呈反S形衰變趨勢。1)PQI在2010—2014年呈反S形變化規律，前期衰減較緩慢，隨著通車運營時間的延長，衰減速率顯著增大，之后衰減趨勢逐年變緩，采用反S形函數擬合具有較好的相關度；2015年左右進行一定養護維修后，PQI值明顯高于2014年，路面使用性能得到一定提升；2015—2018年進行了局部修補等養護，其衰減速率小于2010—2014年。2)PCI的衰減過程與PQI指標變化過程相似，前3年衰減速率較小，2015年左右進行一定養護維修后，PCI值得到一定提升。但2015—2016年出現衰減，整體養護后PCI衰減速率較大，2015年該路段采取的養護措施并不能從所收集的資料中得到體現。3)RQI指標在2010—2012年變化較平緩，2012—2015年緩慢下降，但其衰減速率小于PQI和PCI。4)RDI值從2010年的93.18衰減至2014年的86.37，下降明顯；2015—2018年從86.63下降至84.36，衰減較平緩，2015年左右實施的養護維修對車轍狀況的改善并不顯著。5)SRI指標在2010—2014年衰減幅度較大，2015年左右實施的養護維修對路面抗滑性能的改善作用較小。綜上，2015年左右實施的養護維修對PCI的改善較明顯，但對RQI、RDI和SRI等指標的改善有限。2015年左右進行的養護維修可能為局部病害整治或局部段落的銑刨換鋪。

圖2 高速公路A上行K89+000—K105+000段路面技術狀況指標擬合

2.2 高速公路B

高速公路B上行K1854+000—K1868+000段2010—2018年路面分項指標衰減規律見圖3，擬合方程見表3。

表3 高速公路B上行K1854+000—K1868+000段路面技術狀況指標擬合方程

圖3 高速公路B上行K1854+000—K1868+000段路面技術狀況指標擬合

對高速公路B上行K1854+000—K1868+000段的RQI和RDI指標采用多項式進行擬合，未表現出明顯的變化規律；其余各指標均呈現反S形衰變趨勢，其中PCI指標衰變規律最顯著，以PCI指標作為路面使用性能衰變趨勢分析主控指標較合理。從PQI、RQI、RDI衰減曲線來看，2012年左右應該進行過相關養護維修，但養護歷史資料上并未體現。PQI指標采用反S形衰變函數進行擬合，2010—2011、2015—2016年表現出明顯的衰減趨勢，2011—2015年衰變趨勢較平緩。PCI指標采用反S形函數擬合，2010—2013年保持較小的衰變趨勢，2013—2016年呈現大幅度連續衰減趨勢。SRI指標的大幅度衰減出現在2011—2013年，2013—2016年SRI變化較平緩。整體而言，該路段除PCI指標外，各指標在2011—2016年的衰變規律并不顯著。

2.3 高速公路C

高速公路C下行K2149+000—K2167+000段2010—2018年路面分項指標衰減規律見圖4，擬合方程見表4。

表4 高速公路C下行K2149+000—K2167+000段路面技術狀況指標擬合方程

圖4 高速公路C下行K2149+000—K2167+000段路面技術狀況指標擬合

對高速公路C下行K2149+000—K2167+000段各指標均采用反S形函數進行擬合，且各指標的規律性較強，可見，維修養護歷程的未知和典型路段的選取對衰變趨勢擬合的影響較大。PQI和PCI指標的衰減曲線變化規律相似，2010—2012年衰減曲線較平緩，2013—2014年衰減趨勢明顯。RQI指標在2010—2016年變化范圍不大，呈現連續下降趨勢，且各年衰減幅度基本均衡。RDI指標值由2010年的93.43下降至2014年的87.97，其中2012年衰減最明顯；2012—2014年RDI基本維持在一個相對恒定的范圍。SRI指標在2010—2013年下降幅度較大，隨后衰變較平緩。

3 結論

(1) 采用反S形函數能較好地擬合PQI、RQI、RDI、SRI、PCI等路面使用性能指標的衰減特征，其中PQI和PCI作為路面使用性能衰變趨勢分析主控指標，其衰減曲線變化規律相似。

(2) 根據路面性能模型，路面性能指標在公路新建初期衰減較慢，在使用后期衰減速率明顯增大，與路面實際情況一致。

(3) 局部修補可較大幅度改善PCI指標，但對RQI、RDI、SRI等指標的影響較小。

(4) 根據路面檢測指標的衰減規律可獲知既有道路近期采用的養護方式，也可作為后續瀝青路面預防性養護方案決策及養護規劃制定的重要依據。