基于技術效應的瀝青路面養護后評價研究*

田陳燕，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)

《公路建設項目后評價工作管理辦法》和《公路建設項目后評價報告編制辦法》對公路建設項目后評價作了較全面的規定，明確了公路項目后評價的工作重點及后評價報告的文本格式和內容，但均針對新建項目。而養護項目的評價與新建項目截然不同，例如新建項目的經濟后評價主要側重于國民經濟的影響等，養護項目的經濟后評價則更關注對項目管理者的經濟效益和技術效益的影響。瀝青路面養護后評估是在詮釋瀝青路面性能演化規律的基礎上，開展路面養護維修措施成效分析，為下階段瀝青路面養護決策提供依據。方凱從預防性養護項目的實施過程、經濟效益、環境影響、社會影響四方面探討了預防性養護項目后評價方法與步驟，對實施過程的評價采用專家打分法，這種方法很難實施，養護項目的參與單位人員顯然不宜作為評分專家，而未參與項目的人員難以了解項目實施詳細情況，因而很難得到合理的打分結果，同時對經濟效益的評價未提出具體方法。張東旭針對廠拌熱再生路面進行后評價，但只分析了廠拌熱再生項目的工程實施效果。查慶等對養護后瀝青路面抗滑性能進行評價，對比分析了養護后抗滑指標在3.5年內的變化趨勢。胡國祥等提出從工程技術、管理技術、經濟效益、環境及社會影響等方面建立預防性養護項目后評價體系，但未給出可操作的評價方法。范上寧通過對采取預養護措施的高速公路瀝青路面損壞狀況、結構狀況和抗滑性能進行檢測與評估，評價了灌漿處理、強化劑預養護、瀝青再生預養護的效果。眾多學者對瀝青路面技術狀況衰變特征進行了研究，但鮮有學者將其與瀝青路面養護后評估進行關聯，同時針對瀝青路面養護后評估的研究較少，且未形成具體可行的評價體系。鑒于此，該文根據成樂(成都—樂山)高速公路下行(樂成方向)K62+000—K80+000段2010—2018年各項養護維修數據，結合瀝青路面技術狀況和裂縫率演變規律，從養護維修路段選擇、養護時機、養護措施觸發指標和養護技術效果方面對瀝青路面養護進行后評價。

1 工程概況

成樂高速公路全長86.4 km，于1999年12月建成通車，雙向四車道。位于亞熱帶濕潤氣候區，瀝青與瀝青混合料氣候分區為夏炎熱冬溫潮濕區(1-4-1)。項目建成通車以來，交通量一直保持較高增長，根據交通量預測結果，成都—青龍場段交通量預計在2025年左右達到80 000 pcu/d，青龍場—樂山段交通量預計在2025年左右達到50 000 pcu/d。

成樂高速公路原路面結構為4 cm抗滑表層AK-13A+5 cm中粒式瀝青混凝土AC-20I+6 cm粗粒式瀝青混凝土AC-30I+30 cm二灰(水泥)穩定碎礫石基層+14～35 cm級配砂礫底基層。該高速公路已通車20多年，交通量大、重載車輛多，全線絕大多數段落都進行了大修整治或罩面專項處治，2009年左右全線加鋪了4 cmSBS改性瀝青AC-13C罩面，下行K62+000—K80+000段在2015年再次加鋪了4 cm改性瀝青AC-13C罩面。

2 瀝青路面技術狀況和病害演化特征

2.1 瀝青路面技術狀況衰變趨勢分析

成樂高速公路下行K62+000—K80+000段2010—2018年瀝青路面技術狀況衰減規律擬合結果見圖1，擬合方程見表1(擬合方程的起始年均為2010年)。由圖1可知：該路段除路面車轍深度指數RDI衰變規律不顯著外，其余各指標在2010—2013年均呈現明顯衰減趨勢，整體近似呈反S形；除抗滑性能指數SRI外，其余各指標隨運營時間增加衰減速率均較緩。2015年左右再次實施的維修養護對路面使用性能指數PQI、路面損壞狀況指數PCI、RDI和路面行駛質量指數RQI的提升較明顯。根據衰變擬合曲線波動情況，該路段PQI指標在2010—2014年衰減幅度大于2015—2018年；PCI指標在2010—2014年的衰減趨勢小于2015—2018年，受病害范圍擴大的影響，2017—2018年衰減幅度更顯著；RQI指標在2010—2014年整體呈反S形曲線變化，在2011—2012年衰減速率較大；RDI指標由2010年的94.00下降至2014年的84.25，數值變化較大，尤其在2010—2011年，2016年以后衰減趨勢逐漸變緩；SRI指標在2010—2014年呈現反S形變化規律，衰減速率較大，2016—2018年其值基本保持恒定。

表1 瀝青路面技術狀況評價指標擬合方程

圖1 瀝青路面技術狀況評價指標擬合結果

2.2 瀝青路面病害發展狀況分析

2010—2018年成樂高速公路下行K62+000—K80+000段瀝青路面病害以裂縫類和修補類病害為主，其中2014年修補類病害面積最大(3 925.06 m2)，2015年加鋪4 cm AC-13C改性瀝青混合料后，修補類病害清零；橫向裂縫病害在2014年達到150.29 m2，長約752 m；2017—2018年龜裂病害增長速率大幅增加，2018年龜裂病害面積為239.78 m2(見表2)。

表2 成樂高速公路下行K62+000—K80+000段瀝青路面病害統計

2010—2018年該路段裂縫率演化規律見圖2，擬合方程見式(1)、式(2)。2009、2015年加鋪罩面后裂縫率發展規律近似服從冪函數增長，2013—2014年、2017—2018年裂縫率呈現跨越式增長，這一現象均發生在加鋪罩面后第2～3年，且后一次養護后增加幅度大于前一次養護，路齡對裂縫率演化規律的影響較顯著，且再次養護后裂縫率的增加趨勢大于前一次養護。

圖2 瀝青路面裂縫率發展狀況擬合

CR=6.71×10-10×t9.70

(1)

CR=4.37×10-20×t17.85

(2)

3 瀝青路面養護維修后評價

3.1 養護路段選擇后評價

如圖3所示，2014年成樂高速公路下行K62+000—K80+000段PQI、PCI總體較低，RQI也偏低，RDI有個別位置低于80，SRI整體偏低，總體上技術狀況較差。因此，2015年對該路段瀝青路面進行病害處治，加鋪4 cm改性瀝青混凝土AC-13C，養護路段選擇較合理。

圖3 2014年瀝青路面技術狀況指標值

3.2 養護時機選擇后評價

文獻[9]提出采用PCI性能指標衰減加速時點(對比歷年檢測數據發現衰減明顯變快的時點)作為預防性養護參考依據，將其與宏觀路況標準下限值相比較，若已出現加速破壞趨勢(即PCI衰減加速時點已出現)但未達到宏觀路況標準下限值，則應考慮進行預防性養護；若加速破壞趨勢暫未出現或PCI衰減加速時點預計出現在宏觀路況標準的下限值以下，則以路況指標(RQI、PCI、SRI、RDI)達到或接近宏觀路況標準的下限值作為預防性養護實施時機。據此，瀝青路面養護時機后評價中以路面技術狀況指標下限值和衰減速率來判斷養護時機的合理性。

成樂高速公路下行K62+000—K80+000段2010—2018年瀝青路面技術路況數據相對于上年的變化情況見表3和圖4。該路段2014年瀝青路面技術狀況檢測指標PQI為87.16，PCI為86.92，均低于90，RDI為84.25，SRI低至74.64，多個指標均已達到JTG 5421—2018《公路瀝青路面養護設計規范》養護實施范疇的閾值，PCI指標比2013年降低9.23，已進入快速衰減階段，必須采取養護維修措施，此時進行瀝青路面養護可達到多個目的，是比較恰當的時機。

表3 瀝青路面分項指標的變化

圖4 瀝青路面分項指標的變化

3.3 養護技術效果后評價

養護技術效果主要包括直接效果(或稱短期效果)和中長期效果，前者通過比較養護實施前后路況指標值的改善情況予以評價，后者通過養護實施后路況指標的衰變趨勢、后續維修養護比例(含日常養護)、再養護間隔時間等進行綜合評價。基于當前所收集的數據，根據直接效果和中長期效果中路況數據開展養護技術效果后評價，即主要通過對比養護工程完成后及間隔數年后瀝青路面路況數據分析養護效果。成樂高速公路下行K62+000—K80+000段2015年加鋪4 cm改性瀝青AC-13C罩面的主要目的是修復路況，防止瀝青路面損壞進一步快速發展，同時改善抗滑性能。該路段瀝青路面實施養護措施前后相關技術指標值見圖5。實施養護后原測值偏低的PCI和SRI指標均得到顯著改善，養護維修3年后各指標仍維持在較高水準，雖然其值有所衰減但仍遠高于養護前測值，該路段養護技術效果和養護質量均較好。

圖5 瀝青路面養護技術效果后評價

3.4 養護措施觸發指標后評價

圖6為成樂高速公路下行K62+000—K80+000段預防性養護觸發區間。最先觸發預防性養護措施實施的控制指標為PQI(養護后運營年限為2.3年)，最后觸發預防性養護措施實施的控制指標為CR(養護后運營年限為7.3年)；最先觸發4～5 cm加鋪罩面實施的控制指標為PQI(養護后運營年限為4.5年)，最后觸發4～5 cm加鋪罩面實施的控制指標為CR(養護后運營年限為7.6年)。由于成樂高速公路裂縫類病害較突出，裂縫率的衰變規律較明顯，不再將它作為最后觸發維修養護的控制指標。裂縫病害較突出時，瀝青路面PCI值及其衰變速率均較大，由此可得該路段養護措施實施的控制指標為PQI和PCI。PQI指標對應的觸發區間較寬，裂縫率的觸發區間最窄，在原路面病害處治不徹底、路面裂縫病害突出或不采取相關養護措施時，裂縫率的增長速率最快，對路面PCI指標值及其衰變速率的影響也較顯著。結合PQI和PCI指標的綜合影響，預防性養護措施實施的最佳年限為通車運營后2.5～4年，4～5 cm加鋪罩面實施的最佳年限為通車運營后4～5年。

圖6 成樂高速公路下行K62+000—K80+000段養護觸發區間

4 結論

(1)瀝青路面預防性養護后評價主要是從結果而非過程角度評價是否在最合適的時間將最合適的養護措施應用在最合適的位置。基于技術效應的瀝青路面養護后評價主要包括養護路段選擇、養護時機選擇、養護措施觸發指標、養護技術效果后評價。

(2)裂縫率近似服從冪函數增長，加鋪罩面后第2～3年裂縫率呈大幅度增長趨勢，且后一次養護后增加幅度大于前一次養護，可間接推演為路齡對裂縫率演化規律影響顯著。

(3)路段選擇評價應遵循工程上最需處治和經濟上效益最大的原則，成樂高速公路瀝青路面養護中以PCI為主并適當兼顧RDI和SRI等指標進行瀝青路面維修養護路段選擇，基本是在總體路況評分較好的情況下采取預防性養護措施，路段選擇和時機選擇均較合理。后期應將SRI前置，實時觀測抗滑性能衰減較快的路段。

(4)瀝青路面養護措施實施的觸發指標為PQI和PCI，同時應將抗滑性能指標SRI作為前置條件。整體而言，雖然裂縫率不是一個控制指標，但裂縫率的觸發區間最窄、裂縫率計算值較大，對PCI指標值及其衰變速率影響顯著。