高速公路瀝青路面養護管理決策優化研究

李靖

摘要? 為了提升瀝青路面養護決策質量，文章總結了常用養護決策方法的特點，基于PCI指數建立數學模型來預測路網內高速公路養護實際，并提出了養護資金分配方法。同時，以某高速公路項目為依托，對微表處技術和超薄磨耗層技術進行綜合比選，制定了養護方案，并對養護后的運營效果進行評價，研究成果可為類似項目的養護決策提供理論指導。

關鍵詞 高速公路；瀝青路面；養護決策；PCI指數；工程實例

中圖分類號 U416.217 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）16-0171-03

0 引言

瀝青混合料具有噪聲小、行車舒適、養護簡單等優勢，在高速公路項目中應用廣泛。但是，瀝青路面在車輛荷載的反復作用下，容易出現裂縫、車轍、沉陷、坑槽等病害，降低瀝青路面的服務水平，嚴重的可能導致交通安全事故，危及司乘人員的安全。鑒于此，高速公路管養單位需對瀝青路面及時養護[1]。如何合理選擇瀝青路面的養護時機、養護路段、養護措施，并分配養護資金，是養護技術人員需要解決的重要問題。

1 高速公路瀝青路面養護決策方法

高速公路瀝青路面養護是以路面使用性能為依據，只有在路面使用性能達到某一臨界點時，才考慮采取相應的養護措施。瀝青路面經養護后，路面使用性能會改變，從而又影響下一次的路面養護決策。瀝青路面的養護決策包括網級和項目級兩個層次，其中網級瀝青路面養護決策是要合理分配和使用有限的資金，選擇經濟合理的養護時間，最大限度地滿足高速公路養護需求。項目級瀝青路面養護決策是對養護方案從技術性、經濟性、環保性等方面進行綜合比選，選出最佳養護方案[2]。

1.1 決策樹法

決策樹是基于公路等級、路面類型、交通量等參數建立樹狀結構，并不斷地分枝。在各個分枝的最后，給出各種限制條件下的最佳養護管理決策。決策樹法直觀性好、便于與實際項目相結合，但其分枝較粗，無法完全考慮影響路面養護決策的全部因素。

1.2 排序法

排序法多用于項目級的瀝青路面養護決策中，即在養護時間和養護資金確定的條件下，從養護成本、施工技術、工期等方面對瀝青路面養護方案進行綜合對比，通過咨詢路面養護領域專家來計算出任意養護方案的綜合評分，將不同養護方案的綜合評分進行排序，選擇評分最高的方案。

1.3 函數法

函數法用于高速公路瀝青路面養護的本質是一個數學問題，需先統計各條高速公路瀝青路面的技術狀況評分，將技術狀況與公路運營時間的關系進行擬合，找出重要的函數拐點（瀝青路面的最佳養護時機）。但是，當路網比較復雜時，函數擬合效率較低，養護決策較困難。

1.4 BP神經網絡法

BP神經網絡是基于高速公路瀝青立面的歷史檢測數據來預測其路用性能變化規律，從而為瀝青路面養護決策提供依據。BP神經網絡包括1個輸入層、若干個隱含層、1個輸出層，其中輸入層是影響瀝青路面路用性能的特征要素，比如交通量等級、溫度、降雨量等。隱含層是中間計算單元，隱含層數量越高，養護決策結果越準確。輸出層是BP神經網絡要輸出的參數，取決于養護決策目標[3]。

2 網級高速公路瀝青路面養護決策

2.1 瀝青路面養護時間決策

2.1.1 決策方法

大量工程實踐表明，高速公路瀝青路面的性能是隨著運營時間動態變化的。在運營前期，瀝青路面結構強度大，在行車荷載的反復作用下不容易出現開裂和破損。而瀝青路面運營時間超過某一臨界點，其路用性能會快速衰減。因此，瀝青路面的養護時間不宜過早或過晚，養護時間過早，對路面路用性能提升效果優先，浪費養護資金和人力。反之，瀝青路面破損程度嚴重，養護失去效果。

2.1.2 決策結果分析

以某地區高速公路路網中的某條雙向四車道高速公路瀝青路面為例，利用函數法分別擬合了其PCI指數和運營時間的關系，為路網內瀝青路面養護時間確定提供參考，具體擬合結果見圖1。

由圖1可知：隨著高速公路運營時間的增加，瀝青路面的PCI指數不斷減小，但減小速率并不是固定的。當運營時間＜3年，瀝青路面的PCI指標變化不明顯；當運營時間≥3年，瀝青路面PCI指數快速降低。結合表1，建議高速公路在第3年要加強日常養護，在5年要進行預防性養護，在第7年要進行中修罩面。需注意，瀝青路面在中修罩面后，其使用性能會大幅度地提高。

2.2 瀝青路面養護資金分配

2.2.1 資金分配思路

公路瀝青路面養護資金分配前要先篩選出需養護的路段，再對養護路段進行重要性排序。隨后，對各種養護措施開展市場詢價，其與養護路段的瀝青路面面積的乘積就是養護資金。如果選擇的養護路段所投入的養護資金大于年度養護資金總額，應減小養護路段。

2.2.2 綜合評價模型

3 項目級高速公路瀝青路面養護決策

3.1 工程概況

以某高速公路為研究對象，探討瀝青路面的養護措施決策要點。該高速公路路線全長25.8 km，設計速度為100 km/h，設計荷載為公路-I級，屬于重交通等級，路基橫斷面為雙向4車道，寬25.5 m，行車道橫坡2%，土路肩橫坡4%。路面為瀝青混合料路，厚72 cm。經過多年運營，公路沿線瀝青路面開始出現各種病害，影響行車安全性和舒適性。經調查，得到了不同瀝青路面病害的占比，見圖2。

由圖2可知：裂縫在瀝青路面病害中所占的比例最高，約60.2%；車轍病害的占比次之，約22.6%。坑槽和沉陷病害的占比相差不大，分別為7.5%、7.2%。為了防止病害進一步發育，提高瀝青路面的使用性能，擬對病害所在路段進行養護。

3.2 瀝青路面養護方案比選

由《公路瀝青路面養護設計規范》（JTG5421—2018）可知，瀝青路面養護具體措施應結合公路等級、交通等級等因素選擇，在設計階段可參考表2選擇。

3.2.1 養護方案技術比選

由于依托工程的交通等級為重交通，應優選微表處和超薄磨耗層進行預防性養護。

微表處是將乳化瀝青、集料、礦粉、水及各種添加劑按一定的配合比均勻拌和而成，并直接攤鋪在需要養護的瀝青路面上。微表處層經養護后（建議養護時間不小于2 h），能恢復一部分瀝青路面的使用性能，比如提高路面抗滑、耐磨、防水能力，改善路面平整度等。但是微表處材料的長期性能不穩定，使用壽命較短。

超薄磨耗層是相對于普通瀝青路面結構而言，其厚度一般在1～2 cm。超薄磨耗層罩面后直接與車輪和大氣接觸，可改善瀝青路面的使用性能，具有施工技術簡單、養護效果好等優勢，但養護成本要高于微表處。需注意，超薄磨耗層材料一般為骨架孔隙型，粗集料含量占比高達70%～80%。

3.2.2 養護方案經濟比選

3.3 瀝青路面養護效果評價

為了評價養護措施的效果，在公路沿線隨機取5個監測點（編號為1#～3#），分別測量出檢測點在養護后第1年、第2年、第3年的PCI指數，檢測結果見圖3。

由圖3可知，瀝青路面經養護后，其PCI指數由明顯提升，1#～3#監測點的PCI指數提升幅度分別為23.8%、25.2%、24.6%。同時，養護后瀝青路面的PCI指數也隨著運營時間的增加而增加。當養護時間超過3年，瀝青路面的PCI指數呈“驟降”趨勢。

4 結論

該文總結了高速公路瀝青路面的主要養護決策方法，并從網級和項目級兩個方面分別闡述了瀝青路面養護決策技術要點，得到了以下幾個結論：

（1）高速公路瀝青路面的養護決策包括網級和項目級兩個層次，常用方法有決策樹法、排序法、函數法、BP神經網絡法等。

（2）網級瀝青路面養護決策的要點是確定路網內瀝青的養護時間、養護路段等，并將養護資金合理分配。

（3）在實際項目中，應結合瀝青路面病害特點、交通等級等因素初步確定多個養護措施，并對其從技術和經濟兩個方面進行比選。

參考文獻

[1]彭小峻. 高速公路瀝青路面早期病害養護施工管理[J]. 交通科技與管理， 2023（6）： 84-86.

[2]劉俊巒. 高速公路瀝青路面養護管理技術探討[J]. 工程建設與設計， 2023（3）： 100-102.

[3]許歡. CY高速公路瀝青路面預防性養護管理策略研究[D]. 貴州：貴州大學， 2022.

[4]李志謀. 談高速公路瀝青路面養護管理工作[J]. 黑龍江交通科技， 2020， 43（11）： 251-252.

[5]郭文靜. 高速公路瀝青路面預防性養護管理決策研究[D]. 重慶：重慶交通大學， 2019.