基于高速公路路面性能衰減的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用控制分析

摘要 為研究高速公路服役過(guò)程中路面性能退化特點(diǎn)對(duì)公路養(yǎng)護(hù)費(fèi)用的影響，該文探討了高速公路路面沉陷與裂縫寬度的擴(kuò)展過(guò)程，建立了高速公路路面維護(hù)成本與路面沉陷－裂縫衰減的關(guān)系模型，研究結(jié)果表明：（1）高速公路路面養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，通過(guò)針對(duì)性預(yù)防性養(yǎng)護(hù)、優(yōu)化養(yǎng)護(hù)流程、提升養(yǎng)護(hù)技術(shù)水平等，降低因路面性能衰減帶來(lái)的養(yǎng)護(hù)成本。（2）路面裂縫深度隨著交通量的增加逐漸增大，然后趨于穩(wěn)定，路面深陷深度為15 mm和裂縫寬度為3cm時(shí)為路面維護(hù)效益最大化的臨界值。（3）在輕交通和中等交通水平下，薄熱拌瀝青加鋪覆蓋層和微鋪面處理的成本效益比優(yōu)于厚熱拌瀝青加鋪層和就地?zé)崽幚韮煞N方式。

關(guān)鍵詞 高速公路；路面沉陷；性能衰減；養(yǎng)護(hù)管理；費(fèi)用控制

中圖分類(lèi)號(hào) U418 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）18-0144-03

0 引言

高速公路作為現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其性能衰減不僅直接關(guān)系到行車(chē)安全和道路使用壽命，而且與養(yǎng)護(hù)費(fèi)用密切相關(guān)，有效控制高速公路路面的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，提高養(yǎng)護(hù)效率，成為交通運(yùn)輸領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題[1]。通過(guò)對(duì)高速公路路面性能衰減的深入分析，可以找出影響?zhàn)B護(hù)費(fèi)用的關(guān)鍵因素，提高路面的使用性能，延長(zhǎng)使用壽命，還能降低養(yǎng)護(hù)成本。

高速公路養(yǎng)護(hù)費(fèi)用控制研究主要集中在建立預(yù)測(cè)模型[2]、優(yōu)化養(yǎng)護(hù)策略以及成本控制方面，陳亮等[3]指出目前預(yù)測(cè)模型多基于數(shù)據(jù)分析與機(jī)器學(xué)習(xí)算法，用于預(yù)測(cè)路面性能的后續(xù)衰減趨勢(shì)，養(yǎng)護(hù)策略則側(cè)重于預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，通過(guò)提前干預(yù)減少大修需求。劉志超等[4]則嘗試采用全壽命周期成本分析等方法，以?xún)?yōu)化投資決策，然而現(xiàn)有的預(yù)測(cè)模型缺乏對(duì)路面性能衰減機(jī)理的深入研究，導(dǎo)致預(yù)測(cè)精度不高，難以準(zhǔn)確反映路面的實(shí)際情況。徐建民等[5]認(rèn)為不同地區(qū)、不同路段的路面性能衰減規(guī)律存在差異，而現(xiàn)有的研究成果往往缺乏針對(duì)性和適用性，需深入探索和創(chuàng)新，以更好地解決高速公路路面性能衰減和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用控制問(wèn)題。

針對(duì)以上問(wèn)題，需要進(jìn)一步加強(qiáng)高速公路路面性能衰減的基礎(chǔ)研究，該文通過(guò)對(duì)不同路面材料、結(jié)構(gòu)和使用環(huán)境進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，評(píng)估路面性能衰減的程度和速率，同時(shí)分析性能衰減的主要影響因素，如氣候、交通量、材料老化等。在此基礎(chǔ)上，研究提出針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)策略，以控制養(yǎng)護(hù)費(fèi)用并延長(zhǎng)路面使用壽命，研究成果將為高速公路管理部門(mén)提供決策支持，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的雙贏。

1 路面病害養(yǎng)護(hù)處理及路面性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.1 高速公路流量和軸載情況

為更準(zhǔn)確地評(píng)估交通狀況，該文利用自2023年起山東省內(nèi)高速公路動(dòng)態(tài)稱(chēng)重站收集的軸載數(shù)據(jù)，計(jì)算了每條高速公路的累積荷載作用次數(shù)，截至2023年的計(jì)算結(jié)果，這些數(shù)據(jù)為評(píng)估各條高速公路的交通水平提供了重要依據(jù)，如表1所示。

1.2 性能指標(biāo)和閾值的選擇

為評(píng)估路面養(yǎng)護(hù)處理效果，選擇裂縫寬度和路面沉陷深度兩個(gè)關(guān)鍵的路面性能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，隨著時(shí)間的推移，兩個(gè)指標(biāo)都會(huì)逐漸增大，通常需要達(dá)到更高的性能閾值才會(huì)導(dǎo)致路面維護(hù)處理成本的上升，因此該研究確定了15 mm路面沉陷深度和3 cm裂縫寬度作為路面維護(hù)效益最大化的臨界值。

累積荷載作用次數(shù)是影響路面性能的重要因素，不同交通量路面累計(jì)荷載作用次數(shù)下，路面沉陷深度和裂縫寬度與維護(hù)成本的關(guān)系，如圖1所示。由圖中可以得出，當(dāng)裂縫達(dá)到如圖1（c）和（d）所示的重型和超重型路段的閾值（15 mm）時(shí)，裂縫寬度值通常仍遠(yuǎn)低于處理觸發(fā)閾值（3 cm），因此路面沉陷深度是一個(gè)更為關(guān)鍵的性能指標(biāo)，將在后續(xù)研究中作為性能指標(biāo)。

1.3 路面維護(hù)成本效益分析

通常，成本效益表示為成本與收益之比，成本是以單位成本計(jì)算，不同路面路段的維修工程通常在不同年份進(jìn)行，為了除去它們的成本，計(jì)算現(xiàn)值是為了考慮通貨膨脹的影響。

2 高速公路維護(hù)案例分析

在經(jīng)過(guò)對(duì)山東省維修部門(mén)所執(zhí)行的歷史維修項(xiàng)目深入調(diào)研之后，該研究在假定地基、路基、交通和環(huán)境條件相同的前提下，設(shè)定了20 mm的維護(hù)閾值，并通過(guò)路面裂縫寬度模型確定了路面的使用壽命，為統(tǒng)一比較標(biāo)準(zhǔn)，該研究將所有維修費(fèi)用均折算為2023年的現(xiàn)值。

不同維護(hù)處理的成本－效果分析結(jié)果，如表2所示。在不同交通流量下各種維護(hù)處理的效益成本比，如圖3所示。由表2和圖3可以觀察到，不同交通水平下效益成本比的顯著差異。具體來(lái)說(shuō)，在輕交通和中等交通水平下，由于成本相對(duì)較低，薄熱拌瀝青加鋪覆蓋層和微鋪面處理的成本效益比優(yōu)于其他兩種處理方式，然而在繁忙或額外繁忙的交通環(huán)境下，熱就地回收和厚熱拌瀝青加鋪覆蓋因其更長(zhǎng)的使用壽命和更高的成本效益而表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)論

該研究圍繞高速公路路面性能衰減與養(yǎng)護(hù)費(fèi)用控制進(jìn)行了深入的分析和探討，通過(guò)對(duì)高速公路路面性能衰減的原因、機(jī)理及其對(duì)養(yǎng)護(hù)費(fèi)用的影響進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，得出以下結(jié)論：

（1）高速公路路面性能衰減受多種因素影響，主要包括交通量增長(zhǎng)、重載車(chē)輛比例增加、自然因素（如降雨、溫度變化）以及材料老化等。這些因素綜合作用，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)損傷、路面平整度下降、抗滑性能減弱等問(wèn)題，進(jìn)而影響了路面的使用性能。

（2）高速公路路面性能的衰減與養(yǎng)護(hù)費(fèi)用之間存在密切的關(guān)系，路面深陷深度為15 mm和裂縫寬度為3 cm時(shí)為路面維護(hù)效益最大化的臨界值。隨著路面性能的下降，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用逐漸增加，及時(shí)采取養(yǎng)護(hù)措施，可以有效延緩路面性能衰減，降低養(yǎng)護(hù)成本。

（3）在輕交通和中等交通水平下，薄熱拌瀝青加鋪覆蓋層和微鋪面處理的成本效益比優(yōu)于厚熱拌瀝青加鋪層和就地?zé)崽幚矸绞?。高速公路養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)路面性能的變化規(guī)律，建立科學(xué)、完善的養(yǎng)護(hù)管理體系，對(duì)高速公路路面性能進(jìn)行定期檢測(cè)和評(píng)估。

參考文獻(xiàn)

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[2]王強(qiáng)，王志堅(jiān).基于路面性能預(yù)測(cè)的高速公路養(yǎng)護(hù)費(fèi)用分析[J].交通科技與經(jīng)濟(jì)，2020（6）：72-76.

[3]陳亮，趙云.高速公路路面性能衰減與養(yǎng)護(hù)費(fèi)用關(guān)系研究[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2022（1）：322-325.

[4]劉志超，劉偉.基于性能預(yù)測(cè)的高速公路養(yǎng)護(hù)費(fèi)用決策分析[J].公路交通技術(shù)，2021（5）：24-28.

[5]徐建民，李立寒.高速公路路面性能衰減規(guī)律與養(yǎng)護(hù)費(fèi)用效益分析[J].交通科學(xué)與工程，2023（2）：57-63.