（机械设计及理论专业论文）高速公路沥青路面养护规划与决策研究.pdf

摘要 在过去二十年里，我国高速公路发展迅速，路网正在逐步形成，路网的密度 也在不断提高。随着路龄的增加，高速公路沥青路面的病害逐渐出现，严重影响 了沥青路面的服务水平，高速公路沥青路面养护规划与决策研究也就提上日程。 本文在分析总结国内外研究的基础上，分析了高速公路沥青路面养护方案决策方 法，研究了养护机械优化配置和养护经济性评价方法，并对部分规划决策模型提 出了自己的看法。 ( 1 ) 综述了高速公路沥青路面数据采集、采集方法和常见采集设备，分析 了养护技术规范的四个评价指标。根据规范和部分参考文献，分析了采集数据和 评价指标之间的联系，研究了高速公路沥青路面使用性能的评价体系。 ( 2 ) 高速公路沥青路面养护规划与决策，主要的两个方面是施工养护方案 研究和养护机械优化配置研究，本论文把它们作为一个整体，根据养护项目的进 行顺序，分别进行了研究。在研究施工养护方案时，分析了目前常用的项目级和 网级决策优化方法，提出了更具体的决策方法，针对不足进行了改进，并结合 m a a b 强大的计算和绘图功能，提出了m a n a b 辅助规划与决策的思路。进一步 补充完善了养护规划与决策方法，补充了养护路段的划分和养护需求分析方法。 ( 3 ) 分析了养护机械的性能和基本参数，分小修保养机械、中修罩面养护 机械、翻修补强养护机械和稀浆封层养护机械四个方面，进行了养护机械的配置 研究，建立了养护机械优化配置模型，并提出了求解算法。 ( 4 ) 在研究养护经济性评价时，把施工养护方案和养护机械优化配置看成 两个有联系的部分分别进行了研究，并针对养护机械优化配置经济性评价模型不 足之处，提出了改进方法。 本论文的研究成果完善了高等级公路沥青路面养护规划与决策理论的具体 应用方法，可以为高等级公路养护管理提供参考依据。 关键词：高等级公路；沥青路面养护规划与决策；养护方案选择；养护机械 配置优化；经济性评价 a b s t r a c t w i 雠lt h er a p i dd e v e l o p m e n t0 fc l l i n a sl i i 曲w a y t l l er o a dn e 魄0 r kh 弱嘲( e n s h a p ea i l dm ed e n s i t yo fr o a dn 咖o r kh a sd s e di l ln l ep a s tt w od e c a d e s al o l to f d i s e a s eb e g 趾t 0e m e r g ew h e nt l l ea g eo fh i g h w a yi n c r e ：l s e d ，w h i c hh a ss 嘶0 u s l y a 脏c t e dt l l el e v e lo fh i 曲w a y ss e r v i c e ，s om er e s e a r c ho na s p h a j tp a v e m e n t c o n s e n r a t i o np l a n n i n g 趾dd e c i s i 一肌l l ( i n gi sp u n i n g l ea g e n d a b a s e do n 廿l e r e s e 删la th o i n ea n da b r o a d ，t h i sp 印e ra l l a l y s e dt l l e 硒p h a l tp a v 锄e n tm a i n t c n a l l c e 姐dd e c i s i o n n 讲d n gp r o g r a m ，d i s c u s s e dt i l em a i n t e n a n c em e c h a n i c a lc o n f i g u r a f t i o n m o d e l 锄dr e s e a r c hn l ec o n s e r v a t i o ne c o n o l i l i cc v a l u 撕o nm e t l l o d s i ta l s op u tf b 刑a r d s o m ea d v i c et oi m p r o v e ds o m em o d e l s ( 1 ) 1 1 l i sp a p e rs u m m 撕z e dt h ed a t en e e d e dt oc o i l e c t 、d a 钯c o l l e c t i o ni n e m o d s a n ds o i mc o 蛐o n e q u i p n l e n t ，w l l i c hu s e di ne v a l u a t i o na s p h a l tp a v e m e m a c c o r d i n gt ot l l en o m sa i l ds 0 i i 圮r e f e r e n c e s ，i tp r o p o s e df o l l re v a l u a t i o ni n d i c a t o r s 1 1 1 i sp 印e ra l s oe s k l b l i s h c dl i i l l ( a g e sb e 铆e e nc o l l e c d n gd a t a 觚di n d i c a t o r s ，i no r d e rt 0 i 玎 1 p r 0 v et h ee v a l u 撕o ns y s t e m ( 2 ) c h o o s i n g 勰p h a l tp a v e 娥n tp m g 删 i l sa n dp a v e i n e n t 础l i m e n a l l c em a c l l i i l e r y a r c 俩。耻l i n 懿p e c t si n 够p h a l tp a v e m e n tm a i n t e n 孤c ep l 锄i n g 锄dd e c i s i o n 一蛐g p r o 伊锄，w m c h l i sp a p e rd i s c u s s e d 舔aw h o l e 觚dd i s c u s s e d c o r d i n gt 0t l l eo r d e r o ft l l ec o n s e n r a t i o np r o j e c t w h e nc h o s i n gc o n s e r v a t i o np r 0 伊姐坞，t l l i sp a p e rs t u d i e d 血ec o m m o n l yu s e di t e n 卜l e v e l 锄dn e t w o r kl e v e lm e t l l o d s ，m e np r o p o s a i e dai n o r e 删i s t i cd 晒s i o n m a k i n g 删油o d i ta l s o蛔p r 0 v e ds o m em o d e l sw a k 朗c s s锄d p r o p o s e du s i n gm a t l a b t 0 s u p p o r td e c i s i o n 一心i l 【i n g 锄dp l 觚i l i n g ，c o n l b i n e d 谢m p o w e r m lc o m p u t i n g 弛dg r a p l l i c sm n c t i o n so fm a n a b r i l l e ni ta d d e dt l l em e m o d s w 量l i c hu s e di nd i v i d i n gc o n s e r v a t i o ns e c 丘o na n di na n a l y s i n gc o n s e r v a t i o nn e e d s ， 弱t o 鼬e r i m p r o v e l ec o n s e r 、r a 廿o np r o 伊锄啮 ( 3 ) 1 l l i sp 叩e r 趾a l y s e dt l l ep e r f 0 衄a i l c e 锄d l eb 硒i cp a m m 鲫e r so fm a i n t e n 强c e m c l l i n e r y i td i s c u s sm a i n t e n a n c em a c l l i n e r yc o i l | i 目瑾a t i o ni n o d e lt of o u rp a n s ，w h i c h w e r ei i l i n o rm a i n t e n a n c e r e p a i 璐m a c l l i n c r y ， o v e r l a ym a i n t c n a n c em a c l l i n e 巧， r e b u i l d i n gm a c l l i n e 巧柚ds l u r r y s e a lm a i n t e n 锄c em a c h i n e r y ，l e np r o p o s e da a l g o r i t l l mt os o l v em i sm o d e l s ( 4 ) w h 吼c 锄姐n go u tc o n s e r v 撕o ne c 0 n o l i l i ce v a l u a l i o n ，t 1 1 i sp 印e r 伽【e n c h o o s i l l g 嬲p h a l tp a v e n l e n tp r o 伊卸峪柚dp a v e m e n tm 豳t e n 锄c em a c h i i l e r y 勰仰o s 印a r a t e 硒s e s s m e n t ，w t l i c hh a se c o n o m i cl i i t k s s o m es u g g e s t i o n sw 蠲a l s op r o p o s e d t 0i n l p r o v e 廿l ew a k e n e s so fe c o n o l i ce v a l u a t i o nm o d e l s t h er e s e a r c hr e s u l t se n r i c hm ea s p h a np a v e m e n tc o n s e r v a t i o np l a l l n i n g 觚d d e c i s i o n m a k i n gm e o r ) ，i ta l s oc a np r 0 v i d ear e f e r e n c eb 部i sf o rl l i 班w a yc o n s e n r a d o n m a l l a g e m e n t k e yw o r d s ：h i g h w a y ；a s p h a l tp a v e m e n tm a i l l t e n 彻c ep l a i l l l i n g 锄dd e c i s i o n m 越n g ； c o n s e r y a d o n0 p 吐o n s ；m a i n t c ：n a i l c em a c i l i n e r y0 p t i m a l ；l 三c o n o n l i ce v a l u a t i o n 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 弓长 如o l i 7 论文知识产权权属声明 年弓月- 7 日 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 弓长年 乃d 厂年j 月7 日 导师签名：彬厶锄眵7 年乒月7 日 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题提出的背景 1 1 1 我国高速公路发展概况 高速公路是汽车高速、安全、顺畅运行的现代化公路，修建高速公路可以极 大地缩短行车时间、降低交通事故、加快地区之间的运输周转速度，高速公路在 国民经济建设中起着越来越重要的作用。 改革开放几十年间，中国高速公路发展速度很快，自1 9 8 8 年1 0 月底上海沪 嘉高速公路建成通车实现我国内地高速公路零的突破之后，我国高速公路发展进 入了以建设高速公路、一级公路为主的新时代啪。 7 。锄 蠢材 忽 一闩e 夕l 2 0 0 1 2 0 0 22 0 0 32 0 0 4 2 0 0 52 0 0 62 0 0 7 2 0 0 8 图l - 1 我国高速公路投资增长情况 表l - l 我国高速公路里程情况 年份2 0 0 12 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 52 0 0 62 0 0 72 0 0 8 公路里程( 虹) 1 9 4 3 7 2 5 1 3 02 9 7 4 53 4 3 0 04 1 0 0 04 5 3 0 05 3 6 0 06 0 3 0 0 从图卜1 和表卜1 可以得出，我国高速公路快速发展主要表现在两个方面， 第一个方面是，投资额度逐年增加。2 0 0 1 年以来，中国以每年超过2 0 0 0 亿元的 投资用于公路建设。另外一个方面是，高速公路通车里程迅速增长，截止2 0 0 8 年底，全国高速公路通车里程已达到到6 0 3 万l 【m ，比2 0 0 1 年翻了三倍多，位 居世界第二。 “十一五”规划中又制定了关于公路建设的新计划。要完成的公路包括“五 o 舳 们 加 第一章绪论 纵七横 的国道主干线和西部地区公路。8 5 万k m 的“7 9 1 8 网 由中心城市向 外放射，由7 条首都放射线、9 条南北纵向线和1 8 条东西横向线组成。项目的 完成时间也规划得井井有条。到2 0 1 0 年末，“实现东网、中联、西通”的目标， 基本贯通“7 9 1 8 网”中的“五射两纵七横 1 4 条路2 1 。 因此，中国的高速公路在过去的十几年里，取得了长足发展，从目前到2 0 1 0 年，我国高速公路建设仍处在集中快速发展阶段，还有很大发展空间。 1 1 2 高速公路沥青路面养护规划与决策问题的提出 随着中国高速公路稳健快速发展，高速公路网已经逐步形成，路网密度也在 不断提高。从结构形式上看，已建的高速公路绝大部分是沥青路面。在已建成的 高速公路沥青路面的使用期内，路面在行车载荷的长期作用下，以及酷暑严寒、 风霜等自然因素的影响下，路面的使用性能和结构性能逐步下降，出现龟裂、网 裂、纵横向裂缝、沉陷、松散、车辙等病害口】。这些病害不仅导致沥青路面的服 务水平的下降，而且使路面承载力下降，如果破损加剧的话，最终将导致路面的 破坏。因此随着高速公路的快速发展，在继续兴建高速公路的同时，高速公路的 养护维修也越来越引起公路管理部门的重视。如何经济、快速、高效、高质量进 行养护维修工作，确保公路使用寿命周期内的完好使用性能，是值得探讨和研究 的一项重要课题。 以往的高速公路养护作业方式已经远远不能满足现代高速公路养护发展的 需要，为了在最短的时间内快速恢复高速公路的通行能力、承载能力，恢复公路 的交通安全性和舒适性，必须采用现代化养护机械设备及先进技术、高水平的养 护作业工艺，发展机械化养护，从而减少养护作业成本，不断去满足养护施工作 业质量和水平要求，促进我国高速公路养护稳步快速发展，使高速公路的经济效 益和社会效益两方面都得到长远的发展h l 。 采用机械进行养护是现代高速公路养护作业的基本方式和发展方向，是养护 作业质量和效率的保障。高速公路养护机械化的基本特点是口】：机械设备投资额 度大，机械设备不仅品种序列较多，而且具有很高的技术水平和优良的性能；高 速公路养护作业施工工艺不仅样式多，而且还在不断发展和改进；我国高速公路 养护机械主要依靠进口，需要花费的外汇很多；高速公路养护机械的管理和操作 2 长安大学硕士学位论文 人员必需具有较高的综合素质和专业技能。 在高速公路养护施工作业中，需要投入大量的资金。一方面用于养护工程的 规划与管理，另一方面用于购入养护材料与各种养护机械。两方面相辅相成，最 终影响到养护项目整体经济性。对沥青路面养护进行最优规划，在有限的养护资 金下，争取达到最优的养护功效，获取最大经济效益，最终辅助决策者制定出有 效可行的养护方案是一个迫切需要解决的问题。 1 2 高速公路沥青路面养护规划与决策研究现状 高速公路沥青路面养护规划与决策过程主要包括沥青路面使用性能的评价 与预测、建立路面养护对策措施集、建立养护机械配置与优化配置模型、建立养 护经济性评价模型等几个方面。 1 2 1 国外研究现状 沥青路面使用性能的评价与预测就是对人工或者是路面数据采集设备采集 的路面数据进行分析，建立一个沥青路面使用状况的评价标准，解决什么情况下 需要采取何种养护措施。国外在这方面积累了大量的数据资料，也建立了很多评 价指标与理论。采用的评价指标一般有单项指标和综合指标两类，评价模型主要 有美国a a s r o 的路面服务性能指数p s i 、日本的养护管理指数m c i 、加拿 大的舒适性指数r c i 等。预测模型有经验模型、概率模型和力学预测模型等几 种类型，主要包括传统的综合法评价法，专家评分法、回归分析法外，还有模糊 评价法、改进优劣系数法、人工神经网络法、遗传算法、马氏距离法等。 确定了那些路面需要采取养护措施后，再根据评价模型评价出的病害的类 型、路面损害程度建立起评价指标与养护措施之间对应关系，并建立养护措施集。 美国等西方国家u 2 1 将沥青路面的养护维修作业分为：预防性养护、修复性养护、 路面翻修、路面重建等四类。这种分类的主要依据是作业的用途和目的。美国力 学一经验设计指南中对路面各种结构类损坏的等级评定标准做了详细说明，内容 见参考文献 3 0 。 近些年来，新的养护工艺与养护材料不断出现，推动着国外的养护技术与水 平又提高到一个新的水平。如沥青路面冷热再生技术深入研究、改性沥青技术的 应用、稀浆封层技术和沥青洒布技术的成熟等。 国外养护机械的研制与开发起步的比较早，经过几十年的发展，已经形成了 3 第一章绪论 包括沥青路面多功能养护车、路面铣刨机、沥青洒布机、沥青灌缝机、沥青路面 就地再生机械等在内的设备齐全、品种繁多的沥青路面养护机械，来进行沥青路 面立体的全方面的养护，也形成了不少国际比较有名的养护机械生产企业。如沥 青路面多功能养护车生产企业有德国m u 姗c a r 公司、加拿大n 认c l ( l e s s 公 司和意大利a s s a l o n i 公司等，路面铣刨机生产企业有德国w 嬲g e n 、美 国c m i 公司、美国矾g e r s o l l 黜n d 公司等，沥青路面再生机械有德 国w 册g e n 、美国a s t e c 等。国外的养护机械普遍采用电液控制，而且自动 化程度比较高。 在机械优化配置方面，国外也走在前列，已经有了不少深入的研究工作。日 本研究人员佐用泰司在上个世纪中期就对机械化作业的合理性作了比较全面的 研究，成为以后业内研究人员研究机械化作业的理论基石】。上个世纪中叶美 国加利福尼亚公路管理局最早论述了有名的“香蕉 曲线，对机械化作业进行控 制研究。上世纪中期，h 捌n 针对机械化作业系统几乎都是由很多非连续性 循环子系统所构成的这一特点，提出了机械化作业仿真循环网络模型，该模型可 以根据机型化作业系统中机械的类别、数量及作业参数做出最佳选择，还可以对 作业工期和成本等进行有效的预测1 5 】。前苏联研究人员在这方面也不乏许多深 入的研究，主要体现在根据不同机械的技术经济效益，在给定的前提条件下，合 理地甩选出性能好、效益高的机械及其最佳组合方案3 1 1 。 1 2 2 国内研究现状 我国对路面使用性能采用路面破损状况、路面强度、路面平整度、路面抗滑 能力四个方面进行评价，采用的评价指数有路面综合破损率d r 、路面状况指数 p c i 、路面强度指数s s i 、路面平整度、行驶质量指数r q i 、横向力指数s f c 、 摆式仪摆值b p n 【1 6 】。国内不少专家学者通过对国内采集的路面数据进行分析， 建立了许多沥青路面使用性能与评价指数之间的关系。李志刚等根据河北省高速 公路路面采集数据，研究了高速公路沥青路面使用性能评价模型【1 7 1 ；王茵、胡 昌斌等通过分析沈大高速公路路面调查数据，采用专家评分方法，提出了针对高 速公路沥青路面使用性能综合评价指标呻】【1 9 】；李申惠、资建民等采用灰色系 4 长安大学硕士学位论文 统方法阐述了高速公路的定量指标与定性指标相结合的灰色评价方法】 【2 1 】； 周密研究了沥青路面使用性能的模糊综合评价模型【翅；季天剑等研究了基于神 经网络的沥青路面使用性能评价模型】。 我国沥青路面病害可以分为裂缝类、松散类、变形类和表面破损类四大类， 再依据破损的严重程度细分为2 1 个小类。由于所采用的评价指标和评价方法不 同，有不同的养护措施，但从大体上来分，我国沥青路面的养护措施可以分为小 修、中修、大修、改建，具体又可以分为日常养护、稀浆封层、补强、加铺罩面、 加铺磨耗层和专项工程等。 由于我国大规模的公路建设时间比较短，养护技术水平及机械设备与国外存 在很大的差距，目前已不能满足日益增长的公路养护的需要。主要表现在：养护 材料的研发缓慢，材料生产设备、工艺及技术水平比较落后；预防性养护技术处 在重新认识和推广的过程，与之相配套的养护机械的技术水平、实用性能与国外 相比存在相当大的差距，而且不能满足预防性养护技术使用与推广的需求；矫正 性养护日前应用比较多，工作量最大的是坑槽修补，其技术多为传统的热补，其 机械设备是国产的、小型的机械设备为主，近几年来虽然开发了一些新设备，但 可靠性、实用性较差，技术水平低，难以满足养护的需要；裂缝是我国公路常见 的病害之一，养护作业中所使用的养护机械种类也不多，机械简陋、劳动强度高、 作业效率低；路面翻新技术我国现在采用的是传统的冷铣削一摊铺技术，再生技 术和机械设备国内基本是零，技术水平只相当于发达国家上世纪9 0 年代末期。 在养护机械的优化配置方面，国内也有不少研究成果。上个世纪9 0 年代初， 刘增祥【2 4 1 结合他在公路工程实践中总结的经验，提出一套可以依据工程总量、 作业方法、作业工期等初始条件进行机械优化配置的半理论、半经验计算方法。 石常林瞄1 从机械整体出发，采用公路工程作业方法和专家系统相结合的方法归 纳出针对机械整体评价的一种方法，并总结了机械整体优化配置评价内容，在理 论方面取得了一定进展。郭小宏瞵1 采用概率论和数理统计的方法，提出了整套 高速公路机械化作业评价的理论模型，并以此为基础上研究了机械整体优化配置 方法。梁平田1 采用层次分析和模糊综合评价的相结合的方法，研究了高速公路 5 第一章绪论 沥青路面养护机械配置模型。马健萍捌采用层次分析和灰色关联分析相结合的 方法，提出了高速公路水泥混凝土路面养护机械优化配置方法。吴永平凹1 研究 了养护机械经济性评价模型：成本效益计算模型、单位折算费用模型和投资回收 期计算模型，并指出应该综合应用以上三种模型才可以较全面地进行养护机械经 济性评价。 1 2 3 国内外差距 我国机械化养护跟国外相比起步比较晚还有一段很长的路要走，主要表现 在： ( 1 ) 沥青路面使用性能评价与预测方面，国外已经做了大量的数据调查与 实验工作，理论已经比较成熟，国内可使用的数据还很少，已经建立的预测模型 不带有普遍性。 ( 2 ) 养护机械方面，国内产品品种还比较少、规格不齐全，不能满足国内 高等级公路养护需求，尚有一些空白机型需要开发。除了几种引进国外技术的产 品外，国内多数养护机械未采用电液一体化技术，自动化程度低。 ( 3 ) 路面机械优化配置与经济性评价研究，国内在这方面的研究不是很深 入，国内在这方面工作做得多的是长安大学跟重庆交通大学。这方面的研究有待 进一步加强。 1 3 本文研究的目的和内容 1 3 1 研究目的 本文以高速公路沥青路面养护为研究对象，从国内实际情况出发，通过研究 高速公路沥青路面养护理论，来解决最佳养护方案的选择、各种养护方案下最佳 机械组合，并对选择的养护方案和机械组合进行经济性分析，评价养护项目的经 济效益，适应高速公路现代养护发展的需要，为高速公路沥青路面养护决策提供 科学的理论依据。 1 3 2 研究思路 养护工程决策者往往最关心的问题就是如何用最少投入获得最大收益，从这 个目标出发，根据养护决策的过程，分别从最佳养护方案、最佳养护机械配置等 几个方面进行规划，建立决策模型，通过选择工期、费用、养护质量等约束作为 6 长安大学硕士学位论文 边界条件来进行优化。 1 3 3 研究内容 从决策过程出发，研究内容主要包括以下几个方面： ( 1 ) 对沥青路面路况数据的调查、数据的评价、评价指标的选取和评价模 型进行综合分析。 ( 2 ) 给出相应的养护措施集合，建立评价指标与养护措施集合间的联系。 ( 3 ) 提出沥青路面网级和项目级决策方法及其求解算法，进一步补充养护 方案选择理论。 ( 4 ) 分析高速公路沥青路面养护机械性能和能够完成的养护作业内容以及 提高生产率的方法。 ( 5 ) 建立沥青路面养护机械与养护措施集合间的联系，明确那种养护措施 需要采用哪些机械。研究养护机械的配置，建立养护机械优化配置模型，并提出 求解算法。 ( 6 ) 建立施工养护方案和养护机械优化配置经济性评价模型，以此来辅助 养护决策者进行养护项目的投资。 ( 7 ) 提出养护机械配置程序和养护经济性评价程序的研究思路和方法。 7 第二章沥青路面路况调查与评价研究 第二章沥青路面路况调查与评价研究 高速公路沥青路面在使用年限内，在行车载荷和自然因素的作用下，使用性 能会逐年下降，各种破损将随之产生。路面的破损对车辆的行驶速度、载荷能力、 燃料消耗、机械磨损、行车舒适、交通安全、环境保护等都会造成有害影响。因 此，对路面必须采取有效的预防性、经常性保养和维修措施，使路面保持良好的 技术状况，以保证路面的服务水平，延长路面的使用寿命。 2 1 沥青路面路况破损类型 沥青路面状况是指路面在被调查、评价时所具有的外观和内在状态，也称为 路面使用性能。通常外观状态表现为路面破损和不平整，内在状态表现为路面强 度和抗滑性能。通过该调查可以确定沥青路面路况破损类型，大体上可以分为两 大类：一类是内在破坏，表现为结构性损坏，包括路面结构整体或者其中一个或 者多个组成部分的破坏，使路面不在具有支承预定的车辆载荷的能力；另一类是 外在破坏，表现为功能性损坏，体现为路面平整性和抗滑能力的不足，从而影响 行车舒适性。总体上说，路面出现结构性损坏往往会伴随功能性损坏，路面出现 功能性损坏则不一定会出现路面结构损坏，两者都是累积起来的结果。对于功能 性损坏，可以通过小修养护或者罩面就可以使面层的功能得到恢复；对于结构性 损坏，必须进行路面彻底的翻修才能使功能得到恢复，因此分清两类不同的损坏 类型是比较重要的3 2 】【3 3 】【3 4 1 。 2 2 沥青路面路况调查与数据采集 沥青路面调查就是养护管理和技术人员经常性地对路面性能进行实地测量、 检查、研究、记录，必要时拍照，定时组织专业人员和设备对路面进行调查、数 据采集，以便对路面状况作出分析研究，为确定路面破损的养护对策和处理方案 提供依据3 2 1 。 2 2 1 调查内容与频率 根据公路沥青路面养护技术规范( j t j 0 7 3 2 2 0 0 1 ) ，调查内容包括路面破 损状况、路面结构强度、路面平整度、路面抗滑能力四个内容。鉴于车辙是高等 级沥青路面常见的破损类型之一，这里单独列出来进行研究，介绍了相关测量方 r 长安大学硕士学位论文 法。路面调查可以采用全面调查或抽样调查的方式，调查频率按照路面的类型和 评价指标的不同参照表2 1 【埔】。 表2 i l路面调查频率 评价指标 公路等级 破损平整度强度抗滑 高速公路、一级公路每年一次1 3 年一次 二、三、四级公路每年重点调查必要时调查 2 2 2 沥青路面破损状况调查方法 沥青路面破损状况是反映路面整体稳定性和结构完整性的一个指标，按破损 形状可分为裂缝类、松散类、变形类和表面破损类四大类，每类破损所包括的内 容见表2 2 【3 3 蚓。 表2 2沥青路面破损分类分级方法表 损坏类别分类外观状态描述分级标准单位 初期龟裂，缝细、没散落， 轻度块度：2 0 5 0 c m 裂区无变形 裂块比较明显，缝较宽， 龟裂 中度块度： 5 衄 0 2 m 缝壁没有散落或轻微散 m 2 长度 横向 轻度缝宽：5 m m 落，没或少支缝 裂缝 ( m ) 重度缝壁散落、支缝较多缝宽： 5 m m 0 2 m 9 第二章沥青路面路况调查与评价研究 轻度 坑浅，面积小( 小于lm 2 ) 坑深：2 5 n 蚰 坑 坑较深，面积较大( 大于 m 2 松 槽 重度坑深： 2 5 衄咀 散 1m 2 ) 类 轻度细集料散失、路面较粗麻 松 粗集料散失、出现多微坑， m 2 散 重度 表面有剥落现象 深度浅、行车没有明显不 沉 轻度深度：2 5 l 啪 舒适感m 2 陷 重度深度浅、行车很不舒适深度： 2 5 砌m 变 轻度变形较浅深度：2 5 舢吐 m 2 长度 形车 ( m ) 类辙重度 变形较深深度： 2 5 衄 o 4 m 波浪轻度波峰波谷高差较小深差：2 5 舢m m 2 拥抱 重度波峰波谷高差很大高度： 2 5 j 姗 表面 泛油路表出现沥青发亮、有轮印 破损研2 修补不良修补后有损坏 类 高速公路沥青路面破损，在范围不够大的情况下调查人员可以用直尺、病害 数据采集仪进行实地测量，必要时可拍摄或录像：当病害范围较广时，宜采用高 速摄影车等高效测试设备进行调查【3 2 】【3 3 1 。 调查时间，需根据调查目的、破损类型确定。对于因强度不足或者疲劳引起 的载荷性裂缝( 龟裂) ，宜在春季或雨季最不利季节之后进行；对于因温度收缩 等引起的非载荷性裂缝( 块状及横向裂缝) 宜在冬季以后调查；对于车辙、拥包、 波浪等热稳定性变形宜在夏季观测；对松散类破损宜在雨季观测。 调查指标采用综合破损率( d r ) ，破损的损坏范围按实测损坏面积计。调查 时，除应量测破损面积以及裂缝的长度、宽度或坏度外，还需要测车辙、坑槽、 沉陷的深度以及波浪、拥包的最大间歇和错台量的大小，以及确定各种破损的严 重程度。不规则形状的损坏面积按当量矩形面积估算，对于各种单条裂缝，其损 1 0 长安大学硕士学位论文 坏面积按损坏长度乘以0 2 m 计算，对于车辙损坏面积按车辙长度乘以0 4 m 计 算。各类破损长度或者面积的量测，准确至0 1 衄【3 2 h 3 3 l 。 2 2 3 路面结构强度调查方法 沥青路面结构强度是用来对沥青路面结构的承载能力进行评价，可以依据它 对沥青路面的剩余寿命进行有效预测，在依据预测出的剩余寿命的长短，判断出 路面结构的完好率和其损坏的快慢程度，从而确定需要采用的养护措施。 路面强度的调查指标为路面弯沉值( z 。) 。根据公路沥青路面养护技术规 范( j t j 0 7 3 2 - 2 0 0 1 ) ，高速公路路面弯沉值调查，宜采用自动弯沉仪或落锤式弯 沉仪进行调查，但应该建立与贝克曼梁测定结果的对应关系。路面弯沉的应在不 利季节测定，并注意温度修正，若在非不利季节测定，应按各地的季节影响系数 进行修正。弯沉的测定方法包括贝克曼梁法、自动弯沉仪法和落锤式弯沉仪法等。 1 贝克曼梁法 测试时，测试车缓慢前进，测定杆上百分表随着路面变形的增加而持续向前 转动，当转动到最大值时记录初读数厶，测试车继续前进，路面变形减小，待百 分表回转稳定后读取终读数厶。则路面测量点温度t 时的回弹弯沉可以用以 下公式计算【1 6 】【3 2 】【3 3 】： 0 = ( 厶一厶) 2 ( 2 1 ) 利用贝克曼梁测定路面回弹弯沉值时要进行支点变形修正和测量季节与温度 的修正。然后按下式计算每一个评定路段的代表弯沉： = l + 乙s ( 2 2 ) 式中：一评定路段代表弯沉，0 0 1 m m ； l 一评定路段内经各项修正后的各测点弯沉的平均值，0 0 1 衄； s 一评定路段内经各项修正后的全部测点弯沉的标准差，o 0 1 m m ； z 口一与保证率有关的系数，高速公路取z 口= 2 o 。 2 自动弯沉仪法 自动弯沉仪是测定路面弯沉值高效自动化设备，可对路面进行高密集点的强 第二章沥青路面路况调查与评价研究 度测量。测试时自动弯沉仪测试车以一定的速度行驶，把弯沉测定梁安装底盘下 面前端支于地面，每次后轴轮隙通过测定梁时，位移传感器等装置就会自动把弯 沉记录下来，然后以两倍的汽车速度拖动测定梁到下一个测点，循环地向前不断 测定。 自动弯沉仪器数据记录格式有格点数据、弯沉值数据及弯沉盆数据三种。输 入有关信息和参数后，可显示出左右两侧的弯沉峰值柱状图及峰值、距离和温度 等；计算出平均值、标准差和代表弯沉值；显示弯沉盆图形并计算出曲率半径。 但需要注意的是，自动弯沉仪测定的是总弯沉，与贝克曼梁测定的回弹弯沉 有所不同，在使用时应予换算贝克曼梁的静态回弹弯沉值。 3 落锤式弯沉仪( f w d ) 落锤式弯沉仪是采用一个计算机控制的液压系统驱动一定质量的落锤，从一 个预设的高度自由落下，产生一个冲击力来冲击承载板，从而传递到路面，路面 就会产生弯沉变形，由根据测点不同距离布置得传感器来对路表的变形进行检 测，计算机自动录入记录系统将信号，通过分析计算出路面测点弯沉及弯沉盆。 落锤式弯沉仪弯沉仪测定的是动态总弯沉，在使用时必须在相同实验条件的路面 上通过对比试验，换算成贝克曼梁的静态回弹弯沉值3 3 1 。 2 2 4 路面平整度调查方法 路面平整度是反映路面在行驶质量方面所提供服务能力的重要指标，调查指 标为国际平整度指数( 戚) 。测量设备从测量方法上一般可分为两大类即断面类 仪器和反应类仪器。断面类仪器常用的有3 m 直尺和连续式平整度仪，但这两种 仪器测试速度都比较慢，在高速公路上平整度检测推荐采用激光平整度仪。反应 类平整度仪常用的有车载式颠簸累积仪。 1 激光平整度仪法 激光路面平整度测定仪是一种与路面无接触的测量仪器，测试速度快，精度 高。测定仪在测试时候首先在路面上以一定的速度行驶，通过比较在测试车底盘 下的激光传感器激光束的原始光束跟反射回读数器的角度，同时把距离信号跟测 试车上的加速度计信号进行相减，消除测试车的颠簸后，得到路面真实断面信号 并将激光传感器的模拟信号转换成数值信号并记录下来并输出该结果。汽车每行 进一定的间距，平整度仪就采集一次数据。平整度数据分析系统可显示并打印出 1 2 长安大学硕士学位论文 国际平整度指数( 耐) 等平整度检测结果p 3 1 。 2 车载式颠簸累积仪法 车载式颠簸累积仪作业时，把车载设备在路面上以一定的速度行驶，路面上 的颠簸就会引起测定仪器的振动，利用电子传感器就可量出后轴同测定车之间的 单向的位移累积值v b i ，以c m 枷计。 使用时要注意，颠簸累积值的大小与测试车的底盘悬挂性能有关，所以仪器 在使用之前，必须进行标定。车载式颠簸累积仪测试的指标是颠簸累积值v b i ， 需要通过标定试验建立v b i 和瓜i 的相关关系，将其换算成国际平整度指数i r i 。 换算关系如式( 2 3 ) 所示。 脚= 口+ 6 聊， ( 2 3 ) 式中：删一国际平整度指数，c m 枷； 口、易一回归系数； 船，v 一测试车为v ( 梳j 1 ) 时颠簸累积仪测得的颠簸累积值，册加。 2 2 5 路面抗滑性能调查方法 路面所具有的抗滑能力是安全性能评价的主要指标，其调查指标为轮胎与路 面的摩擦因素。抗滑能力低时，容易造成雨天行车事故和行驶速度的降低，尤其 在公路交叉口处。 影响抗滑性能的因素有路面表面特征、路面潮湿程度和行车速度。在高速公 路进行抗滑性能检测可用的测试方法有横向力系数( s f c ) 测试法、构造深度测 试法( 激光构造深度仪法) 。如无此设备时，也可采用摆式仪测定摆值b p n 表示。 1 横向力系数法 摩擦系数测定车测定的路面横向力系数既表示车辆在路面上制动时候的路 面抗力，还表示车辆在路面上发生侧滑时得路面抗力，因此它是路面纵横向摩擦 系数的综合指标，反映较高速度下的路面抗滑能力。测试设备有一个测试轮，方 向与测试方向成2 0 。角。测试设备作业时供水系统洒布一定量的水后，降下测定 轮，并在测试轮上施加一定载荷，用载荷传感器测量出跟测试轮轮胎面垂直的横 向力，用该力和轮荷载相比就得到横向力系数s f c 。 2 激光构造深度仪法 1 3 第二章沥青路面路况调查与评价研究 激光构造深度仪是一种小型手推式路面构造深度测试仪。作业时，首先用半 导体高速脉冲激光器产生一束红外线，把该红外线投射到被测路面上，经过散射， 路面会反射部分光线，利用接受透镜把反射光线聚焦到按线性布置的光敏二级管 上，此时收集光线最多的二级管位置就给出了这一时刻离道路表面的距离，通过 一系列分析处理输出构造深度。 我国公路路面构造深度以铺砂法为标准测试方法，由于利用激光构造深度仪 测出的构造深度与铺砂法测试结果不同，但两者有很好的相关关系，因此需将激 光构造深度仪的测定值换算为铺砂法的构造深度才能对路面抗滑性能进行评定。 2 2 6 路面车辙调查方法 车辙是高等级沥青路面常见的损坏形式，因此这里单独列出来介绍其测量方 法。早期车辙的最基本的测量方法是用直尺架在车道上测定直尺与车辙底部的距 离。目前常用的是路面横断面仪、路况自动测试车或量程大于车辙深度的量尺测 定。测量的指标均为车辙深度【3 3 1 。 1 路面横断面仪法 在横断面仪的横梁上有一测量器，可自动记录横断面形状。测量时将路面横 断面就位于测定断面上，方向与道路中心线垂直，两端支脚立于测定车道的两侧 边缘，调整两端支脚高度使其等高。移动横断面仪的测量器，从测定车道的一端 移至另一端，记录出断面形状3 3 1 。 2 路况自动测定车法 路况自动测定车测定车辙的原理是利用横向布置的一排激光距离传感器，通 过摄影或录像等方式快速连续测定并记录测定桩号及各断面形状。测试前设定测 定断面的间隔，开动测定车，启动测定及记录装置，即可自动记录出每个断面的 形状及里程桩号3 3 1 。 3 横断面尺法 测试时将横断面尺位于测定断面上，两端支脚置于测定车道两侧。沿横断面 尺每隔2 0 c m 一点，用量尺垂直立于路面上，用目光平视测记横断面尺顶面与路 面之间的距离，准确至1 m m ，如断面的最高处或最低处明显不在测定点上应加 测该点距离。记录测定读数，绘出断面图，最后连接成圆滑的横断面曲线。 1 4 长安大学硕士学位论文 在横断面图上量取最大的车辙深度，然后以一个评定路段为单位，求取各测 定断面最大车辙深度的平均值作为该评定路段的平均车辙深度。 2 3 沥青路面路况评价 沥青路面路况评价就是在采集了沥青路面路况数据的基础上，对各种路况数 据进行分析整理，提出评价方法与评价指标，完成实际调查内容跟养护对策之间 的衔接，为制定更好的养护方案提供依据。 2 3 1 沥青路面评价等级和内容 1 沥青路面路况评价等级 在沥青路面养护管理中，对路面状况评价的等级可以采用人们日常生活的习 惯方式，分为优、良、中、次、差五个等级撕1 。 优一表示路面平整、坚实、无破损、有足够的抗滑能力，仅需要日常养护； 良一表示路面比较平整，无明显破损和变形，仅有少量裂纹，需要日常养护 和小修； 中一表示路面有少部分变形和破损，稍不平整，抗滑能力基本满足要求，需 小修或中修； 次一表示路面各种破损较多，不平整，强度不足，抗滑能力较差，需中修或 大修； 差一表示路面破损和变形严重，强度明显不足，需大修或改善。 2 沥青路面路况评价内容 根据公路沥青路面养护技术规范( j t j 0 7 3 2 2 0 0 1 ) ，路况评价内容包括路 面破损状况、行驶质量、强度及抗滑性能。各项评价内容所用的指标及其关系 如图2 1 所示1 6 l 。 2 3 2 沥青路面破损状况评价方法 路面破损状况采用路面状况指数( p c i ) 进行评价，它是一个综合表征路面 破损严重程度的度量指标，其值与沥青路面的各种破损情况、严重程度及破损程 度及破损密度有关。 1 沥青路面路况指数计算方法 计算沥青路面状况指数时，首先根据沥青路面路况调查的数据根据式( 2 4 ) 1 5 第二章沥青路面路况调查与评价研究 指标 调查指标 评价指标 综合指标 i 平整度破损强度抗滑性能 l 上上上 i u d r s f c 、b p n i 上 。 上 。 上 。 上 l r q i p c is s is f c 、b p n i ilf p q i 图2 一l 评价指标关系图 计算出沥青路面破损率d r ： d 尺= d a 1 0 0 = d a l o o ( 2