沥青路面预防性养护时机的确定方法

沥青路面预防性养护时机的确定方法研究摘要：沥青路面预防性养护效益分析是路面预养护技术的核心,是比选预养护方案和确定实施时机的前提，同时路面预防性养护对维持良好的路面性能也具有重要的意义。预防性养护的成功与否及其效益与进行预防性养护的时机密切相关,本文结合我国公路养护技术水平,从预防性养护的作用出发,针对沥青路面早期损坏的特点，应用寿命周期费用法来确定沥青路面养护的最佳时机，对沥青路面采取稀浆封层技术后，采用预养护效益分析中的效益面积、效益基线、效益面积增量等指标进行计算，最后通过比较效果费用比值得出：当路面寿命为四年时采取预防性养护措施的效果费用比最大，此时也为采取稀浆封层作为预防性养护措施的最佳养护时机，因此应在第四年采用稀浆封层措施对路面进行养护处理。Abstract:Asphaltpavementpreventivemaintenancebenefitanalysisisthecoreofthepavementpre-conservationtechnology,isthepremiseofComparingandselectingpre-conservationplananddeterminingImplementationtime,simultaneouslypavementpreventivemaintenanceisalsoofgreatsignificanceonpavementperformance.Thesuccessofpreventiveconservationanditsbenefitsiscloselyrelatedtotheoccasionofpreventivemaintenance.Thispaper,Combiningthelevelofhighwaymaintenancetechniques,startingfromtheroleofpreventivemaintenance,Againstforasphaltpavementdamagecharacteristics,applyinglife-cyclecostmethodtodeterminethebesttimeofasphaltpavementmaintenance,utilizingthetechnologythatslurrysealtotheasphaltpavement,usingtheEffectivearea,thebaselineefficiency,theIncrementalofEffectiveareaofpreventivemaintenancebenefitanalysisandotherindicatorstocalculatetheincrementalarea,thefinalConclusionbycomparingtheeffectfeesRatio:Whentheroadlifeisfouryears,theeffectfeesRatioofpreventiveconservationmeasuresismaximum,thistimealsoisthebesttimefortakingslurrysealtoasphaltpavementaspreventivemaintenancemeasures,soweshouldtakeslurrysealtoasphaltpavementasthemeasurestodealwiththepavementinthefourthyear.关键词：沥青路面；预防性养护；养护时机；寿命周期Keyword:AsphaltPavementPreventiveMaintenanceMaintenanceTimeLifeCycle0引言路面预防性养护对维持良好的路面性能具有重要的意义。为改善路面使用性能,延长路面使用寿命,延迟昂贵的路面大修和重建,预防性养护起到了重要的作用。目前,国内外对预防性养护时机进行了多方面的研究,提出了一些较实用的确定方法,主要有:基于路况(PCI)或时间的方法、行驶质量指数和破坏指数法、决策树法、排序法、效益费用评估法、生命周期评估法和基于老化的方法等。由于路面使用性能的影响因素多,各指标之间存在内在联系,而且之间的相互关系复杂多变,使得上述各种预防性养护时机确定方法,有时很难取得令人满意的结果。预防性养护是一种社会效益和经济效益均很好的养护方法,其有效性和经济性在很大程度上取决于采取预防性养护措施的时机。半刚性基层沥青路面预防性养护是一项系统工程,其核心是建立一个有效的决策系统,解决在一定的路段、一定的时间、采取一定的养护措施的沥青路面预防性养护问题。预防性养护的经济性和有效性在很大程度上取决于采取预防性养护措施的时机,而对于预防性养护时机的确定,又是预防性养护的重点和难点。本文针对沥青路面早期损坏的特点，应用寿命周期费用法来确定沥青路面养护的最佳时机，最后通过比较效果费用比值得出：当路面寿命为四年时采取预防性养护措施的效果费用比最大，此时也为采取稀浆封层作为预防性养护措施的最佳养护时机。1沥青路面预防性养护时机指标预防性养护是指在路面状况良好的情况下,对现有道路系统进行有计划的、基于费用效益分析的一种养护策略,它在不提高路面结构承载能力的前提下,可有效延迟路面损坏,维持或改善路面现有通车条件,达到推迟路面大修、延长使用寿命等目的。由于路面使用性能具有多方面的属性，用单项指标难以对它进行全面评价。在路面预防性养护时机的确定中,每个指标所起的作用是不同的。1.1路面状况指数路面破损现象是各种因素作用于路面结构的结果,反映了路面结构的完整性,也是衡量路面服务潜力的最重要因素之一。在目前大多路面管理系统中也将其作为主要的路面采集数据,因此,应将路面状况指数PCI作为确定预防性养护实施时机的路面使用性能评价指标。1.2行驶质量指数路面的行驶质量采用行驶质量指数(RQI)作为评价指标,是反映路面在行驶质量方面所提供服务能力的主要指标。行驶质量指数由国际平整度指数(IRI)采用式(1)进行计算。从路面状况的角度分析,影响路面行驶质量的主要因素是路面平整度,平整度是路面行驶舒适性、经济性与安全性最普通和最重要的标志。也是路面管理系统主要采集的路面数据。因此,平整度成为度量路面使用性能的一项重要指标。1.3抗滑系数路面的一个重要功能就是保证使用者的安全,而路面抗滑性能是影响行车安全的主要因素,当路面的抗滑性能低于某一限度时,可通过经济、有效的预防性养护措施来恢复路面的抗滑性能,随着人们对安全的重视程度提高,保证道路使用者的安全是至关重要的工作。因此,有必要将路面的抗滑性能作为确定预防性养护时机的一个指标。路面抗滑性能一般采用抗滑系数作为评价指标,路面抗滑系数以横向力系数(SFC)表示。1.4车辙车辙主要发生在路面投入使用的前期。车辙的出现不仅影响行车的舒适性,也影响行车的安全性。车辙达到一定深度后,车辙内的积水不容易排除,一方面降低路面的抗滑性能,容易引发交通事故;另一方面积水向下渗入路面,如果不能及时排除,在行车荷载和冻融循环的作用下,极易引发其他病害的产生。现有养护技术规范将车辙只作为一种路面破损形式,不足以反映车辙对行驶舒适性和行车安全性的重要性。因此,有必要将车辙作为确定预防性养护时机的指标之一。但作为预防性养护措施来处理的车辙有一定的深度限制,当超过这个界限时,就不宜用预防性养护措施来处理了。要确定路面预防性养护的最佳时机，首先要选择路面使用性能的评价指标，而对沥青路面使用性能的影响因素不是单一的，因为路面使用性能具有多方面的属性，本文采用综合指数PQI来进行分析。2沥青路面预防性养护时机分析方法2.1寿命周期法随着特重交通和重交通道路比例的增加，半刚性沥青路面在没有达到设计年限便发生结构性破坏。在路面管理系统经济分析中,一般认为寿命周期费用分析是比较合理的经济分析方式。通过寿命周期分析方法，提出半刚性沥青路面最合适的养护时机，使所需养护维修费用最少，为道路使用者提供良好的通行环境。本文针对沥青路面早期损坏的特点，应用寿命周期费用法来确定沥青路面养护的最佳时机。2.2预养护效益的估算若已知表征路面性能的指标,如路面平整度指数IRI、横向力系数SFC、路面状况指数PCI等衰变规律,则指标衰变曲线与上下效益基线围成的面积称之为该指标的效益面积。当采用预养护措施后,效益面积的增量称之为预养护效益面积。效益计算基线是计算效益面积的上下边界,反映在效益计算指标和时间关系图上为平行于时间轴的直线。效益面积增量为实施预防性养护措施以后的性能衰变曲线与未采用预养措施时的性能曲线以及上下效益基线围成的面积。采取预防性养护措施后的效果，用效益面积增量与未采取预养措施时效益面积的比值表示。最佳预防性养护时机是基于效果费用比得到的。最佳时机就是在费用最小而效果最大时，即效果费用比额E/C最大时是最佳的养护时机。2.3预防性养护措施稀浆封层是一项较理想的路面预防性养护技术，能减小原路面的透水性，提高摩擦系数，适当改善平整度，有施工快、造价低、用途广、能耗低、污染少等优点，并具有施工简单、不中断交通、提高路面质量较快的特点，经多年的应用技术比较成熟，不断得到发展。其在养护工作中起着极为重要的作用，也可以用在白色路面上直接取代热沥青面料做面层，施工方法简便，可以有效地提高道路的使用寿命，节省大量的资金和能源，明显地提高经济效益和社会效益。稀浆封层技术是将稀浆混合料均匀地摊铺在待处理的路面上，经裹复、破乳、析水、蒸发和固化等过程与原路面牢固地结合在一起，形成密实、坚固、耐磨和道路表面封层。能够恢复路面的平整度和抗滑性能，修复轻微车辙，快速封闭旧路面的各种裂缝，防止雨水和雪水对路基路面进一步损坏，延长道路的使用寿命。但稀浆封层对于路基变形较大、已严重损坏的路面则不宜使用。本文应用稀浆封层技术对路面进行预防性养护措施。3预防性养护时机的确定应用实例3.1预防性养护衰变曲线=1\*GB2⑴未预防性养护措施衰变规律用选取的权重指标计算得河北省某道路历年的PQI值见表1：表1河北省某路历年PQI值Table1PQIvalueofaroadovertheyearsinHebeiProvince年份1999年2000年2001年2002年2003年PQI43.516541.45439.533537.977535.385根据以上计算得到的PQI值，用Excel进行灰色模型进行预测，下列PQI数据为2003年随后10年的预测值，见表2：表2河北省某路PQI预测值Table2PQIpredictivevalueofaRoadinHebeiProvince年份2004年2005年2006年2007年2008年PQI33.857032.182430.597129.097327.6774年份2009年2010年2011年2012年2013年PQI26.333225.060723.856022.715421.6351由上述数据，得到该路面使用性能衰变曲线见图1：图1路面性能衰变曲线Figure1Decaycurveofpavementperformance=2\*GB2⑵预防性养护措施后衰变规律预防性养护是应用合适的措施来延迟路面的损坏，延长路面的服务寿命．河北省道路应用稀浆封层措施后第3年、第4年、第5年的PQI变化情况见表．根据调查情况，用灰色理论进行预测，根据预测值可以得到实施微表处措施后路面性能衰变规律，预测值列表如表3所示．表3应用稀浆封层后PQI预测值Table3PQIpredictivevalueafterapplicationofslurryseal应用预养措施时的的路龄微表处后第n年12345678340.489239.8738.940538.06637.165336.282135.416434.5725438.938038.33937.88637.094736.507835.886135.273134.6688536.591536.053935.28534.102333.234532.324431.4396-根据以上预测值，可以得到实施稀浆封层后的路面衰变规律（见图2-4），据此可以计算不同预防性养护实施时机的效益面积。道路用户效益可以用路面性能曲线围成的面积来估计。如果知道性能指标的衰变曲线，把衰变曲线与上下效益基线围成的面积称为该指标的效益面积。图6.2路龄为3年时采取措施Figure6.2takingmeasureswhenRoadageis3years图6.3路龄为4年时采取措施Figure6.3takingmeasureswhenRoadageis4years图6.4路龄为5年时采取措施Figure6.4takingmeasureswhenRoadageis5years3.3预防性养护效益分析当采用预防性养护措施以后，效益面积的增量称为预养护效益面积。该路应用稀浆封层技术养护时的计算结果如表4：表4效果费用比Table4Costeffectivenessratio采取预养时间效果（%）费用（万元/kmm）效益费用比（%）第3年33.72543.781.325第4年58.42423.322.410第5年23.62724.160.866由表可见，当路面寿命为当路面寿命为四年时采取预防性养护措施的效果费用比最大，此时为采取稀浆封层作为预防性养护措施的最佳养护时机。因此应在第四年采用稀浆封层措施对路面进行养护处理。4结论=1\*GB2⑴本文首先确定了以经济分析法为基础的预防性养护实时机的寿命周期法，并用结合路面性能的综合评价指标PQI确定了前述河北省路段使用稀浆封层技术时的最佳养护时机。=2\*GB2⑵本文通过比较分析得到：路面寿命为当路面寿命为四年时采取预防性养护措施的效果费用比最大，此时为采取稀浆封层作为预防性养护措施的最佳养护时机。因此应在第四年采用稀浆封层措施对路面进行养护处理。=3\*GB2⑶预防性养护最佳时机决策本质上是经济决策和路面服务功能分析的结合,体现了投资和收益期望的关系,以最少的资金投入赢取最佳的效益回报,达到经济效益与社会效应双赢的目的。最佳预养护时间可定义为一个预养护对策可产生最大效益的实施时间。=4\*GB2⑷预防性养护可以平衡路