基于路面养护服务能力指数的高速公路路面养护费用模型

基于路面养护服务能力指数的高速公路路面养护费用模型

1路面养护费用模型的建立中国大部分高速公路护理资金的投资基于对四个单项指标的评估：路面损坏、路面平整度、路面强度和道路抗滑度。各管理部门通过对路况的综合判断来制定养护计划,分配养护资金,或是较为平均地分配养护资金。这种方法没有系统性,某种程度上来说没有把路面的现时服务能力和养护费用联系起来,倾向于经验决策。然而,维修费用总是有限的,在发展中国家,公路建设和养护资金紧缺的情况下,如何用工程经济理论进行养护决策,使有限的资金发挥出最大的效益,已经成为人们普遍关注的问题。本文建立路面养护费用模型的目的,是把路面服务能力指数PSI与养护费用相联系,选择最优维修顺序,使有限的资源以最小的花费获得最大的效益。一个成功的路面养护费用模型,不仅要对路面状况具有敏感性,而且应能够很好地反映路面的现时服务能力。该模型主要是把维修费用作为现时服务能力指数PSI的函数,其数值来源于所采集的路况数据。研究结果表明,PSI在一定范围内,对维修费用具有很大的敏感性。在制定养护计划时,通过防止路面状况到达敏感阶段或延长到达此阶段的时间而使路面维修费用减小。此模型尤其适合于资金紧缺的发展中国家,用于指导养护资金的分配。2路面时效服务能力指数hs路面现时服务能力指数PSI最早由AASHO(美国各州公路工作者协会)提出,之后全世界各个组织都提出了许多类似的指标,在日本的道路养护维修纲领中,侧重考虑路面本身的服务能力,其计算公式为:PSI=4.53−0.518logσ−0.371CR−−−√−0.0017RD2(1)ΡSΙ=4.53-0.518logσ-0.371CR-0.0017RD2(1)ε—平整度(mm)CR—裂缝率(%)RD—车辙深度平均值(mm)路面综合评价指标为:优(PSI≥4),良(4>PSI≥3),中(3>PSI≥2),次(2>PSI≥1),差(1>PSI≥0)。路面现时服务能力指数主要考虑了常见破损类型中的路面平整度、裂缝率和车辙深度。笔者分析了沈大、沈本和沈抚等高速公路路况以及相对应的PSI,并经专家组评定,认为该指数能很好的体现高速公路的路面服务能力,全面反映公路的行车特性和舒适性,可以作为制定养护计划的依据。3对道路损坏的分类和维护对策3.1裂缝的部位和损失率为了减小人为误差,更量化的表达各单项指标同养护费用的关系。笔者参照我国《公路养护技术规范JTJ073-96》和有关文献,将裂缝按裂缝面积的大小,车辙和平整度按破损的范围和严重程度以及要达到的标准(见表1)分为4级。各破损分级情况见表2。3.2路养护技术标准我国现行公路养护规范中养护对策繁多,各地实施方法不一。本文按照我国现行公路养护技术标准,结合辽宁省高速公路管理局所提供的维修方案,把常用的有代表性的方法及其单价列举如表3,各养护维修方案的单价按辽宁省高速局现行标准。根据现行养护规范为每种破损及其不同等级选出切实可行的养护对策(见表4)。3.3减少料磨耗层为了避免同一段路面上几种维修方案之间的重复,应当确立以下原则。如果某一段的龟裂或车辙达到破损的第3级,则其它维修措施规定如下:①不用再铺石料磨耗层,X2=0;②用填封裂缝代替封层,X3=X1;③罩面应在全路段上进行,即维修密度应等于1.0这些规定列为表达式如下:①X2=0②X3=X1③D8=1.0(罩面密度为1.0即全幅罩面)如果高速公路抗滑能力不足,即摩擦系数BPN<37,在维修时都考虑加铺磨耗层,其它的病害也一并处理。4建立维修成本模型和顺序4.1确定单段的psi质量维护指数和单位面积的单位成本(1)—针对系统内每一路段,算出其相应的路面服务能力指数PSI,其计算公式为:PSI=4.53−0.518logσ−0.371CR−−−√−0.0017RD2(1)ΡSΙ=4.53-0.518logσ-0.371CR-0.0017RD2(1)式中:ε—平整度(mm)CR—裂缝率(%)RD—车辙深度平均值(mm)(2)等级类材料c式总费用计算如下:CT=∑Di×Ci(2)式中:CT:整段费用(元/m2)Di:各类型各等级损坏的密度ci:各维修对策单价(元/m2)(3)路面服务能力指数psi-维修造价由以上两步就可以建立在同一路面破损状态下的PSI与相应的平均维修造价之间的对应关系。如果对路网内的不同破损面积进行大量统计计算,找出不同PSI下的平均维修造价,然后以PSI为横坐标,以平均维修造价为纵坐标建立关系曲线,就实现了“路面服务能力指数PSI-维修造价”费用模型。本文模型以沈大高速公路为例,对路面破损和养护费用进行分析,养护维修费用与服务能力指数PSI关系见图1。4.2psi对维修费用的影响根据上图沈大高速公路的“路面服务能力指数PSI-维修造价”费用模型可看出:(1)按照养护费用增长率的不同,图1可以划分四个阶段:第一阶段,PSI≥4(路面处于优状态),基本上不采取维修措施;第二阶段4>PSI≥3时,路面处于良状态,随PSI的减小维修造价迅速增长;第三阶段,当3>PSI≥1.5时,路面处于中、次级状态,维修费用随PSI值变化较小;第四阶段PSI<1.5,路面处于次、差状态,维修费用达到最高限,基本上不随PSI变化。(2)通过图1,我们可以发现,PSI在3～4范围时,属于维修费用增长的敏感期,为了避免维修费用的急剧增加,要注意此阶段的养护维修。因此,从维修费用图可以确定一个路网或一条比较长的公路的维修优先级,见图2所示:这样,依据PSI费用模型就把路面的现时服务能力指数和需要的养护费用联系起来,也就可以比较准确有针对性地分配养护费用,确定系统内路段的养护优先级,使有限的资金发挥出最大的效益。5基于高速公路沥青路面养护的公路拟量模型本文把高速公路沥青路面的综合指标路面现时服务能力指数PSI和路面的养护费用相联系,从道路使用者的角度来