高速公路沥青路面大修方案和时机控制研究

朱 勇 刘泉菲

(长沙理工大学交通运输工程学院， 湖南 长沙 410004)

0 引言

随着我国高速公路总里程数和交通流量快速增长，高速公路建设步入路面养护、大修的高峰期。由于长期超载超限、气候变化及养护管理人员对于高速公路路面养护意识和水平较低，迫使路面裂缝、车辙、坑槽等现象严重，使得高速公路路面养护大修方案选择及时机控制变得尤为重要，国内外一些学者们也开展了相关的研究。20世纪80年代末期，由美国教授Hundson提出的养护管理系统PMS[1-2]使路面管理得到完善，降低了道路的养护成本同时提高了路面的使用性能。田海宁[3]从全寿命周期成本角度阐述了在选择养护投资方案时应该综合考虑初期设置费用及后期的养护费用等因素。李峰[4]基于支持向量机对路面行驶质量指标进行预测和分析，结合交通量数据判别大修的合理时机。

1 路面养护全寿命周期及衰变模型

1.1 路面养护全寿命周期概念

高速公路项目全寿命周期，即从项目立项开始经过建设运营到退出服务的整个过程。其路面养护全寿命周期指从某次路面养护完成到项目不能满足需要而进行报废的时间。其中有：

式中PQI指表征某时刻路况性能综合指标，路面完好程度即PCI，RDI指表征路面车辙系数，RQI指表征路面抗滑性能，SRI指表征路面抗滑性能，Wi表示相应性能所占权重。随着路面使用时间增加，各路面状况指数会随之下降。如图 1所示为路面养护全寿命周期为

图1 全寿命周期路面性能变化示意图

1.2 衰变模型

对路面的养护指标进行计算时，引入效果费用比作为计算指标。养护周期内的效果有两层含义：第一层表示养护某时刻测出的即时效果，通常从 100逐步下降；另一层表示寿命周期效果，即□PQI是累积产生效果值。在路面性能衰变模型选择时，基于经验的统计回归法避免了复杂的力学等分析，操作相对简单。参照衰变模型如公式(2)-公式(4)，对于累积效果值进行测算并用效果费用比指标进行比较。

2 实例分析

选取某高速公路沥青路面左行路段1.6km在时刻2015年的性能指标为标准，该高速采用双向六车道设计，每条车道宽3.5m。高速公路已投入运营8.7年，所以t0=2010年，当时该右行路段测得路况指数分别为：PCI = 82.27，RDI= 74.68，RQI = 84.95，SRI = 85.29，权重分别为:0.35，0.15，0.4和0.1。下面运用寿命周期效果费用指标进行养护方案的选择，3种典型养护对策有现场热再生(60元/m2}，罩面(90元/m2}，铣刨(160元/m2}，养护作业量为16800 m2。按照公式(1)-(4)测算各养护对策措施效果如表1所示。

表1 养护措施效果比较

表2 养护措施效果变化情况

从表 2中可知，热再生方案随着单价变化具有较高的敏感程度，在方案选择时应该及时注意养护单价的变化情况，应该保证整体上具有更好的实施效果，对于单价变化影响明显的方案提出针对性保障措施。其次以大修时间为自变量，方案单价、权重均保持不变，而路况指数也随着大修时间延长而降低。如表3、图2所示，前面针对效果费用比最大为原则选用的热再生方案，接着根据公式推算出随着大修时间延长1年、2年、3年或者提前1年产生的不同的路况指数。

从图3可知，2015年后，选用热再生方案路面路况指数RDI、RQI、SRI均产生一定程度下降，路面状况指数下降导致后期维护成本必然增加。通过 MATLAB输入不同大修时间计算出项目寿命期的实际效益，不同大修时间所产生的寿命周期效益如表4。

表3 不同大修时间路况指数

图3 不同大修时间路况指数变化趋势

表4 不同大修时间养护措施效果

□RQI 368.86 403.39 433.02 457.89 478.23□SRI 324.87 354.15 379.38 400.70 418.33

由计算可得，选择2014年大修所得寿命周期收益为□PQI = 337.35；以普通高速公路20年为计算期，则整个计算期效益为876.23；同理2015年、2016年、2017年、2018年分别效益为845.54、812.29、777.40、741.76。分析可知，2015年后，计算期效益会大幅下降，同时由于性能下降所带来的维护成本增加，导致效果费用比固然下降，所以项目大修时间在7.7-8.7年之间进行比较适合。

3 结论

文章从路面养护全寿命周期角度出发，选取适合的路面大修的衰变模型，通过分析对比高速公路项目从立项时刻开始到大修时刻的效果费用，可以针对性选出适合某次大修的确切方案，同时分析方案单价变化对效果费用的影响以更好观测方案寿命周期成本的变化。

[1]晏飞. 高速公路日常养护管理系统开发与应用[D].长安大学,2016.

[2]张丰焰,周伟,李雪. 公路养护管理系统在公路养护工程造价管理体系中的定位研究[J]. 公路,2007,(04):123-12

[3]田海宁.全寿命周期费用成本分析在吐乌大高速公路大修方案选择中的应用[J].公路交通科技:应用技术版, 2010(12):143-145.

[4]李峰. 基于支持向量机在役路面大修时机评定方法研究[J]. 公路工程, 2015,40(3):195-198.

[5]Anastasopoulos P C, Mccullouch B G, Gkritza K, et al. A Cost Savings Analysis of Performance-Based Contracts for Highway Maintenance Operations[J]. Journal of Infrastructure Systems, 2010, 16(4):251-263.