关于贵州某高速公路沥青路面预防性 养护方案决策分析

(1贵州省建筑设计研究院有限责任公司， 贵州 贵阳 550081；2贵州建通建设工程有限公司， 贵州 贵阳 550081)

1 前言

针对沥青路面的工程特点，我国《公路沥青路面养护技术规范》(JTJ 073.2-2001)要求，公路养护管理部门必须对各等级的沥青路面制定合理的预防性养护计划，采取周期性的预防性养护措施。沥青路面与其他工程项目不同，它在道路开放运营早期就会出现不同程度和范围路面病害，如裂缝、坑槽等。一旦这些早期病害得不到合理而有效地处治，路面损坏就会进一步加剧，并最终导致路面寿命大大低于设计寿命；如能够在路面病害出现早期就采取适当的预防性养护措施，不但可以有效延缓路面破坏的速度，而且还可以将路面服务水平保持在较高水平，进而达到延长路面寿命的目的。因此，在适宜的时间，采取科学、合理的预防性养护方案对于沥青路面的预防性养护工作具有十分重要的意义。

本文以贵州某高速公路为例，利用其它研究论文[1]中的预防性养护模型为基础，对某高速公路的养护决策进行分析与论证。

2 预防性养护方案决策的影响因素与方法

沥青路面预防性养护方案的选择主要涉及到经济、技术、施工、气候环境和养护部门养护能力等多个方面的因素，是一个多因素、多目标、多层次的决策问题[2]。因此，在选择预防性养护方案时必须综合考虑各个因素的影响，以及制定出科学而合理的方案，达到预防性养护的效果。

决策树、决策矩阵法、费用效益法和寿命周期费用法是目前沥青路面预防性养护中较常用方案决策方法。

决策树和决策矩阵法一般是根据当地类似工程经验，并且主要考虑技术因素建立的。但是由于不同道路所处的环境不尽相同，交通量、路面结构也存在差异，并且难以考虑多种因素的组合，因此移植性较差[3]。

费用效益法就是以效益费用比作为评价预防性养护效果的标准。在路面工程中常以采取预防性养护后路面寿命或性能指标曲线下增加的面积作为效益[3]。通过对比各方案的费用效益比，选出其中比值最大即为最优方案[4]。这种方法主要考虑了预防性养护措施的经济效益，而忽视了路面实际的路况对决策的影响，因此选出的方案往往是最经济的而非最优的。

寿命周期费用法(Life- Cycle Cost )是一种以项目的寿命周期作为费用计算的分析期来分析项目效益的经济分析方法。对于路面大中修工程，寿命周期具有良好的适用性[5]。同时，在掌握路面长期路用性能检测数据的情况下，对预防性养护方案选择也有很好的效果。

3 某高速预防性养护决策

结合贵州某高速公路右幅 K96+000～K116+000路段实测数据，运用已建立的沥青路面使用性能衰变方程计算预测结果，并用费用现值法进行经济评价，以此来确定最佳养护方案。

3.1 采取预防性养护措施前衰变曲线的确定

根据文献[1]得到的沥青路面使用性能衰变模型，结合该高速公路右幅K96+000～K116+000段前四年的检测数据，可以得到该高速使用性能的各指标衰变方程(图 1～图 6)。

图1 预防性养护前PSSI的衰减曲线

图2 预防性养护前RQI的衰减曲线

图3 预防性养护前RD的衰减曲线

图4 预防性养护前CR的衰减曲线

图5 预防性养护前LR的衰减曲线图

6 预防性养护前SFC的衰减曲线

3.2 预防性养护时机的确定

通过对贵州某高速公路右幅 K96+000～K116+000路段控制指标和触发指标的数据的分析，结合预测模型绘制的衰减曲线，可以非常清晰的了解该路面各个指标现在所处情况以及未来发展趋势。从PSSI衰减曲线图1中可以看出在路龄约为8年时，PSSI下降到控制值以下，既是PSSI大于控制指标；从预测图2中可以看出某高速公路右幅K96+000～K116+000路段的RQI下降比较缓慢，在预测期内不会达到控制指标。以上两个控制指标在第8年以前均未达到控制值，所以在8年前可以采取预防性养护措施进行养护。

从预测图3中可以看出某高速公路右幅K96+000～K116+000路段的裂缝率上升较快，在预计路龄为5年时，裂缝率将达到触发值；从预测图4中可以看出该高速公路右幅 K96+000～K116+000路段的车辙将进入一个快速增长阶段，在预计路龄为7年时，车辙深度将达到触发值；从预测图5中可以看出该高速公路的路面损坏LR将进入一个快速增长阶段，在预计路龄为7年时，路面损坏LR将达到触发值；从预测图6中可以看出该高速公路的横向力系数在预计路龄为7年时将达到触发值。

综合以上控制指标和触发指标的预测结果，可以确定预防性养护时间的区间为路龄第5年～第8年。

3.3 预防性养护方案的拟定

根据贵州某高速右幅K96+000～K116+000的前期检测资料，路龄为第5年时裂缝率首先达到养护触发值，可对应采取的预防性养护措施有，雾封、乳化沥青稀浆封层等。第 7年时车辙、路面破损和横向力系数达到养护触发值，此时可采取的预防性养护措施有超薄磨耗层、微表处等。据此本文拟定三种预防性养护方案：

A：第五年采取雾封层，第七年采取超薄磨耗层；

B：第五年采取雾封层，第七年采取微表处；

C：第五年采取超薄磨耗层。

根据本文文献[1]提出的预防性养护标准，以PSSI和RQI为控制指标，当他们的值低于83时就不能采取预防性养护措施，需要进行大中修。因此，本文设定当PSSI和RQI值低于控制值时采取中修罩面。

3.4 采取预防性养护后路面中修时间的确定

根据图2、图3可知，在预测期内PSSI的衰减值明显大于RQI，即PSSI达到控制值的时间早于RQI，因此可选取PSSI值为预防性养护后中修时间确定的控制指标。

由雾封层、微表处和超薄磨耗层三种预防性养护试验段检测数据可以得到三种养护措施实施后PSSI的衰变方程及各年的预测值：

雾封层：PSSI(k+1)=85.8273e-0.0097k；微表处：PSSI(k+1)=85.8889e-0.0156k；超薄磨耗层：PSSI(k+1)=85.6835e-0.0132k。

根据未采取预防性养护前PSSI的衰变方程，可以确定出采取预防性三种养护方案后PSSI的衰减趋势，如图7。

图 7 采取不同预防性养护措施后PSSI衰变趋势图

根据图7可知，对于采取方案A养护措施的路段，在采取第一次预养措施后第6年，PSSI值降到82.35，说明此时路面应采取中修措施；对于方案B养护方案，在采取第一次预养方案后第6年路面PSSI降到82.57，说明道路应采取中修措施；对于方案C方案的路段，在采取措施后第4年PSSI降低到82.57，说明道路应采取中修措施。

3.5 预防性养护方案费用现值计算

本文计算采用费用现值法，将采取不同预防性养护养措施投入的资金折统一现到公路初建年分。为了简化预防性养护方案费用计算过程，本文计算时不考虑初期建设费用、日常性养护费用、用户费用和分析期末的残值，只考虑方案中的所投入的预防性养护费用和大中修费用，所以费用现值的计算公式可以简化成公式1[6-7]。

通过计算各方案的费用现值，可清楚地体现出采取不同预防性养护措施和推迟中修时间所产生的经济效益。

根据我国建设部和交通部发布的《公路建设项目经济评价方法与参数》规定，公路建设项目的贴现率不高于8%，不低于6%，本文贴现率采用8%。结合贵州省公路建设和养护实际工程资料，雾封层、超薄磨耗层和微表处的价格拟定为元 9元/m2、25.8元/m2、19.89元/m2，中修罩面工程费用为388.85元/m2。

为比较采取三种预防性养护措施方案的费用现值，本次计算中分析期选定为预防性养护后中修时间最晚的的年限，即11年，贴现率为8%，同时，将各方案的预防性养护费用和中修罩面费用统一折现换算到公路初建年份，计算各个预防性养护方案的费用现值，可得出：采取不同预防性养护措施的方案都推迟了路面中修的时间，方案A、B都推迟了三年，方案C推迟了一年；采取方案A、B的费用现值明显低于未采取预防性养护措施的方案；方案C的费用现值与未采取措施的方案接近，但是方案C中修时间比未采取时晚了一年，从整体效益角度考虑也要优于未采取预防性养护的方案。

因此从长远角度考虑，采取预防性养护措施可以降低路面的养护维修费用，推迟中修时间；通过三种不同预防性养护方案的PSSI衰变曲线还可以看出，采取预防性养护措施，延缓了路面结构强度衰变速度，进而延长了路面的使用寿命。此外，在进行预防性养护方案选择时，不仅要选择合理的养护措施，还要考虑不同养护措施组合所产生的经济效益。

4 结论

本文以贵州省某高速公路右幅 K96+000～K116+000路段为研究对象，利用沥青路面性能衰变模型对该路段各个指标的衰变规律进行预测，以预防性养护评价标准为依据，确定了预防性养护时机；以雾封、超薄磨耗层和微表处三种预防性养护处治措施效果为基础，结合某高速公路右幅 K96+000～K116+000路段性能预测结果，确定了三种不同的预防性养护方案；利用寿命周期费用分析法中的费用现值法，比较了不采用预防性养护方案的费用现值和采取超薄磨耗层、雾封+微表处、雾封+超薄磨耗层三种预防性养护措施的费用现值。此高速公路工程的预防性养护工程，较为切合实际，具有一定的代表性。

[1]吴栋 田小革 董凡荣. 基于灰色理论的沥青路面使用性能预测模型[D]，中外公路，2017.10

[2]姚飞. 高速公路沥青路面的预防性养护技术研究[D]：[长沙理工大学硕士学位论文]. 长沙：长沙理工大学，2010.

[3]JTJ073-2007. 公路技术状况评定标准[S]. 北京:中国交通出版社，2008.

[4]季节冰冻区高等级公路沥青路面预防性养护适用性研究[R]. 沈阳：辽宁省交通科学研究，辽宁省高速公路管理局，2009.

[5]伍祥松. 高速公路沥青路面使用性能预测及预防性养护对策研究[D]：[重庆交通大学硕士学位论文]. 重庆：重庆交通大学，2013.

[6]王浩. 灰色系统理论在高速公路沥青路面养护管理决策中的应用研究[D]：[重庆 交通大学硕士学位论文]. 重庆：重庆交通大学，2008.

[7]王国晓，安景峰，陈荣生. 灰色理论在路面使用性能预测中的应用[J]. 公路交通科技，2002，（3）