路面预防性养护方法研究

2011-09-06张兴

黑龙江交通科技 2011年6期

关键词：养护维修预防

张兴

(黑龙江省航道局)

路面预防性养护方法研究

张兴

(黑龙江省航道局)

摘要:论述了路面养护技术对道路使用效果的影响，阐明了路面预防性养护技术的实质和优点，并论述了预防性养护技术的具体实施方法和养护实施时机的选择。

关键词:路面;预防;养护;维修

1 路面预防性养护技术

1.1 路面预防性养护措施

路面使用一定时间后，总会发生一些病害，导致使用功能发生衰退。为了持续提供和保持道路的使用功能，必须对路面采取必要的预防性养护和治疗性养护措施。路面预防性措施很多，这里主要介绍常用的路面预防性养护的技术措施。

预防性养护技术措施主要包括封缝;雾封层;石屑封层;超薄冷拌封层，包括稀浆封层、微表处、开普封层;薄层及超薄热沥青罩面，包括 NovaChip、UTAC、OGFC、SMA罩面等。预防性养护技术措施的特点是层薄、单价低，在技术措施选用时通常也要考虑到其使用年限和寿命，

1.2 雾封层

雾封层技术是将乳化沥青、专门的防护再生剂等混合成稀浆状材料，使用专用喷洒设备将稀浆呈雾状喷洒在旧的沥青混凝土路面上，其目的是更新或还原表面己氧化的沥青膏体，填封微小裂缝，提高路面防水性能。为了增加表面粗糙度提高路面抗滑性能，有时雾封层材料中也会掺加细骨料混合成稀浆状材料，使用专用喷洒设备或人工涂抹在路面上进行预防性养护。雾封层的厚度通常为0～3 mm。

沥青混凝土路面经过一段时间的使用后，会出现路面抗滑性能下降、出现微小裂缝导致沥青路面防水性能下降等问题，但其他路用性能尚处于良好状态。在这种情况下采用雾封层预养护措施是一种较好的养护方法。

1.3 超薄冷拌封层技术

超薄冷拌封层包括乳化沥青稀浆封层、微表处和开普封层等，是一种较薄的冷拌冷铺罩面处理层(厚度0.5～1.5cm)。超薄冷拌封层的结合料宜采用乳化石油沥青、改性乳化石油沥青。矿料应选用耐磨、强度高的石料。各种结合料、矿料、填料及乳化沥青混合料的各项技术指标要求应符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40)的规定。超薄冷拌封层作为路面养护技术仅适用于原路面强度、路面状况指数、行驶质量指数均在中等等级以上的路面进行的预防性、保护性养护。

1.4 超薄或薄层热沥青罩面

作为预防性养护的超薄或薄层热沥青罩面包括Nova-Chip、UTAC、OGFC、SMA罩面等。罩面的结合料宜使用性能较好的粘稠型道路石油沥青和改性沥青。矿料的选择宜采用耐磨、强度高的石料。

罩面层的厚度，可根据路面等级、交通量大小、道路等级和功能综合考虑确定。用于重点解决路面轻度网裂、透水时，可采用较薄的罩面层(1.0～3.0 cm);对于路面破损、平整度、抗滑等多项性能需要改善的沥青路面，罩面时应采用较厚的罩面层(3.0～5.0 cm);对于路面破损严重，需要补强的路面，应根据交通量资料，参照相关规范，计算罩面层厚度，进行路面补强设计。各类型的一般罩面层厚度不得小于最小施工结构层厚度。

1.5 预防性养护措施的适用性

各种预防性养护措施的材料、工艺和成本造价都各不相同，其作用和功能各异，所以在实际工程应用过程中，应根据实际路面的病害情况类型和程度，选择合适的路面采取适宜的预防性养护技术措施。

2 路面预防性养护的时机

2.1 行驶质量指数法(RQI)及破坏指数法(DI)

在国外，有的机构研究采用行驶质量指数 RQI(Ride Quality Index)或破坏指数DI(Distress Index)来确定路面预防性养护的时机。如美国密西根州运输部在路网管理中用DI和RQI来表示路面性能。为了延迟由不平整度和动载引起的路面破坏，该州资助了用RQI作为各种路面的预防性养护阈值(RQI thresholds)的研究，根据这个阈值采取预防性养护措施就可以提高路面平整度，减小动载影响，增加路面的服务期。

密西根州采纳RQI值用作路面(尤其是刚性路面)预防性养护的阈值，对由不平整度和动载引起的路面破坏有着积极的意义，但这种方法没有解决路面预防性养护针对的其他主要路面问题，如裂缝、路面水损坏和抗滑性能等。

2.2 基于时间或路况的方法

预防性养护是为了保持路面的良好功能，使其不致出现功能失效而进行的养护。所以预防性养护理论的研究必须弄清功能失效的时间，养护应在路面功能还处于一定水平时进行。因此，可以选取基于时间或基于路况作为确定预防性养护时机的两种方法。

研究认为，每个路段大致都有一个需要进行预防性养护的时间。表1给出了沥青路面需要在不同时间进行的预防性养护措施。当然进行各种预防性养护的实际时间随交通水平和环境有所不同。但管理部门可据此确定所辖路段进行预防性养护的大致时间。

表1 不同预防性养护措施应用的时间

基于路况的预防性养护就是从路面的实际破坏状况出发，找出进行预防性养护的临界破坏状态，确定预防性养护的时机。对基于路况的预防性养护来说，不同破坏状况的路面可能具有相同的PCI。即使路况相近PCI也相近，但不同时期路况的变化情况并不一定相近。路面损坏状况用PCI值来衡量，PCI是一个综合值，仅仅是路面表面破坏的一种外观评价，只关注了路面破坏的表面现象，对路面破坏究竟是什么因素引起并不关心。而各种路面上的损坏现象错综复杂，路面破坏可能由路面结构、路面材料、设计施工、环境和交通等因素引起的。所以单凭PCI值也很难决定采取哪一种养护措施，而应结合实际情况灵活确定。

2.3 效益费用评估法

效益费用评估法是用效益与费用的比值来衡量的。每一种策略的费用都根据管理部门费用和用户费用来确定。管理部门费用包括设计费、初期修建费、养护费、改建费和残值，用户费用包括车辆运营费、延误费、行程时间费和事故费等。费用折算成单价，如元/m2;效益根据预防性养护后期望延长的路面寿命或根据性能曲线的变化，即性能曲线下增加的面积确定。性能曲线是由路面数据(诸如路况、荷载、气候和维修养护)来确定的，路面预防性养护导致了路面性能的变化。通过分析计算每一种养护措施的效益费用比来优选出最佳养护方案。

2.4 排序法

预防性养护的各种特征对管理部门是非常重要的，但有些特征不容易定量化。这些特征包括交通分布、当前预防性养护的经验及适合施工的气候条件等。除了效益费用比外，还可对所采取的预防性养护措施进行整体评分排序。

排序法通常是先初步安排养护的时间和对策，然后考虑预算的约束和优先次序的要求进行一年或多年的项目规划。预防性养护时间的安排可以按某一事先设定的标准进行，如使用性能标准PCI。当路面的PCI低于此标准时，该路段即需采取预防性养护措施。此时，进行预防性养护的时机和措施是分开考虑的，通常采用使用性能参数进行各项目的排序。当然也可以采用经济分析参数进行排序，此时预防性养护的时间和措施的确定是同时进行的。

2.5 生命周期评估法

生命周期费用分析(Life Cycle Cost Analysis)是在一定的时期内，通过分析某一路段的初建费用和以后的折扣费用来评价其经济价值的过程。生命周期评估法是目前应用比较广泛的一种方法。在路面大、中修和重建时，常常用到生命周期评估法。预防性养护推迟了昂贵的路面大修活动，但预防性养护要求提前支付养护费用。在不同时期支付同样多的费用有不同的经济价值，所以有必要进行经济分析。分析的方法是将分析期内不同时间支出的费用，按某一预定的贴现率转换为现在的费用(现值)。通过转换成单一的现值，可在等值的基础上比较各种方案。

2.6 决策矩阵、决策树法

在国外有些公路管理部门用决策矩阵作为预防性养护的决策支持。表2是用决策矩阵作为选取预防性养护措施及时机的例子。一些薄层罩面的目的不是为了提高沥青路面的结构强度，因此，将其纳入预防性养护措施中。从表2可以看出当路面出现严重的不平整和疲劳裂缝时就不可以用微表处这种预防性养护措施了;当路面出现严重的车辙，横、纵向裂缝和少量的疲劳裂缝时，应用微表处措施也并不一定有效。

决策树是动态模型研究中常用的一种方法。图1是根据美国密西根运输部的标准，以RQI和DI作为预防性养护的标准而建立的决策树。可以看出，当RQI＜54，RD＜3mm，如20＜DI＜25，此时进行单层石屑封层即可;如25＜DI＜30，此时需进行双层石屑封层;如DI＞40，预防性养护措施就不适合了，此时就需进行昂贵的路面大修。