微表处预防性养护工程的实施时机选择

王增煜

(哈同高等级公路管理处)

微表处预防性养护工程的实施时机选择

王增煜

(哈同高等级公路管理处)

摘 要:微表处是一种经工程实践验证的、行之有效的预防性养护的手段。微表处养护工程何时实施才会产生最佳的技术及经济效益，最大限度的延长道路的使用寿命成为了重要的研究内容。

关键词:生命周期费用;预防性养护;微表处

1 路面使用性能的预测

1.1 路面性能指标及影响因素

(1)路面性能指标。

路面在行车荷载和自然因素的综合作用下，会出现不同程度的自然老化、损坏和使用性能降低，从而影响到行车的舒适性和安全性，增加了道路用户的使用费。路面性能包括路面破损、平整度、强度和抗滑四大指标。在生命周期费用分析时只有路面破损和路面平整度两项指标和费用有关系，在进行生命周期费用计算时一般只预测破损和平整度两项指标的衰变。

①路面破损: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。综合性指标是对路面损坏状况的综合测度，可综合表征路面不同损坏类型、损坏程度和损坏数量的影响。根据目前的实践水平，采用综合性指标—路面状况指数PCI作为表征路面损坏状况的测度。但由于路面的破坏是复杂多样的，所以研究沥青路面PCI的变化规律，选择适合于预防性养护相应措施的PCI值是很关键的。

②平整度:是路面行驶舒适性、经济性和安全性最普通和最重要的标志。路面平整度对车辆磨损、燃油消耗、行驶舒适、路面损坏和交通安全等产生直接影响，用国际平整度指数(IRI)进行衡量。

③强度:我国在公路沥青路面养护技术规范中采用强度指数SSI作为评价指标。主要用于评价现有路面的承载力，即用路面允许弯沉值与路段代表弯沉值的比值来表示。其值越大路面的强度越好。

④抗滑:路面抗滑性能是影响行车安全的主要路面因素，路面需要具有一定的抗滑性能。抗滑能力调查常采用摆式摩擦仪或摩擦系数测定车测定。而抗漂滑的指标则通过铺砂法或激光构造仪测定路表面构造深度来完成。

(2)路面性能的影响因素。

建立路面使用性能预测模型，首先要对促使路面使用性能变化的主要原因进行分析。因为很少有预测模型能包括所有影响使用性能的因素，所以分析各种影响因素不仅有助于建立尽可能完善的路用性能预估模型，而且还可以确定各种特定模型的适用范围。路面是用性能影响因素主要包括路面类型、环境因素、路龄、交通量及其构成和施工质量和养护水平

1.2 路面使用性能预测方法分析

(1)确定型模型的建模方法。

现在较多采用的是确定型的模型，这种模型的建模方法主要有力学法、力学—经验法和经验(回归)法三种。

①力学法:是利用弹性理论模型或者粘—弹性理论模型，通过结构分析得到路面在荷载作用下的应力、应变或者位移方程。力学建模方法虽然有充足的理论依据，但是计算复杂，工作量大。

②力学—经验法:不仅可以预测路面的使用寿命和结构性能，而且还可以通过将路面反应同路面性能相关联进行功能性预测。现有的路面结构设计方法大多采用水平拉应力、疲劳开裂、车辙或路表弯沉等指标作为衡量路面结构损坏的标准。

③经验回归法:经验回归预测模型以多年的检测数据为基础，通过回归分析方法确定影响路面使用性能的主要变量(通常为路龄、交通量和相关使用性能参数)，建立路面使用性能预测模型。经验回归预测模型避免了力学法和力学—经验法对路面结构复杂的计算，所以该回归方程建立的预测模型形式都比较简单。

(2)概率型模型的建模方法。

由于影响路面使用性能变化的因素，如荷载、环境、材料性能和养护水平等都具有不同程度的变异，使用性能变化的速率是不确定的，它可能比预期的快，也有可能比预期的慢。目前，应用最多且发展最完善的概率型预测模型是马尔可夫模型，其假设一是路面使用性能指标可划分为有限个状态;二是路面使用性能从某一状态转移到另一状态时的概率只与当前的状态有关，而与以前的状态无关;三是转移过程是静态的，即转移概率不随时间变化。

(3)其他模型。

随着人工智能技术的发展，更多的新技术被应用到路面性能预测模型中，如专家系统、神经网络、灰色系统等。专家系统(Hass，1944)综合融会路面管理专家的经验，建立知识库，从而使计算机能够模拟专家对各种条件下的路况进行预测。灰色理论，能够对数据进行预处理，储存路网更多的信息。人工神经网络ANA与一般的统计方法相比，有很多优点。ANAL够模拟人类的思考和判断过程，根据己有的历史数据库对其中的规律进行总结并对复杂预测问题提供实时的解答，预测时不需要专家的介入或专门的知识，在路面结构性能预测中有广泛的应用前景。

2 微表处最佳预防性养护时机的确定

2.1 方法简介

(1)研究路线:效果费用比方法用采取某养护措施之后带来的效果和为达到此效果所需的费用之比来评价此养护措施的有效性。此方法中效果是指表示路面使用性能的一个或多个指标的量上变化，分析中费用包括的管理部门费用、道路使用者费用(用户费用)、最佳微表处养护时机是在单位费用效果最大时。

(2)路面使用性能:评价采取微表处养护后所带来的效果需要知道采取此养护措施所期望达到的路面使用性能。效果可以通过路况指标来评价，如国际平整度指数IRI、道路现行服务指数PS、路面破损状况PCI等。

(3)单个路况指标与效果的关系。

效果是采取微表处措施后路况指标的提高。其效果就是采用微表处养护后此指标的性能衰变曲线下的面积与未采取微表处预防性养护措施时此指标性能曲线下的面积之差，通常情况效果是正的，因为微表处养护可以改善路况、延长路面的寿命。

(4)效果权重系数。

当在效果分析中采用多个路况指标时，就需要用权重系数方法将不同路况指标的效果结合起来综合考虑。在应用效果权重系数计算综合效果时，每个路况指标都分配一个介于0到100%之间的系数，各指标的系数之和为100%。各路况指标的效果乘以其权重系数之和就是此预防性养护措施所带来的全部效果。

要合理的分配各路况指标的权重系数是比较困难的，因为每个路况指标的计量单位不同，同一养护措施所引起的单个路况指标变化的量也是不同的。

可以按照以下几步来收集选择权重系数所需要的信息。

①首先利用专家来判断各指标相应的权重系数，初始选择的权重系数量化了此养护措施的目标和其所带来的效益;然后单独分析各路况指标。初始给定的权重系数可以通过敏感性分析来调节其值。通过独立分析每一个路况指标对微表处养护时机的影响来分析其权重系数(设与此指标相关的效果权重系数为100%，其他指标的效果权重系数为0)。对养护时机影响比较大的指标就比其他指标相对重要一些。

②为证明权重分析过程的重要性，假设独立分析3个路况指标(车辙、裂缝和抗滑)分别对养护时机的影响，当3个指标分别确定的养护时机比较接近时(如分别是3，4和4年)，权重分析过程就没有养护时机相差比较大时重要。在权重分析时就可以考虑平均分配各路况指标的权重系数。但是如果单指标分析决定的最佳养护时机相差比较大时(如分别是4，2和7年)，最初给定的权重系数对养护时机的影响就很难评估。此时就需要用下面的方法对权重系数进行分析。

③试验不同的权重系数组合。通过对不同权重系数组合的调查、分析可以得到有用的回馈信息。例如，初始选择的权重系数(假如车辙的权重系数为60%，裂缝的权重系数为30%、抗滑的权重系数为10%)表明控制车辙性能是养护的主要目的，这个组合计算得到的养护时机就和只考虑车辙指标时所得到的养护时机(4年)比较相近。详见表1。

表1 不同权重系数组合对养护时机的影响结果

2.2 确定微表处最佳养护时机

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。

为了使效果费用比的实际值更有意义，采用效用指标Effectiveness Index(ED)来评价。效用指标是用每个方案的效果费用比与最大的效果费用比的比率来表示。效果费用比最大的效用100，效用指标按下式计算

式中:EIi为第i个时间方案的效用指标;(E/C)i为第i个方案的效果费用比;(E/C)max养护时间方案中效果费用比最大的;i为第i个方案。

3 结论

预防性养护时机的研究是一个崭新的课题，即使在预防性养护应用比较多的国家，对路面预防性养护时机的研究仍然很少。科学的确定采用微表处施工时机，是一项重要的工作，但现阶段更多的处在研究与探索阶段，上述方法是对微表处预防性养护实施时机的一种研究，还需要进一步积累资料，继续进行一些更深层次的工作，对所建模型进一步改进和完善。

中图分类号:U418.9

C

1008-3383(2011)06-0071-02

收稿日期:2011-03-20