旧水泥混凝土路面PCI与坏板率的关系

陆兆峰，石小佛，何兆益，文竟力

(1.重庆交通大学 机电与车辆工程学院，重庆400074；2.重庆交通大学 土木工程学院，重庆400074)

旧水泥混凝土路面PCI与坏板率的关系

陆兆峰1，石小佛1，何兆益2，文竟力2

(1.重庆交通大学 机电与车辆工程学院，重庆400074；2.重庆交通大学 土木工程学院，重庆400074)

根据重庆市6条干线公路109个路段水泥混凝土路面破损状况的检测数据，运用板块法和面积法分别计算研究了水泥混凝土路面状况指数PCI，得到两种方法的PCI关系，推荐了板块法PCI的划分标准，建立了板块法PCI与经验法坏板率(BBR)之间的相关关系和拟合模型。选取省道S208(壁城—丁家)作为验证路段，验证了该模型的正确性。

道路工程；水泥混凝土路面；路面状况指数；坏板率

自JTG F 30—2003《公路水泥混凝土路面施工技术规范》实施以来，至2012年底，我国水泥混凝土路面总里程已达到165万km，连续6年位居世界第一[1]。近年来，我国水泥混凝土路面有相当一部份已接近或者超过设计年限，虽然部分还未达到设计年限，但随着交通量的剧增及车辆轴载的重型化，早年设计的道路已不能满足现有交通的发展需求[2-3]。

为更好地选择养护或者改建的措施和方法，必须对旧水泥混凝土路面使用性能进行科学的分析和评价。水泥混凝土路面破损评价的指标众多，如：路面状况指数、平整度、抗滑系数、路面抗折性能、错台、脱空、结构刚度等[4-5]。国内常用经验法和规范法进行评价，两种方法各有其优点和侧重点，同时两者也具有一定的相关性。笔者以重庆市6条干线公路、109个路段作为研究对象，运用板块法和面积法进行计算，建立了板块法PCI与坏板率BBR之间的线性相关关系，为评价水泥混凝土路面使用性能以及减少调研工作量，提出了较好的评价方法。

1 水泥混凝土路面性能评价方法

1.1 经验法

经验法在水泥混凝土路面性能评价中应用较为广泛，丹麦、比利时等多个国家均将其作为一种评价标准[6]。破损状况的评价指标为坏板率和断板率。

1)坏板率BBR

(1)

式中：yk为对应于破损类型k的坏板率，%；Wij为第i种破损类型第j种破损程度的坏板率计算权重系数；Sij为第i种破损类型第j种破损程度的板块数，块；Sm计算路段的总的板块数，块。

2)断板率CBR

(2)

式中：Si为计算路段内第i种破损类型的板块数(不包括路肩病害)，块；Wi为第i种破损类型的权重；Sn为计算路段的总板块数，块。

1.2 规范法

路面状况指数(PCI)的取值x=0～100，数值越大路面状况就越好。对于水泥混凝土路面的PCI值可由面积法和板块法两种方法求得。

1.2.1 面积法

路面破损面积法按式(3)计算水泥混凝土路面PCI[7-8]：

x=100-a0Da1

(3)

式中：D为路面破损率，为各种损坏的折合面积之和与路面调查面积的百分比，%；a0，a1为系数，对于水泥混凝土路面a0=10.66，a1= 0.461。

JTJ 073.1—2001《公路水泥混凝土养护技术规范》[7](以下简称《规范》)中根据面积法PCI进行了评级，其评价标准可分为优、良、中、差这4个等级，评价的标准及范围见表1。

表1 水泥混凝土路面破损评价标准

1.2.2 板块法

板块法主要是通过对路面各种损坏的明确定义，确定扣分值和单项重复修正系数，精确计算由多种损坏导致的总体损坏程度，路面PCI方法如式(4)：

(4)

式中：mi为第i种损类型的严重程度等级；Dij为第i种破损第j种破损的扣分值；Wij为第i类破损第j种破损的修正系数，n为破损类型的总数。

1.3 三种评价指标对比

板块法PCI、面积法PCI、经验法坏板率这3种评价指标都可以对路面性能进行评价，但其着重点稍有不同：

1)板块法PCI的计算侧重于板块内病害的种类、病害程度以及板块数量；面积法PCI侧重于破坏的面积比，涉及到面积的测算。因此板块法PCI的计算工作量小于面积法PCI工作量，但规范中没有针对板块法PCI进行等级划分标准。

2)板块法PCI与经验法中坏板率BBR对路面性能评价的对象是相同的，都能反应路面性能，相比而言坏板率更容易获得。

2 板块法PCI与面积法PCI的关系

为探索面积法PCI和板块法PCI之间的关系，寻求板块法PCI等级划分依据，笔者以重庆市6条干线公路水泥混凝土路面的路段作为研究对象(表2)，共109段，每段1 000 m，采用板块法和面积法计算PCI值并进行对比分析，如图1。

表2 数据采集路段

图1 板块法PCI与面积法PCI对比Fig.1 Comparison between plate method PCI and area method PCI

从图1可以看出：采用板块法计算的PCI值比面积法计算的大，但其趋势和规律都相同。

在图1(a)中，面积法xmin，面积法= 25.12时，对应的板块法x板块法= 68，相差了43。如果按《规范》[7]对PCI的评价标准，25.12是属于差的等级，68是中的等级，两者等级相差了一个级别；x面积法= 49.61时，对应的x板块法= 78.29，相差了28.26。同样按《规范》[7]中对PCI的评价标准，49.61属于差的等级，78.29属于良的等级，两者相差了2个等级。说明采用板块法评价的PCI值比采用面积法评价的PCI值要大。因此在实际的路面破损调查中，采用不同的方法对破损评价和制定养护措施时可能会出现一定的误差。

为在采用板块法时能更加准确地评价道路路面状况，将6条道路的两种PCI值进行了统计，结果如表3和表4。

表3 各等级的路段数(面积法)

表4 各等级的路段数(板块法)

探讨面积法PCI与板块法PCI在等级划分上的基本关系，采用反推法，以5为最小单位，拟定预估等级范围，再通过预估等级范围状态下各等级内路段数与面积法状态下各等级范围内路段数的重合度判断预估效果。最佳预估等级范围及路段数重合度如表5。

表5 最佳预估等级范围与面积法对应等级范围内路段数的重合度

根据对表5的分析，板块法x板块法≥ 90，85～90，75～85，<75这4档范围，与《规范》[7]中优、良、中、差重合度都在80%以上，甚至达100%。因此，板块法PCI等级推荐划分标准如表6。

表6 板块法PCI标准的划分

国内路面调查一般采用人工测量，因此，采用板块法进行调查与采用面积法进行调查相比，工程量较小，费时较少，特别是针对需要大修、改建的道路评价。根据表6的划分，采用板块法计算PCI值时，就可以较为准确地确定路面破损等级[8]。

3 板块法PCI与坏板率BBR的关系

对于水泥混凝土路面的破损情况，除了采用PCI指标进行评价外，还可以采用坏板率BBR进行评价。两者对破损评价的内容是相同的，主要包括：交叉裂缝、板角断裂、表面裂纹与层状剥落、坑洞、错台、接缝材料破损、边角剥落、唧泥、拱起、纵横斜裂缝修补损坏等。但与板块法PCI值的计算相比，坏板率BBR的计算较为简便。因此将109段路的板块法PCI值与坏板率BBR进行了对比分析，并以板块法PCI值为横坐标，坏板率BBR为纵坐标，绘制了板块法PCI与坏板率BBR的关系，如图2。

通过数据拟合，得到各道路的经验法坏板率BBR值y与板块法PCI值x近似关系式，如表7。

表7 各路段坏板率与板块法PCI值近似关系式

从表7可以看出：水泥混凝土路面板块法PCI值和坏板率BBR呈负相关的关系，近似形成一条直线，其趋势线关系可表示为：

y=ax+b

(5)

式中：a为x的影响系数，a=-2.310 8～-2.235 4；b为常数，b= 246.00～246.73。

4 工程实例验证

省道S208壁城—丁家段道路位于重庆市西部，是川东、川北、渝西各县市到重庆的交通要道，全长29 km。为了进一步验证笔者的研究成果，将该路段划分为29段，通过现场采集的相关数据，计算每段道路的PCI值(板块法和面积法)和坏板率。绘出PCI板块法与PCI面积法对比图，以及PCI板块法与坏板率的关系，如图3。

图3 省道S208 的PCI板块法与PCI面积法，及PCI板块法与坏板率的关系Fig.3 Relationship between method PCI and area method PCI，and plate method PCI and bad board rate of S208 road

从图3可以看出：PCI板块法> PCI面积法，且趋势相近；调研计算的PCI板块法与坏板率关系曲线，与采用y=-2.30x+246计算的PCI板块法与坏板率BBR的关系曲线，其相关系数为0.935 8，具有较高的拟合度。因此PCI板块法与坏板率BBR的关系式适用于省道S208道路状况。

5 结 论

水泥混凝土路面评价对于道路养护改建决策起着至关重要的作用。选择合适的路面评价方法和评价指标，对于准确衡量旧水泥混凝土路面的服务性能就显得尤为重要。

1)PCI板块法值与PCI面积法值均能描述路面状况，但两者之间差值较大，且PCI板块法值普遍大于PCI面积法值。

2)PCI板块法值与坏板率BBR之间具有明显的负相关关系，路面交叉裂缝占总路段的比例数值对其相关系数有一定的影响，但影响不大。

3)实体工程调研结果表明，PCI板块法值和坏板率BBR的具有良好的一致性，验证了笔者建立的两者之间的相关性。

[1] 付智,罗翥,王大鹏,等.《公路水泥混凝土路面施工技术细则》实施手册[M].北京:人民交通出版社,2014. FU Zhi, LUO Zhu, WANG Dapeng, et al.ApplicationHandbookofTechnicalGuidelinesforConstructionofHighwayCementConcretePavements[M]. Beijing: China Communications Press,2014.

[2] 文竟力.重庆市干线公路水泥混凝土路面性能评价与改建典型结构研究[D].重庆:重庆交通大学,2014. WEN Jingli.ReseatchonCementConcretePavementPerformanceEvaluationandAlterationsTypicalStructureofChongqingMainHighway[D].Chongqing: Chongqing Jiaotong University,2014.

[3] 武鹤,王朝辉,肖楼,等.公路养护技术与管理[M].北京:人民交通出版社,2013. WU He, WANG Chaohui, XIAO Lou, et al.HighwayMaintenanceTechnologyandManagement[M]. Beijing: China Communications Press,2013.

[4] 刘宗斌.水泥混凝土路面性能检测及评价系统研究与开发[D].昆明:昆明理工大学,2010. LIU Zongbin.TheExaminationandtheResearchandDevelopmentonEvaluationSystemoftheCementConcretePavementFunction[D]. Kunming: Kunming University of Science and Technology,2010.

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[7] 江苏省交通厅公路局. 公路水泥混凝土路面养护技术规范：JTJ 073.1—2001[S]. 北京:人民交通出版社,2001. Highway Bureau of Jiangsu Provincial Communications Department.TechnicalSpecificationsforMaintenanceofHighwayCementConcretePavements: JTJ 073.1—2001[S]. Beijing: China Communications Press,2001.

[8] 徐剑,黄颂昌.沥青路面预防性养护理念与技术[M].北京:人民交通出版社,2011. XU Jian, HUANG Songchang.PreventiveMaintenanceTheoriesandPracticesofAsphaltPavement[M].Beijing: China Communications Press,2011.

Relationship between the PCI and the BBR about Old Cement Concrete Pavement

LU Zhaofeng1, SHI Xiaofu1，HE Zhaoyi2，WEN Jingli2

(1.School of Mechanical & Electrical Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，P.R.China； 2.School of Civil Engineering, Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，P.R.China)

Based on the measurement data of 109 sections of 6 main old cement concrete pavements, the relationship between the plate method PCI and the area method PCI was studied. The classification criteria of the plate method PCI was recommended. The linear relationship mode between the plate method PCI and the bad board rate (BBR) was established. The mode accuracy is verified by the measurement data of S208(Bicheng-Dingjia) old cement concrete pavement.

road engineering; cement concrete pavement; pavement condition index (PCI); bad board rate

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.05.14

2014-10-23；

2016-03-01

重庆市科技攻关项目(CSTC2005AC8437)

陆兆峰(1979—)，男，安徽利辛人，副教授，博士，主要从事路基路面结构结构与机械化施工方面的研究。E-mail:luzhaofeng8123@163.com。

U418.1

A

1674-0696(2016)05-065-05