基于层间功能层的水泥混凝土路面结构经济性分析

滕 红

(广西交通投资集团有限公司，广西 南宁 530022)

0 引言

采取在面板与基层间设置柔性功能层不仅可以缓解应力分布，改善水泥混凝土路面层间接触受力状况，而且可以防止渗漏水对基层的冲刷破坏，在水泥面板和基层之间起到很好的弹性缓冲作用。为探索该路面结构的适用性，在六景至钦州港高速公路刘圩至良圻连接线LK3+420～LK4+420铺筑了试验路。为进一步分析该路面结构的经济性，本文采取全寿命周期成本分析方法对设置功能层的水泥混凝土路面结构经济性进行分析。

1 试验路路面结构

六景至钦州港高速公路刘圩至良圻连接线为水泥混凝路面，试验路采用4 cm厚AC-13沥青混合料功能层，具体路面结构见表1。

表1 路面结构对比表

2 全寿命周期成本费用分析

路面的全寿命周期一般指路面从施工建成投入使用，到路面状况损坏严重、功能丧失，必须进行下一次结构性整体补强或重建之间的时间段。

2.1 路面全寿命周期成本组成

全寿命周期路面成本是指在路面全寿命周期内路面建设成本、养护成本及路面残值的总和。从整个社会效益角度考虑，总费用组成中还应包括用户费用，而用户费用主要指车辆营运费、延误费、行程时间费及事故费等。对本试验路而言，在路面结构寿命周期末年，原路面结构需要大修重建，折现值以后路面的残值非常小。因此，寿命周期成本对比分析中只选择初始建设成本、大中修成本、养护成本。

2.2 成本分析方法

成本分析方法采用费用现值法，即采用考虑资金的时间价值，把不同方案各种现金流量折算在同一基年(路面建成通车当年)下的净现值后进行比较。本文采用i=10%、7.5%和5%对应高、中、低3个不同水平折现率进行分析。分析期也是现值法中一个很重要的影响因素。本试验路采用了合理的路面结构，路面寿命延长，分析期应该足够长，因此，本文路面结构分析期取30年。

2.3 综合单价参数

按照预算，各路面结构每平米综合单价如表2所示。

表2 路面结构综合单价对比表

2.4 初始建设成本对比

按双车道二级公路考虑，路面宽10.50 m，计算各路面结构初期建设成本，如表3所示。

表3 每公里初期建设成本对比表

从初期建设成本来看，4 cm功能层路面结构初期建设成较高，比设计路面结构成本高约18%，每公里达到42.8万元。

2.5 全寿命周期内路面日常养护及大中修成本

分析期内各项成本不考虑物价上涨因素。

2.5.1 日常养护成本

(1)设计路面结构：主要是裂缝封填、局部接缝灌缝处理、坑槽修补等。据调查目前广西水泥混凝土路面，初期(1～5年)病害发展较慢，5～10年裂缝病害以平均每年20%左右的速度增长，10年后必须进行大修改造(参考桂柳路、柳南路、南北路等)。考虑到现有水泥混凝土路面结构相对之前有了很大改变，估计病害发展会有所减缓，1～8年日常养护费用预计为0.5万元/年，8～15年以每年费用按20%的速度增长，15年后大中修改造加铺沥青，此后每年养护费用为1万元/年。

(2)试验路路面结构，病害发生将更少，预计1～10年内路面基本完好，日常养护费用将极少，以0.25万元/年计算；11～20年以每年20%的速度增长；第20年进行加铺改造，此后，每年养护费用为1万元/年。

2.5.2 大中修成本

(1)设计路面结构：水泥混凝土路面前期中修成本较低，后期病害增多后中修成本急剧增加，拟定每4年中修一次，中修内容包括板底灌浆、换板、更换填缝料、错台修补等内容，根据资料估计第1次、第2次中修成本为10万元/km，第2次为20万元/km，第3次成本估计为30万元/km，第15年需要进行大修，全幅加铺双层改性沥青混凝土路面10 cm，旧路面需要彻底维修处理，加铺层下设2.5 cm应力吸收层或改性沥青混凝土AC-10调平层。旧路面维修成本为30万元/km，调平层或应力吸收层成本为47万元/km，双层改性沥青混凝土加铺层单价估算为122.5元/m2，加铺成本为144万元/km，全幅1 km路面大修成本总共约221万元/km。此后，按沥青混凝土路面方案进行中修养护，第20年罩面，第25年中修。薄层罩面成本单价估算为35.50元/m2，7.5 m宽路面1 km成本约为26.60万元/km。中修成本单价估算为58.80元/m2，全幅1 km路面中修成本约为61.80万元/km。

(2)试验路路面结构：该方案可以延长水泥混凝土路面寿命，大修时间延缓约5年，每4年中修一次，第4年成本为10万元/km，第8年中修成本为15万元/km，第12年增加到20万元/km，第16年增加到25万/km。第20年进行大修，全幅采用5 cmSMA-13+橡胶沥青粘结防水层加铺，旧路面维修成本为30万元/km，橡胶沥青粘结防水层成本为18万元/km；SMA-13加铺层单价估算为70.7元/m2，加铺成本为83万元/km，全幅1 km路面大修成本总共约为131万元/km。此后，按沥青混凝土路面方案进行中修养护，第25年采用罩面，薄层罩面成本单价估算为35.50元/m2，7.5 m宽路面1 km成本约为26.60万元/km。

2.5.3 分析结果

综上所述，各结构全寿命周期内日常养护及大中修成本按照不同折现率计算结果如表4、表5及图1所示。

表4 设计路面结构全寿命周期养护维修成本现值计算表

表5 试验路路面结构全寿命周期养护维修成本现值计算表

图1 路面结构养护维修成本现值对比柱形图

从对比结果来看：

(1)无论采用哪种折现率，在全寿命周期内试验路路面养护成本均比设计路面结构养护成本低，全寿命周期内试验路养护成本比设计路面结构养护成本低约40%左右。

(2)折现值越小，试验路和设计路面结构在全寿命周期内养护成本差值逐渐减小，折现率分别为5%、7.5%和10%时，二者的差值分别为79.17万元/km、58.51万元/km和43.66万元/km。

2.6 路面全寿命周期总成本分析

将路面结构方案初期建设成本与分析期内养护维修成本相加，可以得到两种路面全寿命周期总成本，汇总结果见表6、图2。

表6 全寿命周期内各路面建养总成本对比表

图2 路面结构全寿命周期总成本对比柱形图

从结果来看，

(1)尽管试验路初步建设成本比设计水泥混凝土路面高，但在全寿命周期内，按照一定折现率折现后试验路养护成本比设计水泥路面低得多，并且在全寿命周期内总成本也比设计水泥路面低。

(2)用现值法进行经济性分析时，折现率的确定对其分析结果影响较大。折现率高，初期投资低的方案往往具有较高的经济效益；反之，折现率低，初期投资大的项目方案就会显得优越。当i=10%时，设功能层的水泥混凝土总成本和已有设计水泥混凝土路面差不多，只少0.86万元；i=7.5%时，设功能层的水泥混凝土总成本比已有设计水泥混凝土路面少15.71万元；i=5%时，设功能层的水泥混凝土总成本比已有设计水泥混凝土路面少36.37万元。

(3)折现率对其总成本排序没有影响，已有设计路面水泥混凝土路面平均建设成本为378.03万元/km，下设功能层的水泥混凝土路面平均建设成本为360.39万元，比前者低17.64万元/km。综上，设功能层的水泥混凝土路面初期建设成本比已有设计水泥混凝土路面高，但其总成本低，经济效益好。

3 间接经济效益分析

3.1 道路使用费用

从社会效益角度考虑，主要是道路使用者即用户费用的节省。用户费用主要指车辆营运费、延误费、行程时间费及事故费等。设功能层的水泥混凝土路面相对未设的水泥混凝土路面，病害出现的时间将推后，病害严重程度将降低，寿命期路面状况指数PCI整体较高，从而能减少车辆部件的磨损、降低车辆油耗，降低事故的发生率。同时病害减少后路面维修封闭的时间和路段也将大大减少，从而降低对车辆行车速度的影响。

3.2 降低路面管养的压力

目前，严重制约着水泥混凝土路面发展的因素是水泥混凝土路面养护缺少成套养护设备，机械化程度低，造成效率低下，工程质量难以保证，养护成效差，维修时间长，对交通影响大。设置功能层后，路面病害减少，特别是严重的断板脱空、错台情况减少，将大大减轻养护管理的压力。

4 结语

本文通过对六景至钦州港高速公路刘圩至良圻连接线试验路段设置4 cmAC-13沥青混凝土功能层来改善水泥混凝土路面路用性能，并且对试验路路面结构在全寿命周期内的经济效益进行了分析；从建设初期成本来看，设置4 cmAC-13沥青混凝土功能层的水泥混凝土路面结构成本较高，但是在一定折现率下，全寿命周期内试验路路面养护成本均比设计路面结构养护成本低约40%左右，并且试验路段总成本也较低；从道路使用费用和路面管养压力方面，对试验路间接经济效益进行了分析，总体经济效益较好。

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