高架桥预防性养护措施效益评比模型

文/上海高架养护管理有限公司 褚剑峰

本文以上海市南北高架沥青路面预防性养护试验段为基础，通过对其性能指标的长期跟踪观测，建立了各措施多项性能指标的衰变方程，并利用层次分析法评比各养护措施的效果，得出了不同养护措施效果的优劣，为今后制定预防性养护方案选择提供了参考。

项目概况

试验段处于南北高架西侧，起止桩号为NX370-NX280，由于试验段内多种措施非同时施工完成，因此此次选取其中4种检测数据积累较多的措施研究。措施种类及措施区间如表1所示。

表1 预防性养护措施名称及施工位置桩号

路面性能模型选用

模型形式说明

路面状况指数PCI的性能衰变模型，采用路面结构行为方程形式，摆值和构造深度采用较为成熟的指数函数作为衰变模型的基本形式。

建立模型

路面状况指数、摆值及构造深度三项指标，可以较为全面地评价高架路面的使用性能。通过对试验段内四种措施检测数据的积累，利用Excel表格回归了摆值和构造深度的衰变方程，结合实施养护措施前后的检测数据，重新计算PCI的结构行为方程中的参数，分析可知：雾封层和还原剂措施对路面产生的损坏修复作用不明显，实施前后PCI变化不明显，罩面类措施实施后PCI与新建路面相同；微表处和微罩面施工后的摆值主要取决于新的磨耗层，均处于较高状态，且衰变较慢，抗滑性能良好；雾封层和再生剂措施施工后路面的摆值相对于原路面发生了不同程度的下降，原路面抗滑性能不佳的路面不建议使用此两种措施；微表处和微罩面施工完成后路面的构造深度较小，微表处措施尤为明显；再生剂和雾封层措施施工完成后对路面的构造深度影响较小。

表2 各指标效益计算基准线

预防性养护措施效益评比

计算周期

由于该次研究数据的采集周期只有两年时间，因此预测结果在计算短期效益上效果相对较好。

计算方法

国内外关于养护效益的计算方法，大多以性能曲线与时间轴围成的面积表示，但是当性能下降至一定水平后设施不再具有服务能力，此水平下性能曲线面积不能算作效益，因此应当设置效益计算基准线，针对城市高架道路3项指标的效益基准线分别，如表2所示。

为了全面比较预防性养护措施的效果，需要综合评价各措施在3项指标上产生的效益，利用层次分析法来进行效益评估，此方法在利用专家主观经验对各项指标的重要性判断的同时，结合效益计算结果这一客观数值评比，做到主客观相结合，评比步骤如下：

建立多阶层次模型。目的是比较不同措施养护效果，决策的依据就是各措施在PCI、构造深度及摆值等指标上的效益费用比，模型如图1所示。

图1 层次分析法模型

表3 PCI、构造深度、摆值对最佳方案影响的权重大小

构建判断矩阵。层次结构可以反映出各个因素之间的关系，但准则层中的指标在目标层中所占的比重不一定相同，决策者认为它们各占有一定的比例。本次研究中准则层中三项指标对目标层影响大小通过专家打分法选取，如表3所示。

各项指标对最佳方案的影响权重，取建议值的中值进行计算可得，矩阵

层次单排序及一致性检验。判断矩阵A最大特征值λmax对应的特征向量ω，经归一化后即为同一层次相应因素对于上一层次某因素相对重要性的排序权值，这一过程称为层次单排序。需要检验构造出来的判断矩阵A是否严重地不一致，以便确定是否接受A，对判断矩阵的一致性检验的步骤如下：

表5中表示A层元素对目标层Z的影响大小，bij表示Bi层元素对A层元素j的影响大小，不同措施对同一项指标的影响大小可以用效益费用比表示相对大小，因此可以利用效益费用比作为B层各措施对A层各项指标影响的权重大小。分别建立4项措施对三项指标的判断矩阵，如表6所示。

表4 RI的值

表5 层次总排序合成表

表6 方案层判断矩阵

对方案层判断矩阵求解可得每项指标矩阵的最大特征值和相应的权向量分别为：λ1=4.01，ω1=（0.001,0.001,0.533,0.466）；λ2=4，ω2=（0.368,0.116,0.221,0.295）；λ3=4.0003，ω3=（0.548,0.163,0.252,0.037），由此可知该项指标均可通过一致性检验。利用这三项指标对应的特征向量建立矩阵求解可得：

由此可以得出在四种预防性措施中，养护方案效果优劣排序依次为：QB型再生还原剂、微表处、雾封层及微罩面。

结语

现有预防性养护措施种类繁多，如何在常用的养护措施中选择十分重要，本文结合上海市南北高架预防性养护试验段，对几种常用的预防性养护措施的效果建立模型进行了评价，虽然预防性养护措施较多，但是均可以利用此方法建立模型进行效果评价。