广西高速公路沥青路面预防性养护时机分析

韦相云

摘要：文章通过分析广西38段运营高速公路近年来的养护投入与效果、交通量情况、通行车辆类型变化情况等，探讨高速公路沥青路面预防性养护时机的确定方法和不同养护时机的措施选择，以期能够增强高速公路运营决策者、养护部门的认识，促进高速公路养护工作由被动向主动转变，由粗放向集约提升，由全面向精准转化，使得预防性养护模式得以科学、合理、适时地推广应用到广西高速公路沥青路面的养护中，实现高速公路运营综合效益最大化。

关键词：高速公路;路面;预防性养护;必要性;措施

中图分类号：U491 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.08.011

文章编号：1673-4874（2019）08-0037-06

0引言

截至2017年底，广西高速公路通车总里程突破5000km，达到5259km，其中沥青路面道路占80%以上，届时，高速公路网已覆盖广西所有地级市和89%的县（市、区）级节点。

通过对广西近五年38个高速公路路段3900km的232个节点断面交通量变化、通行车型占比变化的统计、分析，发现各年度总体交通量、小客车交通量、货车交通量增长的通车里程和节点数量均大于下滑的通车路段和节点数量。其中，小客车通行占比最低为28%、平均占比约57%，平均占比逐年增长;货车通行占比最低为11%、平均占比约38%，平均占比各年保持在36%～39%;客车通行占比出现多个路段的零占比，并且平均占比在逐年大幅下降。由此分析得出，高速公路已成为社会公众出行、社会货物流通运输的重要通道。高效的通行效率、舒适安全的路面行车环境不仅是高速公路运营主体追求的目标和责任，也是众多高速公路使用者的根本要求。

目前，广西高速公路网日趋完善，高速公路建设由高速增长阶段转入持续平稳增长阶段，高速公路养护也随之进入由小规模向大规模及小投入向大投入、高投入转化的时期，而高速公路运营主体尚处于还本付息双高峰的发展阶段。因此预防性养护的时机和养护措施的合理选择不仅对延缓路面破坏，保持或改善路面使用性能、延长路面使用寿命起到至关重要的作用，而且对于转变高速公路运行主体或决策者的养护思维和观念，提升养护意识，树立科学的预防性养护理念也十分重要。在适当的时机采取科学的措施对相关路段进行主动性、计划性、合理性的养护，不仅能缓解养护资金不足的压力，更能实现高速公路运营的社会综合效益最大化：使用者满意、政府主管部门认可、运营者获益。

1预防性养护是降低运营成本、提高服务水平、增加运营收入的重要保障

由于高速公路建设具有投资大、回收期长、运营成本高、交通量增长缓慢、运营收入单一及增长不足的特性，因此以高速公路建设运营为主业的企业或主体，均处于高负债的经营状态，并且绝大多数高速公路运营企业或主体的资产负债率高达90%以上，较好的也仅能维持在70%～80%。过高的负债率不仅会降低高速公路运营企业的盈利水平，而且会影响其在银行、金融机构的授信和信用评级，导致其融资能力下降。尤其在运营收入不足的情况下，资金成本的不断增加，授信的不足，会直接影响其对新项目的建设投入、运营项目养护投入以及技术创新投入，使企业生存和可持续发展面临巨大的挑战。因此，以高速公路建设运营为主业的企业或主体如何“养好路、保畅通、促增长（交通量）”是解决企业生存与发展的根本。

1.1养护费投入构成及效果

通过对近五年广西38段高速公路运营养护费用的投入构成分析（见图1）可知，五年中小修养护费约占养护费投入总额的34%，中修养护费约占养护费投入总额的57%，大修养护费约占养护费投入总额的9%;其中路面养护费约占养护费投入总额的60%。由图2可知，小修养护费呈逐年增加趋势，但2015年、2016年因分别有两个路段由于实施交通管制的中修养护，造成交通量下滑，减少通行费收入达2亿多元，未能全面实现运营养护的最佳费用效益目标。

1.2不同养护模式对道路结构功能、路面使用性能的影响

基于在养护系统所检测到的具有代表性的38段高速公路，8家单位25个养护部门，对近十年的养护后路面使用性能数据及路况变化情况进行梳理，分析出不同养护观念、不同养护模式下道路结构功能、路面使用性能的衰变规律以及道路使用寿命变化规律（如图3所示）。

从图3可以看出，在高速公路沥青路面的设计使用年限内，一段质量合格的路面，由于养护方式、时间、措施、技术的不同，对于防止道路出现结构破坏、修复路面性能损坏、延长道路运营期限产生不同的效果，从而直接关系到企业运营效益和养护费用的成本控制。分析结果表明：

（1）以“不坏不养、以修代养、重修轻养、不坏不修、坏路先修”的传统观念和养护模式进行养护的路段，道路建成运营2～3年后，道路結构性破坏、路面功能性损坏均出现加速变化。尽管投入养护资金，但是由于错过最佳养护时期，导致养护工程量加大、费用增加、周期延长，从而对交通量及道路的使用功能造成较大影响，使得小修节点提前约1年、中修节点提前约2年、大修节点提前约3年，养护费用比正常的养护投入高出1～2倍。由于道路出现不可逆的根本性结构破坏，加上超载现象，道路的实际使用寿命将比设计使用寿命减少2～3年，因此多数企业无法在合理的运营年限内实现回收投资这一最基本的经营目标。

（2）参照公路工程养护指南，根据道路运营的时间，按照日常3年小修、5年中修、10年大修的节奏进行养护的路段，道路结构性破坏、路面功能性损坏的衰减趋势一致，速度相当，养护费用投入与预算相当。中修节点时的投入大（见图1）、维修范围广，路段的通行效率降低，使得车流量在养护期间急剧下滑，若养护时间过长将造成通行费收入的大幅度减少。路段的运营寿命在接近设计使用年限时难以实现可控养护成本投入下的持续顺延，企业所预期的溢出运营收入目标更难以保障。

（3）在路段建成通车运营之初根据路段交付的质量评定、所处区域的气候特征、初级交通量及通行车辆类型等情况，结合周边已运营路段的运营养护数据和经验，制定以符合预期经济效益目标为原则的预防性养护方案，并从养护技术库中选择符合运营路段路况特征的多个养护措施，根据实测观察、经验判断、专家评定等多维方式，进行全面观测、系统评价、效益分析之后，对不同的路面早期病害类型发生的时间、区域、严重程度进行分析，并采取适合的处置方式、措施和技术进行精准养护，路面早期出现的裂缝、车辙、龟裂、沉陷、泛油、坑槽等质量通病能得到及时处置，可有效控制道路路况由功能性病害向结构性病害发展，道路结构性破坏的衰减得到减缓，路面功能性损坏的衰减曲线也呈现锯齿形的平缓下降趋势。通过前期修复和降低路面的功能性损坏程度，可有效控制路面不良状况的进一步恶化，延缓路面破坏和结构性损坏，延迟路面中修约2～3年、大修或重修约3～5年，延长路面的正常使用寿命约4～6年。养护投入较按正常节点养护的投入节约约10%～20%，对于交通量流失影响约在2%以下，几乎未造成通行费减少，路面整体维护费用在生命周期中最低，可为企业实现“应收每分不少、支出每分有效”以及“3年无小修、5年不中修、10年不大修”的运营目标提供根本保障。

2预防性养护可有效降低广西区域气候特征对路面损坏的影响

广西是全国降水量较多的地区之一，年降雨量在1000～2800mm之间，大部分地区年平均降水量为1200～2000mm，4～9月间降雨量占年降雨量的75%，雨季恰好与热季重叠。而且常因季风进退失常造成降雨和气温变化大，水涝灾害出现频率大。水是危害公路结构稳定的主要自然因素，水损害也是沥青路面的主要破坏形式之一。

公路是完全暴露在自然环境中的工程，其路面更是直接遭受气温变化、雨雪侵害和车辆荷载作用的功能性结构层。而沥青路面又对气温变化、雨雪侵害和车辆荷载作用特别敏感。因此，沥青道路建成通车前期，无论交通量的大小，行驶车辆类型如何，在气温、雨雪以及基层的应变收缩的影响下，均会出现低温开裂和反射性裂缝等路面纵横向微裂缝。当雨水从这些早期微裂缝渗入沥青路面结构内部时会使沥青粘附性减小，加上广西雨热同季（雨季恰好与热季重叠）的特点，使得渗入沥青路面的水温变高，更进一步加剧了集料表面沥青膜的剥离，削弱沥青混凝土粘结力，再在行车荷载的反复作用下使水产生流动，产生动水压力进而使剥落的沥青流失，被裹挟流动出沥青路面内部，造成路面松散、剥离、脱落、坑槽、基层破坏等病害。

对广西近年新通车的一些高速公路沥青路面的前期路况观测发现，尽管通车初期道路日均断面交通量仅有800～2000辆，其中货车为97～1000辆，但路面出现早期微裂缝的现象却十分普遍：沿海地区路段出现的范围、裂缝宽度和长度最为突出，其次则为山区路段，微丘区路段相对最少。而对于在雨季到来前和货车交通量增大前，未能及时发现和处置的早期微裂缝，随着裂缝渗水量的不断加大、夏季路面温度升高、重车荷载的反复作用，单条裂缝就会很快发展为小块网裂，开始出现白浆（唧浆），进而使路面出现车辙、松散、坑槽等严重病害，有些甚至出现局部的结构性破坏。这不仅使得养护费用成倍增加，维修面积不断扩大，而且在新通车道路路面的重新开槽处置、创铣罩面，给不了解水损害特性的公众造成误解，带来诸多不必要的负面影响，从而损害高速公路运营主体的社会形象。

而预防性养护的实施可有效应对路面早期出现的病害，控制因区域气候引起的功能性病害向结构性病害发展，降低或阻断道路的结构性破坏，减少区域气候对路面结构的不良影响。

3预防性养护是应对交通量自发性变化和促进路内诱发增长的长效措施

交通量不仅是路面性能变化的主要影响因素，也是路面占用率的重要指标，更是通行费收入的根本来源。因此，保持路面安全舒适的行车环境，提供全幅行车道最大通行空间，以确保运营路段良好的交通状态，是维持和提高运营路段交通量的前提。

3.1交通量自发性变化

交通量自发性变化，是一种整体性的自然变化，受到国家和区域宏观经济环境的影响，也反映民众生活水平的变化以及出行方式的变化。通行车辆类型的变化，除了反映社会产业变化、区域经济结构调整、公众生活方式改变之外，更反映了运营路段的路面作用荷载的变化、路面空间占用密度对路面性能结构和车道有效通行率的影响。

通过对广西近五年38个高速公路路段232个节点断面交通量变化、通行车型占比变化的统计、分析，发现各年度总体交通量、小客车交通量、货车交通量增长的通车里程和节点数量均大于下滑的通车里程和节点数量（如表1～3所示），反映了小客车是交通量增长的主要车型、货车次之。客车交通量呈现逐年急剧下滑的趋势，反映了客车受到高铁开通、小汽车保有量的增长等外部因素的影响，改变了公众的出行方式，高速公路的服务群体和对象也将发生根本性的改变（见表4）。

通过对广西近五年38个高速公路路段232个节点断面通行车型占比，以及同级占比幅度的通车里程长度等的统计、分析，发现小客车通行占比最低28%、平均占比约57%，平均占比逐年增长;货车通行占比最低11%、平均占比约38%，平均占比各年保持在36%～39%;客车通行占比出现多个路段的零占比，并且平均占比在逐年大幅下降（見表5～7）。

3.2同区域路网内各路段间交通量变化

同区域路网内各路段交通量变化，是一种主动引导、吸引式的诱发增长，是高速公路运营主体在区域交通总量中的竞争力和运营实力的体现，是对所运营路段的管养技术水平和服务水平的体现。同时，路网内的各运营路段间的交通量变化，既反映道路使用者从成本角度考量的行车经济路线选择，更是对高速公路运营主体在所运营路段提供良好交通状态的能力以及服务水平的认可。

从表1～3的统计、分析可以看出，随着河都路、桂来路、百靖路、靖那路、灌凤路、来马路、马平路、柳武路、崇靖路、三柳路、岑水路、梧柳路等高速公路的建成通车，2016年通行效率要求高的小客车以及运输成本高的货车进行不同程度的效率路线、经济路线的选择，从而引起路网内路段间交通量转移、分化十分严重，出现多个路段和节点断面交通量下滑，但部分路段交通量快速增长的情形。2017年路网内交通量转移、分化的严重程度减弱，但路网内各路段之间的交通量依然出现此消彼长的内部诱增、转移的局面，使得运营主体的运营通行费收入发生不同程度的波动。

从交通量及通行车型变化情况的统计分析可知，广西高速公路在当前及今后一段时间，将主要成为小客车、货车出行的主要交通线路，前者对高速公路路幅空间占用大，后者对高速公路路面荷载作用大。若未能选择恰当的路面养护模式，提供良好的交通通行环境，往往会造成高速公路大面积拥堵、长时间滞留以及路面超荷载疲劳破坏的重大病害等不利的运营情况的发生，引发社会的强烈反响，增加运营主体的管养成本，被动转移管养路段交通量而降低通行费收入。因此，维修时间短、占用路面少，能确保最长的通车时间、最大的路面空间，提前防治路面病害。保持路面通行能力的预防性养护模式，可以满足道路使用者（驾驶员与旅客）对道路交通在快速、舒适、方便、经济和安全等方面保持良好的运营条件和状态的要求，同时高速公路运营主体能够为其提供良好甚至优异的服务水平，满足其出行效率和心理期望。

4预防性养护时机的确定及措施的选择

目前，国内外对于预防性养护时机确定的理论方法研究较多，包括破坏指数法（DI）、路面功能失效时间法、路面受损评分法、效益费用评估法、生命周期评估法、路面老化指标法、排序法、决策矩阵法、决策树法、最佳费用效益法等。但大多数方法均选取单一或少数指标作为分析、评价的基础，而对于如何合理、科学地确定预防性养护时机问题尚未提及，并且方法确定与预防措施选择不能进行良好的结合，往往出现时机选择与措施的脱节，从而未能实现最佳的预防性养护效果。

在实践中，一般认为基于工程经济的全寿命周期的费用一效益分析法是比较合理、适用的分析方法，但在确定具体路段的预防性养护时机和措施时，运营、管养单位或部门应根据日常路况的检测数据、外观质量变化、交通量变化、通行车型占比等情况，由专业管理人员进行直观分析。结合路段通车运营时间，采用费用一效益分析法从理论层面分析评估养护投资效益，结合养护方案的专家论证等一体多维的方式确定预防性养护的时机和方式，可对不同的路面病害进行快速决策、及时防治。

预防性的选择是由时机决定的，而非是由措施所决定的。但时机与措施以及决策机制的同步融合，方可实现预防性养护的最佳效果和最大效益。由于不同的道路交通量，不同的区位气候特征，不同的路面结构组合，不同的道路通车时间，不同的养护管理经验和水平，不同的养护决策机制等因素，使得预防性养护时机的确定、措施的选择、决策的机制等均有所不同，不可一概而论。一般情况下，在道路未出现结构性破坏之前，路面功能性技术指标还处于良好的状况之下，只是出现可能造成功能性衰减的一些前期征兆病害时进行干预性养护措施。表8是结合近年来在高速公路路面养护过程中，总结出来的不同预防性养护时机一般所对应的养护措施以及相对应的养护决策机制。在实践中，发现路面病害前期征兆时，应采取前置性的预防性养护维修措施，如裂缝填充、雾封层、微表处等，有效地弥补路面结构层透水等多种功能性缺陷，使整个路面结构得到合理维护。通过快速决策、及早处治、措施适当，达到延缓路面损坏速度、延长路面养护周期、降低全寿命周期养护费用的养護目的，均取得良好的经济效益、社会效益。

5结语

预防性养护是有效降低运营成本、提高服务水平和增加运营收入的重要保障。选择适当的养护时机和预防性养护方法不仅可以有效降低路面功能性结构性的损坏，还能有效应对区域气候、交通量自发性变化对路面产生的不利影响。通过对预防性养护方法的分析，将费用一效益分析法与养护方案的专家论证等一体多维的方式相结合，合理确定预防性养护的时机和方式，可对不同的路面病害进行快速决策，及时防治，合理解决运营主体投资收益与公众对快速安全出行要求不断提高之间的矛盾，实现高速公路运营多主体间的双赢、多赢。