路面预防性养护时机确定方法探讨

徐孝辉

摘 要 路面预防性养护时机的确定是预防性养护决策的关键环节，时机确定过早会造成资金及成本上的浪费，时机确定过晚不能显著改善路面状况并降低效益，因此养护时机的选择很重要。文章介绍了常用的预防性养护时机决策方法并对方法进行了探讨，以供养护决策者参考。

关键词 路面;预防性养护;时机确定

研究表明预防性的养护不仅可以缓解路面破坏程度，而且可以延迟比较昂贵的路面大中修时间，降低投资成本。路面预防性养护时机应该在路面良好的状况，或者在遇到一些病害预兆时进行的有计划的养护策略。预防性养护是一种社会效益和经济效益都很好的养护方法，但是，预防性养护的社会性以及经济性在很大程度上取决于养护的时机。如果养护时机确立的过早，就会造成资金以及成本上的浪费，如果养护时机确定的较晚，就错过了最佳养护时机，从而降低经济效益。因此，路面预防性养护时机的确定非常重要，要把资金进行有效利用。这就需要凭借一系列科学的养护时机确定方法来发现路面功能的衰减趋势，并对路面的状况进行跟踪调查，最后进行归纳以及判断，从而得出合理的路面预防性养护时机。

1路面预防性养护时机确定方法的相关指标

1.1 路面状况指数

路面破坏是由于各种因素作用于路面结构所发生的现象，路面状况指数反映了路面结构的完整性，是路面预防性养护时机确定方法的重要指标之一，该指数在很多的路面管理系统中作为主要的数据。因此，这是预防性养护实际确定方法的路面性能评价指标。

1.2 行驶质量指数

路面的行驶质量指数是反映路面在行驶质量方面所提供的性能的重要指标，路面的行驶质量指数是根据国际平整度指数进行一系列计算的。根据路面的状况可以分析出影响路面行驶质量的因素是路面的平整度，包括路面行驶的安全性，经济性以及舒适性，这也是路面管理系统中采集的主要数据。因此，平整度成为度量路面使用性能的一项重要指标[1]。

1.3 抗滑系數

路面的一个重要功能就是保证使用者的安全，而路面抗滑性能是影响行车安全的主要因素，当路面的抗滑性能低于某一限度时，可通过经济、有效的预防性养护措施来恢复路面的抗滑性能，随着人们对安全的重视程度提高，保证道路使用者的安全是至关重要的工作。因此，有必要将路面的抗滑性能作为确定预防性养护时机的一个指标。路面抗滑性能一般采用抗滑系数作为评价指标，路面抗滑系数以横向力系数（SFC）表示。

1.4 车辙

车辙主要发生在路面投入使用的前期。车辙的出现不仅影响行车的舒适性，也影响行车的安全性。车辙达到一定深度后，车辙内的积水不容易排除。一方面，降低了路面的抗滑性能，容易引发交通事故，另一方面如果不能及时排除积水向下渗入路面的情况，在行车荷载和冻融循环的作用下，极易引发其他病害的产生。现有的养护技术规范只是将车辙作为一种路面破损形式，不足以反映车辙对行驶舒适性和行车安全性的重要性[2]。因此，有必要将车辙作为确定预防性养护时机的指标之一。但作为预防性养护措施来处理，车辙会有一定的深度限制，当超过这个界限时，就不宜用预防性养护措施来处理了。

要确定路面预防性养护的最佳时机，首先要选择路面使用性能的评价指标，但是对路面使用性能的影响因素不是单一的，因为路面使用性能具有多方面的属性，所以在选取养护时机的方法时应从多方面考虑。

2路面预防性养护时机的确定方法

2.1 行驶质量指数法和破坏指数法

在国外有机构研究用行驶质量指数法或破坏指数法来确定路面预防性养护的时机，比如密西根州运输部在路网管理中，就用行驶质量指数法和破坏指数法来表示路面的性能。根据目前的情况进行路面维修以及预防性养护决策的依据是破坏指数法。密西根州运输部为了延迟由不平整度引起路面破坏，采用了行驶质量指数法作为路面的预防性养护阈值研究[3]。若有了新的行驶质量指数法的界限，就可以采用预防性的养护措施，从而提高路面的平整度，增加路面的使用期限。

2.2 基于时间或路况的方法

路面预防性养护是为了确保路面的正常使用，使路面尽量不出现功能失效的问题。因此，预防性养护理论研究必须弄清功能失效的时间，使路面功能还处于良好的状态时进行养护。这时就采用基于时间或基于路况的方法作为路面预防性养护的方法。结合国内外文献可以看出，每种路面都需要进行预防养护的时间，雾状封层的路面预防性养护时间为一到三年，裂缝填封路面预防性养护时间为二到四年，石屑和稀浆封层路面预防性养护时间为五到七年，薄层罩面路面的预防性养护时间为五到十年[4]。进行路面预防性养护的实际时间要根据交通情况以及环境的不同进行调整。基于路况的预防性养护是从路面的实际破坏情况出发，找出临界破坏状态，从而进行预防性养护措施。

2.3 效益费用评估法

效益费用评估法是用效益和费用的比值来进行衡量。效益是根据路面预防性养护，后期延长的路面寿命或者根据性能曲线的变化来判定的。性能曲线是结合路面的数据来确定的，性能会随着进行的路面预防性养护措施而发生变化。费用则是根据单价。每种措施以及策略的费用都是根据管理部门的费用和用户费来确定的，管理部门的费用包括设计费、养护费以及残值，而用户费用包括运营费、行程时间费以及事故费。

已经知道路面性能指标，包括平整度指数、横向力系数以及路面状况指数等。衰变规律后，该指标的衰变曲线与上下效益基线围成的面积为效益估算面积。当采用了预防性养护措施后，效益面积的增量称之为预防性养护的效益面积。效益计算基线是计算效益面积的上下边界， 反映在效益计算指标和时间关系图上为平行于时间轴的直线[5]。效益面积增量为：实施预防性养护措施以后的性能衰变曲线与未采用预养措施时的性能曲线以及上下效益基线围成的面积。采取预防性养护措施后的效果，用效益面积增量与未采取预养措施时效益面积的比值表示。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。

2.4 排序法

进行路面预防性养护是根据特征来预估的，但是有些特征不容易被定量化，比如交通分布以及经验和气候条件的。因此，除了效益费用以外，还可以对预防性的养护措施进行整体的排序。排序法通常是通过安排养护的时间和对策，考虑到预算的约束以及优先次序的要求来决策的项目规划。路面预防性养护时间的安排可以遵循已经设定的标准进行。比如使用性能的标准PCI，如果路面的PCI低于这个标准，就需要采取路面的预防性养护措施。在一定程度上路面的预防养护的时机和措施是分开的，可以使用性能参数进行项目的排序，也可以使用经济分析参数进行排序。

2.5 生命周期评估法

生命周期评估法是被广泛应用的方法，指在一定的时间内通过路面的出现费用以及折扣费用来评价经济价值的过程。当路面进行修建或重建时，就会用到生命周期评估法。路面预防性的养护推迟了昂贵的路面重修的活动，但预防性的养护要提前支付一定的费用，在不同的时期支付同样多的费用，但有不同的经济价值，因此要进行一定的经济分析。这时的经济分析方法是把分析时期内不同时间支付的费用，按照一定的贴现率转化为现值，根据现值在等值的基础上比较各种实施方案。

交通的发展提高了车辆结构的变化以及载重的比例，由于这些因素的影响，造成了半刚性的基层结构路面还没有达到设定的年限，就发生了结构性的破坏。而在这时，我们可以运用生命周期评估法，确定出半刚性基层的路面最合适的养护时机，从而达到维修资金的最少投入，提高路况的质量。

2.6 决策矩阵法

在国外，有些公路管理部门用决策矩阵作为路面预防性养护的决策支持，比如密西根州运输部认为薄层罩面路面的目的，是为了提高路面自身的结构强度，因此就把薄层罩面路面纳入到预防性的养护措施当中。当路面出现疲劳裂缝时，就不可以用微表处的预防性养护措施。当路面出现严重的车辙以及横向，纵向的裂缝时，一般也不建议使用微表处的措施。

3关于路面预防性养护确定方法的探讨

行驶质量指数法和破坏指数法是建立在路面平整度以及行驶舒适性的关系上提出的。公路用户对不同等级的公路有不同的行驶舒适性的要求和期望，公路的行驶质量指数与公路的平整度呈反比。根据以往经验得出，进行路面维修和预防性养护决策的主要依据是破坏指数法。在行使质量很差时破坏指数所达到的界限值才被用作路面进行重修或者大修的决策，在这种情况下，行驶质量指数法的应用时比较消极的。

对于基于路况的预防性养护来说，不同破坏状况的路面可能具有相同的PCI。有时候也会发生即使具有相近的PCI，但不同时期的路况变化情况是不同的。PCI一个综合值，一般来说路面的损坏情况用PCI的值来衡量。首先，路面的损坏现象比较复杂，是由于路面结构以及施工环境有所不同。PCI值仅仅是一个表面现象，是一种外观的评价，忽略了实际情况，没有深入了解具体引起路面破壞的原因是什么。因此，只凭PCI值不能决定采取哪一种具体的预防性养护措施。其次，PCI值的变化情况可以反映路面的使用性能，因此要使用PCI值及其变化率来作为使用性能的评价指标。最后，我国的一部分路面出现了功能性破坏，并且破坏速度比较快，所以用PCI值作为预防性的养护时机具有片面性。

效益费用法，生命周期评估法和排序法是从经济方面来解决预防性养护实际的办法，但这些方法具有局限性。比如，用排序法进行路面预防性养护时机的选择时，对优先度排在前面的路段优先进行养护，而对优先度排在后面的路段则后进行预防性养护。但是经过时间的推移，可能发生之前优先度排在后面的路段遭到严重破坏而错过了预防性养护的最佳的时机，这时就会导致路面的维护需要更大的维修成本。相反，优先度排在前面的路段没有进行预防性的维护，但过段时间路况的变化可能不是很大。而且用不同的标准进行排序，结果会不同。效益费用法和生命周期评估法在使用过程中容易受到主观影响，实际的操作比较难。因此，效益费用法，生命周期评估法和排序法不适于作为预防性养护措施的主导办法。

决策矩阵法是利用了当前的经验，可以较好地适应于当地的条件，比较适用于项目级的决策工具。首先，决策矩阵法不能从一个管理部门转移到另一个管理部门。其次，决策矩阵法不能包含多种路面破坏类型，也不适合网级路面的预防性养护。因此，针对具体的项目，预防性养护措施的选取过程要比较复杂，不只要考虑路面类型，还要考虑路面破坏的严重程度以及费用效益等。最后，在对具体的项目进行预防性的养护措施时需要结合现场的实际情况。

4结束语

我国的气候以及地形变化比较大，在进行路面的预防性养护时，要采用因地制宜的措施，根据不同的气候特点以及路面的实际情况，选择合适的预防养护时机，使路面可以继续发挥其性能。路面预防性养护技术不仅要达到养护路面的效果，而且要减少资源浪费。综上所述，预防性养护时机的选取应该基于路面的功能性能，在路面的功能恶化之前进行预防性的养护措施。因此，预防性养护时机研究的突破口是预防性养护路面的功能衰变。若路面功能性损坏没有得到及时的修复，则会加速路面结构性的破坏。一般来说，路面的大修以及重修是针对结构性的破坏的，而路面的预防性养护只能解决功能性的损坏。

参考文献

[1] 邓妃琴.高速公路沥青路面预防性养护技术探讨[J].工程技术研究，2019（12）：186-187.

[2] 陈松，吴启华，陈政，等.普通公路沥青路面预防性养护与常规养护模式融合探讨[J].建材技术与应用，2019（3）：40-43.

[3] 袁祖峰.高速公路沥青路面使用性能预测及预防性养护时机的研究[D].合肥：安徽建筑大学，2019.

[4] 钟彪，王向峰，李燕.水泥混凝土路面预防性养护路况标准与时机决策[J].公路，2020（2）：283-287.

[5] 李雪连.一种沥青路面预防性养护最佳时机的确定方法[D].长沙：长沙理工大学，2019.