江苏省002省道车辙发展规律分析

夏正丰

(东南大学建筑设计研究院有限公司，江苏 南京 210096)

1 路面状况和调查结果

1.1 路面养护历史

江苏省002省道为双向六车道一级公路，分三期建成。自2015年建成通车以来，交通量逐步增加，路面结构和使用性能均能保持在较为良好的状态，至今为止只进行过几次小范围的专项养护工作，车辙基本上处于无管制状态下的发展变化。因此，研究该公路历年来的车辙发展变化情况，对于分析车辙病害的发展演变规律并制定相应的养护措施，有着重要的研究意义。

该省道自修建以来，到目前为止没有进行过大修工作，路面基本处于较好的使用状态；其中上行方向路面只是在2016年和2017年的时候进行了部分路段的专项养护；下行方向在2016、2017和2018年分别进行了部分路段的专项养护。日常养护一般进行的灌缝和坑塘填补工作，对车辙几乎没有什么影响，故略去不予考虑。专项养护主要是针对路面性能影响比较大的车辙因素，大部分的专项养护方案都是车辙填补和热再生。路段养护的里程相对而言很少，相比于整条省道来说，微乎其微，说明该省道自投入使用以来，总体上维持在一个较好的状态。表1是该省道历年来路面专项养护统计结果。

表1 专项养护信息统计结果

1.2 路面调查统计

路面自2015年开始通车，即进行路面车辙调查，每年调查所得的车辙数据量逐年增多。路面刚通车运行时，车辙数据是调查几个不同的路段所得，数据量很少；随着通车时间的增加，车辙调查也越来越仔细，车辙数据也越来越多，慢慢演变为全路段调查，调查也由原来的每公里一个数据逐渐加密；截止到2018年，车辙数据量已达到每10 m个数据，数据量非常庞大。

表2为历年来车辙调查数据信息统计结果。

表2 车辙调查信息统计结果

2 路面车辙数据分析

2.1 数据剔除

为了分析未进行过养护路段的车辙演变规律，将进行过专项养护的部分路段车辙数据予以剔除，将剩下的数据和未剔除前得数据进行统计对比分析，可以发现：对于上行方向而言，剔除数据后，对于2015、2016和2017年的车辙变化几乎没有影响；聚类数据只是剔除了原有数据中少量的部分，最终聚类中心只是发生了轻微的、小范围的数值上的减小，其中，2016年的数据完全没有受到影响。

表3 剔除数据前后的对比结果

由表2上下行方向数据的对比可以发现，上行方向在2017年部分路段车辙调查频繁，是因为此部分路段车辙比较严重，这部分路段大部分都进行过针对车辙处理的专项养护措施(从剔除专项养护路段部分后剩余路段的聚类分析结果可以得出)，这进一步验证了同一路段车辙多次调查结果应取其最大值的结论。

路面专项养护针对的是路面车辙比较严重的路段，这一点在2018年以后的数据变化情况中显得尤为明显：2020年大约剔除了原数据量10%的数据，2018年则大约剔除了原数据量20%的数据。造成各年剔除数据所占比例不同的原因，是每年在路段上检测精度不同、检测所得到的数据量不同而造成的。剔除的数据都是在同一路段上、不同年份因路面进行过专项养护所检测得到的车辙数据，剩余的路段是从路面开通至今都没有进行过养护的路段，其检测所得到的车辙数据，以及由此分析得到的车辙演变规律对路面车辙发展、预测和评估都有重大的意义。

表4 剔除养护路段前后数据对比结果

由表4中可以看出，剔除专项养护路段上的检测数据后，依据聚类分析的结果，每年各个不同的最终聚类中心都有不同程度的减小，这可以说明，进行过专项养护的路段，其车辙情况比较严重；数据减少比较多的大多数是车辙比较严重的、聚类结果比较大的类，这在2018年的数据量变化中显得尤为明显，而这一年检测所得到的车辙数据最为严重；剔除专项养护路段的车辙数据后，2019年检测所得到数据的聚类分析中，最大一类的聚类中心数值明显得到了降低。

对于下行方向路段而言，可以得到如表5的结果。

由表5可以发现，下行方向车辙比较严重，专项养护路段比较多，因此在分析路面未经过养护时的车辙发展变化时，剔除的数据比较多，尤以2015年和2017年数据剔除最为严重，剩余数据量大约为原数据量的一半；从另一方面说，数据量偏少也是造成数据剔除较多的原因之一。

表5 剔除养护路段前后数据对比结果

表6 剔除养护路段前后数据对比结果

由表6中可以看出，2018年因专项养护而剔除的数据达到了一半还多，2019年的数据也将进剔除了一半，而进行专项养护的路段仅仅只是一小部分，说明车辙较大、数据集中的路段即是主要的调查路段；最终聚类中心并没有明显的降低，说明部分路段上车辙病害依然很严重。2020年由于调查精度比较高，数据量很大，剔除的数据部分即为专项养护路段部分。专项养护路段车辙数据剔除后，各个聚类中心的数值不降反而有小幅的增加，这说明经过2017年和2019年的专项养护，养护部分路段路况良好，车辙很小；绝大多数的车辙数值都比较小，说明虽然部分路段车辙比较严重，但总体上该省道还处在良好的状态上。

2.2 聚类分析

聚类分析是把观测或者变量按照一定规则分成组或者类的方法，其基本思想是：比较接近的两个类可以合并成一个类。

将历年调查所得到的车辙数据，剔除专项养护部分路段后，按照不同年份的调查结果，分别采用SPSS软件进行聚类分析，将历年来车辙数据的聚类结果再按照有小到大的顺序进行排列，可得到如下的聚类统计结果。

图1 上行方向车辙聚类分析结果

图2 下行方向车辙聚类分析结果

由上述聚类分析结果，可得到如下结论。

(1)车辙最小的数值聚成了第一类。由图中可以看出，路况良好的地方，车辙并没有显著的增加，较为平稳。

(2)对于路面性能状态和车辆行驶安全而言，车辙最大的一类，即第四类是需要主要关注的。由图中可以看出，路面使用到第3年和第4年，车辙增加最为明显，车辙数值达到最大顶峰，严重超过了规范中规定的数值，需要对其进行养护处理以保证行驶安全。

(3)2017年和2018年第四类聚类分析中车辙数据比较少，随着调查精度和车辙数据的增加，最大车辙反而有降低的趋势。这说明，当调查数据比较少时，数据带有随机性和偶然性，不能准确的代表路面性能状况和车辙病害等级，不过仍需要进行养护。

(4)对比上行方向和下行方向车辙聚类结果，可以发现，上行方向车辙要比下行方向严重的多。这从两个不同方向的专项养护次数、养护里程以及养护费用上也可以得到验证。

(5)路面通车前两年，车辙发展比较平稳，变化很小，第3年开始发生突变和质变。路面通车5年以后，各类车辙保持在较为平稳的状态，但车辙一直在持续的发展中。

(6)在各类不同车辙中，变化最为突出和显著的是第2类车辙和第3类车辙。这说明车辙一旦进入发展变化阶段，短时间内即可达到很大。

3 结 论

由上述分析结果可知，该省道沥青路面在通车第三年到第四年间车辙病害发展到最大，需对其进行养护处理；上行方向车辙病害要比下行方向严重；车辙进入平稳发展阶段后，还需对路面进行车辙调查和持续观测，并逐步、有针对性的对病害严重的路段进行有计划的养护工作，以达到保持路面性能状况和行驶安全的目的。