基于检测数据的沥青路面养护决策方法探索

肖忠斌 杨东 张永康

（1.扬州大学建筑科学与工程学院，江苏 扬州 225000；2.苏交科集团股份有限公司规划研究院，江苏 南京 210000）

一、引言

地处我国西北地区的甘肃省，四面分别与陕西、新疆、四川、青海、宁夏、内蒙古接壤。甘肃地形分布较为特殊，整体呈现“骨头”状，周围被群山峻岭所围绕，地形因受两侧山脉挤压，地势自西南向东北倾斜，因为其山地、高原、平川、河谷、沙漠、戈壁等纵横交错，使得整体地貌丰富多彩，独具特色。由于复杂的地理状况及区域划分，甘肃气候类型包括亚热带季风气候、温带季风气候、温带大陆性干旱气候和高原山地气候，属于西北寒旱地区典型的气候类型。“十三五”期间，甘肃公路建设实现跨越发展，截至2020年，甘肃省公路总里程达到15.6万公里，其中高速（一级）公路突破6000公里，实现了由“瓶颈制约”向“基本适应”的根本性转变。为主动服务国家和甘肃省交通发展新需求、新变化、新格局，更好支撑国际国内“双循环”发展格局，甘肃公路将从“建设为主”向“建养并重”发展。

公路养护作为建设完成后保证路面质量及使用年限充足的重要手段，近年来被政府和建设单位所重视，因此高效适宜的养护方案对于公路的维护成本、使用年限、养护资金、路面使用性能及公路的可持续发展都起着决定性的作用。基于上文描述，本文以国家检测体系中路面检测指标的测定结果为基础数据，结合相关法规、路面交通量、气候环境、多年来数据的变化趋势及养护目标等因素的分析，构建沥青路面养护决策模型，充分获取、利用国检基础数据，给出科学高效的养护决策方案，实现“精准”的养护过程，为甘肃省“十四五”公路养护工作目标提供强有力的技术支撑。

二、路面养护决策评价指标

公路路面养护决策指标评价主要对以下5个方面进行综合评价，包括路面的结构性能、功能性能、车辙性能、抗滑性能及其结构承载能力。再细化到具体的评价项目分别为沥青路面损坏、平整度、车辙深度、抗滑性和弯沉5项内容，对应的评价指数分别为路面损坏状况指数（PCI）、行驶质量指数（RQI）、车辙深度指数（RDI）、抗滑性能指数（SRI）和结构强度指数（PSSI）。沥青路面使用性能通用评价指标体系如图1所示。

图1.路面养护决策评价指标体系

（一）路面养护决策指标评价方法

通常，沥青路面养护决策指标评价结果分为5个等级，具体划分标准如表1所示。

表1.评价等级与标准

评价层次分为网络级评价和项目级评价，根据各个级别的评价分别采用不同的评价指标及评价单元。其中网级评价是对整体路网性能及总体分布状况的评价，首先将路面的损坏程度、平整度和车辙及抗滑等性能经过单独计算评价后，然后综合各分项指标加权值形成整个路面使用性能指数（Pavement Quality or Performance Index，PQI），对于沥青路面，以上四项的权重一般取0.35、0.4、0.15、0.1。而路面结构强度为抽样评定指标，一般根据养护决策需求单独计算评定。其中路面使用性能指数（PQI）计算公式如下：

而项目级评价则是对路面结构性能、功能性能、车辙性能、安全性能及结构承载能力等性能的单独评价，根据各路段的具体路面状况进行系统详细评定，该评价结果对于后期路面养护区间的确定和养护方案的制定提供了可靠依据。

（二）分项指标评价标准

沥青路面养护决策评价指标体系中各指数评价标准如下:

1.破损程度

通常用路面破损状况指数（PCI）对路面的损伤程度进行评价，计算公式如下：

上式中DR表示路面的破损率，即各种损坏的折合损坏面积之和与路面调查面积的比例（%）；Ai为第i类路面的损坏面积（m2）；A为实际调查的路面长度与有效路面宽度的积（m2）；表示第i类路面破损的权重。

2.行驶质量

路面的平整度通过路面行驶质量指数（RQI）来衡量，计算公式如下：

其中IRI为国际平整度指数（m/km）。

3.路面车辙

通常用路面辙深指数（RDI）来评价路面车辙深度状况，计算公式如下：

其中RD表示路面的辙深（mm）；RDa、RDb分别表示辙深度和深限值参数，通常RDa=20mm，RDb=35mm。

4.防滑性能

路面的防滑性能通过路面防滑性能指数（SRI）来评定，计算公式如下：

其中SFC表示横向力系数；SRImin表示标定参数，一般取35.0；aD、a1为模型参数，分别取28.6和-0.105。

5.结构强度

路面的结构强度由路面结构强度指数（PSSI）进行评价，计算公式如下：

式中SSI表示路面的结构强度系数；Id表示路面设计弯沉（mm）；I0表示实测代表弯沉（mm）。

综上所述，鉴于PQI反映路面性能的综合性，PCI是反映路况最直接的指标，结合甘肃省高速公路与国省道现有检测数据的实际状况，采用路面质量指数PQI、路面状况指数PCI两项指标进行养护路段划分。

三、沥青路面养护决策方法

（一）指标预测模型

沥青路面性能指标预测作为养护决策的基础，可以为交通基础设施建设设计和相关资源的分配提供依据。因此，高效合理准确地预测公路沥青路面性能，对于后期路面路况和配置服务水平的提前熟知，养护及预养护的优先权的分配，养护及预养护策略的高效制定，养护成本的节约，以及提高效费比都会发挥巨大的作用。沥青路面性能指标衰减过程一般有凹形曲线、凸形曲线及反S形曲线3种典型模式。分析整个甘肃省路面性能变化模式，由于受存在地域、路面结构、交通量等各种因素的影响，因此无法采用单一的模型代表不同路段的性能衰减趋势。因此，本文参考国内外已大量使用的性能衰减方程，采用双参数模型预测沥青路面性能指标。

式中，Y表示路面性能指数（PCI、PQI等）；Y0表示初始路面性能指数；t表示路龄；α、β表示标定参数。

（二）养护决策模型

《公路沥青路面养护设计规范》（JTG 5421－2018）中提出了对路面不同指标情况下的路况预防养护和修复养护。对甘肃省公路建养历史、交通总体状况、养护等级、具体养护工程及未来5年养护发展目标等因素进行综合考虑，构建适用于甘肃公路的高效化养护决策模型，如表2所示。

表2.沥青路面养护决策模型

四、甘肃省沥青路面养护决策方案

（一）甘肃省沥青路面养护现状

基于2015年～2020年的历年检测数据，甘肃省国省干线公路网中高速公路、普通国道、普通省道PQI值和PCI值的发展规律如表3、表4所示。近年高速公路的PQI值相对稳定，基本均在90以上，且路况相对更佳；普通国省道PQI值波动较大，但近两年总体呈下降趋势。近年高速公路PCI值相对稳定在88～390之间，且高速公路、普通国道、普通省道PCI值整体为上升趋势。

表3.干线公路PQI近年发展规律

表4.干线公路PCI近年发展规律

（二）甘肃省沥青路面发展趋势

根据甘肃省干线公路PQI和PCI近几年的现状数据，并利用路面养护决策指标预测模型，计算得到甘肃省干线公路未来5年沥青路面使用性能指标PQI和PCI值，详见表5、表6。

表5.干线公路PQI近5年预测值

表6.干线公路PCI近5年预测值

（三）甘肃省沥青路面养护决策方案

根据上文指标预测结果，利用沥青路面养护决策模型，计算得到甘肃省未来5年高速公路、普通国道、普通省道的养护决策方案，详见表7。

表7.甘肃省干线公路养护决策方案

五、结语

甘肃省公路发展已进入养护重要阶段，科学合理的养护决策方案对甘肃省公路养护质量的提升至关重要。因此，本文以国检体系中路面性能指标检测结果为基础数据，通过构建指标预测模型和养护决策模型，得到甘肃省未来5年的公路路面养护决策方案，可有效促进甘肃省公路长期可持续发展。