基于性能保证率的沥青路面就地热再生养护效果评价

邢 野

(华设设计集团股份有限公司，南京 210014)

随着我国经济的快速增长，公路建设事业发展迅速。截至2019年年底，全国公路通车里程已达到501.25万km，其中养护里程达到495.31万km，占公路通车里程的98.81%，我国公路通车里程和养护里程统计[1]如图1所示。随着高等级公路网的高速发展，养护和管理问题越来越受到重视。如何保持路网完好、提高等级公路的技术水平、降低养护成本、延长公路服役年限、让高等级公路为经济发展提供更好的服务，是当前公路养护领域需要研究的重要课题[2]。

沥青路面是我国公路路面的主要结构形式。据不完全统计，我国已建成的高等级公路路面中约80%为沥青路面[3]。在公路养护过程中，大量的废旧沥青路面材料被挖除、废弃，不仅会导致大量的资源浪费，也会对生态环境造成破坏。就地热再生技术是一种沥青再生方式，它因节约材料、施工速度快、对交通和环境影响小等优点，逐渐成为公路沥青路面养护的主要方式。

现有的养护效果评价主要包括路况评价和服役年限预测两个方面。目前，就地热再生技术在国内外的工程推广超前于相关基础性研究；我国的就地热再生技术应用时间较短，缺乏相关施工经验，施工质量控制较为复杂；而且我国就地热再生设备种类较多，沥青路面类型也较多。因此，长期跟踪调查和养护效果后评价显得尤为重要。就地热再生养护效果着重体现在两个方面：养护后路面状况和养护后路面寿命。路面性能的评价研究可以追溯到20世纪60年代，美国利用大型道路环道试验研究，提出了服务能力指数(PSI)来评价沥青路面的使用性能[4]。由于能源匮乏，日本也非常重视这一技术的研究和应用[5]。日本道路协会[6]对应用于重交通热拌再生沥青混合料路面的调查结果显示，恰当的质量控制管理可以使再生沥青与新沥青路面的路用性能无显著差异。国内，张金喜等[7]利用经验法建立了不同养护模式下的高速公路沥青路面状况指数预测模型。目前，路面服役年限方面的研究集中于沥青路面疲劳寿命预测[8]，但从实际调研结果来看，江苏省高速公路极少出现疲劳破坏情况。因此，考虑路面疲劳损坏情况的寿命计算方法并不适用于江苏省高速公路沥青路面就地热再生养护效果的评价。

综合考虑现有沥青路面性能评价和寿命预测方法，本文基于江苏省高速公路现场调研数据，提出反映就地热再生养护路面性能和服役年限的综合指标，并以宁宿徐高速公路和连徐高速公路为例，对比分析了两条高速公路就地热再生养护路段和铣刨重铺养护路段的实际养护效果。

1 现状调查

江苏省于2002年引进就地热再生技术，先后在连徐高速公路、宁宿徐高速公路、宁靖盐高速公路、宿淮盐高速公路、汾灌高速公路、京沪高速公路等高速公路养护中进行了大规模应用，已完成就地热再生工程的路段里程累计超过1 550 km。截至2019年，江苏省使用就地热再生技术养护的路段里程已超过所有养护技术累计养护里程的1/4，江苏省各养护技术累计养护里程占比如图2所示。

江苏省宁宿徐高速公路和连徐高速公路最早开始采用就地热再生技术进行养护，养护里程较长，养护年份较多。本文选用这两条高速公路就地热再生养护路段作为研究对象，并与铣刨重铺技术养护效果进行对比，综合分析就地热再生养护效果。就地热再生养护路段相关信息如表1所示。

表1 就地热再生养护路段相关信息

2 评价方法

为避免路面施工质量、气候环境条件、交通状况和养护评价决策体系等因素对评价结果造成影响，综合评价不同养护评估决策体系下养护工程的路面性能，本文提出了综合考虑路面性能和服役年限的路面使用性能保证率(R)，路面使用性能保证率计算流程如图3所示。

2.1 数据收集

从“沥青路面养护管理决策支持系统”中收集历史养护数据，包括历年养护路面信息和历年检测数据，历年养护路面信息包括养护路段桩号、养护年份、再养护路段桩号和再养护年份，历年检测数据包括路面破损率、国际平整度指数、车辙深度和横向力系数。

2.2 路面存活率

假设养护后某一使用年限内未进行再养护的路段为存活路段，则养护路段的路面存活率(Si)为

(1)

式中，li为使用年限为i年的养护路段长度，km；i为养护后路面的使用年限，年，i=1,2,…,n；dij为使用年限为i年的第j个养护路段的长度，km；rli为使用年限达到i年后再养护的路段长度，km；rdij为使用年限达到i年后再养护的第j个路段的长度，km。

2.3 路面技术状况指数

参照《公路技术状况评定标准》(JTG 5210—2018)[9]计算路面技术状况指数。路面技术状况指数包括路面损坏状况指数、路面行驶质量指数、路面车辙深度指数和路面抗滑性能指数4个分项指标。路面技术状况指数计算公式为

PQI=wPCIPCI+wRQIRQI+wRDIRDI+wSRISRI

(2)

式中，wPCI、wRQI、wRDI和wSRI分别为对应指标在PQI中所占的权重，取值依次为0.35、0.40、0.15和0.10。

路面技术状况指数分项评价指标计算和分级标准如表2所示。

表2 路面技术状况指数分项评价指标计算和分级标准 (分)

2.4 路面使用性能保证率

在实际养护工程中，为保证路面使用性能保持在较高水平，维修方往往会进行盲目、不必要的养护维修，可能会造成养护成本的增加和养护资源的浪费。过于频繁的养护维修还会导致养护路段使用年限的减少，即服役年限的下降。假设养护路段存活率Si和养护后PQI为反比例关系，结合式(1)和式(2)得到不同使用年限养护路段的Si和PQI，计算路面使用性能保证率，见式(3)。

R=Si×PQI

(3)

养护路段存活率Si的取值范围为0～100%，PQI的取值范围为0～100。因此，计算所得的路面使用性能保证率R的取值范围为0～100。在相同使用年限情况下，R的数值越大，表示养护后路面状况越好，所对应的养护技术越有效。该指标旨在利用养护路段存活率Si和养护后PQI的相关关系，通过控制养护后服役年限要求或养护后服役性能要求进行养护技术的比选。

3 路面使用性能保证率对比分析

3.1 不同路段就地热再生技术对比

选取宁宿徐高速公路和连徐高速公路对就地热再生养护路段的路面使用性能保证率进行对比，就地热再生养护路段的路面使用性能保证率对比如图4所示。

由图4可知，两条高速公路就地热再生养护路段的路面使用性能保证率均与养护后的使用年限呈线性相关，随着使用年限的增加，路面使用性能保证率逐渐降低。宁宿徐高速公路就地热再生养护路段的路面使用性能保证率拟合曲线的斜率为-8.981 2，连徐高速公路的就地热再生养护路段的路面使用性能保证率拟合曲线的斜率为-6.202 8，宁宿徐高速公路的路面使用性能保证率拟合曲线斜率的绝对值更大，这表明宁宿徐高速公路就地热再生养护路段的路面使用性能保证率随着使用年限的增加衰减得更快。这主要是因为与连徐高速公路相比，宁宿徐高速公路的交通量更大、交通累计轴载更大，加速了路面使用性能保证率的下降。因此，有必要着重跟踪调查交通量对就地热再生技术养护效果的长期影响。

3.2 就地热再生技术和铣刨重铺技术对比

对连徐高速公路的就地热再生技术和铣刨重铺技术养护路段的路面使用性能保证率进行对比，不同技术对路面使用性能保证率的影响如图5所示。

由图5可知，连徐高速公路的就地热再生养护路段的路面使用性能保证率与养护后路面使用年限呈线性相关，随着使用年限的增加，路面使用性能保证率线性降低。铣刨重铺养护路段的路面使用性能保证率与养护后的路面使用年限呈指数相关，随着使用年限的增加，路面使用性能保证率逐渐降低，下降速度逐年加快。结果表明，连徐高速公路采用两种养护技术养护后，早期铣刨重铺路段的路面使用性能保证率略高于就地热再生养护路段，但随着使用年限的增加，就地热再生养护路段的路面使用性能保证率衰减趋势不变，而铣刨重铺养护路段的路面使用性能保证率的衰减速率明显加快，仅仅不到6年就低于就地热再生养护路段。由此可见，相比铣刨重铺技术，就地热再生技术养护路段的路面性能具有更好的持久性和稳定性，更值得大规模推广使用。

4 结论

针对现有沥青路面就地热再生养护效果评价方法不足的问题，创新性地提出了路面使用性能保证率这一评价指标，该指标综合考虑养护路段使用性能和服役年限。通过对宁宿徐高速公路和连徐高速公路就地热再生技术进行养护效果分析，并对比铣刨重铺技术的养护效果，得出以下结论。

(1) 交通量和交通累计轴载对养护后路面使用性能保证率存在显著影响，因此需要进一步跟踪调查交通量和交通累计轴载对就地热再生技术养护效果的长期影响。

(2) 从长期(一般大于6年)来看，相比铣刨重铺技术，就地热再生技术养护路段的路面性能耐久性更好，更值得大规模推广使用。

(3) 就地热再生技术在养护路段性能恢复方面取得了显著的技术效益。当然，该项技术还需要长期跟踪调查，以验证其实际养护效果和经济效益。