浙江普通国省道典型路面结构衰变规律及养护技术应用

2022-08-03刘源姝

中国公路 2022年11期

刘源姝

（温州华晟道路桥梁设计研究有限公司，浙江温州 325000）

一、模型思路分析

20世纪中叶即产生了针对路面结构性能衰变规律的预测性研究，尤其是针对公路长期服役性能衰变的研究逐渐成为热点，也为新兴路面的设计施工提供了诸多助力。

现有研究中的路面结构性能衰变规律预测模型主要包含概率型及确定型两种思路：概率型模型的主要思路是预估公路结构现状分布，体现路用性能衰变的非固定性，包括剩余寿命预估方程及相对较为完善的马尔科夫预估数学模型等[1-2]；确定型模型的主要思路则是基于力学验算和养护经验得到的某种数学表达预估方案，对路面结构衰变相关的某一参数进行预估，继而得到特定条件下数学模型对应的参数计算结果，常见的包括经验法、力学计算法及经验计算综合方法三类。

上述两种思路均有着各自的优缺点，在公路资料齐全程度和应用范围的局限下很难实现直接移植使用，须对其进行针对性的模型标定，方可实现区域性应用的目标。

模型建立后可通过长短期结合的评价方案对相关路面结构技术指标进行评价，如图1所示。通过预防性及大中修养护方案的实施，评价相关技术指标的提升程度，并分析后续一定服役时限范围内的指标衰减趋势。

图1 相关技术指标变化评价图

二、结构衰变规律分析

国省道路面在长期的服役过程中，不断受到外界自然环境和车辆荷载的作用，其技术指标将逐渐产生衰变，当衰变至某一阈值，需要通过一定的养护技术手段来恢复其性能，以实现公路安全营运。在调研国省道各项技术指标之后，对路面结构衰变规律进行深入探究和总结有助于制定科学有效的路面养护方案，持续保障路面的使用性能。

（一）典型路面结构分析

本文调查研究了浙江省温州市辖区内的两条国道（国道104线、国道322线）及两条省道（省道232线、省道230线）共计457km路面结构类型的相关数据。对调查的国省道路面结构类型进行了划分与统计，结果如表1所示。

表1 路面结构类型划分统计结果

其中，国道104线的路面结构类型最为常见，其里程占比高达40.92%；国道322线的路面结构类型里程达到23.19%，二者之和占据半数以上路面结构形式。根据上述统计结果，选取国道104线和国道322线的路面结构分别作为代表性路面结构形式展开衰变规律分析。

（二）建模思路

通过数学预估分析模型，建立国省道路面技术指标和影响变量间的相关关系模型。常见的数学模型往往追求较高的拟合优度，但拟合优度越高并不意味着预估精准度越高。因此，本文在建模预估分析过程中主要采取分析和标定相结合的方法。其中，分析过程是结合经验及专业理论，选择合理的数学预估分析模型，而标定过程则是根据已有的路面技术指标，对选取的数学预估分析模型进行标定及完善的过程。

（三）指标分析与模型建立

本文分析了普通国省道的PQI、PCI、RQI及RDI等指标参数，并以PQI作为主要依托参数。结合往期养护案例检测数据库和多种试算方案，最终确定基于三折线和二阶多项式数学模型，分别建立依托国道104线和国道322线的路面结构衰变预估模型。为实现精准预估，依据AADT分别以3000pcu/d和10000pcu/d为节点将交通等级划分为轻、中、重交通。

三折线数学预估分析模型的基本原理是采用最小二乘法进行三段拟合，国道104线路面结构拟合结果如图2所示；国道322线路面结构的二阶多项式数学预估分析模型拟合结果如图3所示。

图2 三折线数学预估分析模型图

图3 二阶多项式数学预估分析模型图

三、工程应用实例

在完成路面结构衰变规律分析后，可利用上述模型对已有路面进行预估并设计专项养护方案。本文依托省道232线水霞段路面中修施工设计工程，在PCI调研的基础上，分别应用上述两类预估模型，最终确定其中两段达到养护阈值，须进行大中修养护。这两段分别为k0+000～k47+494段和k47+494～k48+545段。结合沥青路面挖坑检测、沥青路面取芯检测、弯沉检测、路面平整度检测及现状调查，分别确定按照加铺5cm厚AC-13C沥青混凝土罩面、加铺沥青黏层+6cm厚AC-20C沥青混凝土+沥青黏层+4cm厚AC-13C沥青混凝土的方案进行处治。