基于养护经济效益的微表处预养护时机分析

2022-08-09曹海利付丽红

公路与汽运 2022年3期

曹海利，付丽红

(1.徐州市交通规划设计研究院，江苏徐州 221006；2. 中国矿业大学，江苏徐州 221116)

预防性养护是确保路面安全、舒适运营的关键。路面预防性养护方法较多，需根据路面状况科学选择。姚玉玲等对沥青路面预防性养护时机进行研究，建立了全寿命周期沥青路面预养护时机计算方法；许德录通过分析公路运营中病害特点及相关养护技术，提出了沥青路面最佳养护时机的全寿命周期费用确定方法；王笑风基于路面性能评价指标实测数据，提出了考虑养护指标权重的养护时机决策模型。由于研究地域的差异，预防性养护研究成果参差不齐，没有形成标准化流程，缺乏系统性的衡量预期收益的相关标准，预防性养护监督及效果检验缺乏系统性的制度和方法。该文针对国道314线沥青路面，采用微表处技术进行养护前后路面状况评价，分析养护效果，从而确定最佳养护时机。

1 沥青路面性能评价指标

沥青路面性能在使用初期下降最快，随着使用时间的增加，路面使用性能持续降低，降低至某一范围时，下降速度减慢。沥青路面性能指标的评价标准如下：

(1) 车辙。国内高速公路允许的车辙深度为不大于15 mm，评价等级分为优、良、中、次、差，对应车辙深度分别为0～5 mm、5～10 mm、10～15 mm、15～20 mm、≥20 mm。

(2) 裂缝。在路面使用初期，裂缝宽度小于2 mm时，可利用封缝技术进行处治。如果裂缝宽度大于2 mm，封缝技术不再适用，应采取其他养护措施。裂缝宽度、密度分级标准分别见表1、表2。

表1 裂缝宽度分级标准

表2 裂缝密度分级标准

(3) 平整度。路面平整度评价等级分为优、良、中、差，对应路面平整度分别为0～3.42 mm、3.42～5.42 mm、5.42～6.6 mm、>6.6 mm。

(4) 抗滑性。以抗滑系数作为路面抗滑性能评价指标，分为优、良、中、次、差5个等级，对应摆值分别为≥42 BPN、37～42 BPN、32～37 BPN、27～32 BPN、≤27 BPN，横向力系数分别为≥48、40～48、33.5～40、27.5～33.5、<27.5，路面抗滑性能分别为≥90、80～90、70～80、60～70、≤60。

2 养护前后路面状况

国道314线巴州境内轮台县野云沟至拉依苏工业园区段(K551—K654)病害整治工程第二合同段全长38.56 km，路基宽度12 m，路面宽度9 m。对原沥青砼面层进行病害处理后，采用MS-3型微表处进行处治。采用综合指标，结合车辙深度、平整度、裂缝率、破损度、抗滑性能、结构强度系数，以该路段各评价指标为依据，通过回归分析建立沥青路面评价指标变化关系，并根据养护技术规范及实际经验值确定各指标在路面性能中的权重，确定预养护路面状况指数。各指标权重见表3。

表3 路面性能评价指标的权重

路面状况指数为：

PQI=0.21RD+0.22CR+0.17IRI+

0.18DR+0.114SPC+0.11SSI

(1)

2.1 养护前路面状况

该路段运营5年内评价指标值见表4。

表4 预养护前各通车年限的指标值

由表4可知：6个关键指标值均随着时间的增长逐步降低，其中破损面积指标降低幅度最大，达25.3%。按式(1)计算各年路面状况指数PQI，第1年、第2年、第3年、第4年、第5年的路面状况指数分别为91.45、90.9、86.23、82.56、77.42。

2.2 养护后路面状况

《高速公路养护质量检评方法》对路面预养护时机进行了宏观规定，路面状况指数在90之上时可不采取养护措施。根据养护前路面状况指数值，该路段运营第3年开始路面状况指数小于90，可从第3年开始进行预养护。为确定合理的预养护时机，对第3～6年采用微表处预养护措施时路面指标测试数据进行分析。

第3年采用微表处预养护后路面状况指标见表5。由表5可知：裂缝率、车辙深度、平整度、破损面积、抗滑性能在养护后3年内均得到改善，仅结构强度指标值降低，因为微表处对改善路面强度的效果很小。按式(1)计算，养护后第1年、第2年、第3年的路面状况指数分别为91.82、89.72、86.97。

表5 第3年预养护后各指标值

第4年采用微表处预养护后路面状况指标见表6。由表6可知：第4年实施预养护后，除路面结构强度指标降低外，其他指标均得到改善。按式(1)计算，养护后第1年、第2年、第3年的路面状况指数分别为91.73、89.62、87.06。

表6 第4年预养护后各指标值

第5年采用微表处预养护后路面状况指标见表7。由表7可知：第5年实施预养护后，除路面结构强度指标降低外，其他指标均得到改善，但相对于第3年、第4年实施微表处，路面指标改善程度降低。按式(1)计算，养护后第1年、第2年、第3年的路面状况指数分别为90.28、87.79、83.6。

表7 第5年预养护后各指标值

第6年采用微表处预养护后路面状况指标见表8。按式(1)计算，养护后第1年、第2年、第3年的路面状况指数分别为89.17、86.61、82.4。

表8 第6年预养护后各指标值

对各年实施微表处处治后路面状况指数进行拟合，结果见表9。

表9 不同通车年限进行预养护后路面状况指数的变化

3 养护效果及最佳养护时机分析

3.1 养护面积

对养护实施效果进行评价，除需评价路面状况指数提高程度外，还需进行养护有效面积分析。根据该路段通车第3～6年实施微表处养护时路面状况指数进行全寿命周期内有效面积计算，以7.5年为计算年限，即第3年进行微表处养护后的最短相对生命周期为7.5年。对各年路面状况指数在(0,7.5)求积分值，得通车第3年、第4年、第5年、第6年采取微表处养护后的有效面积分别为622.18 m2、623.36 m2、565.45 m2、557.65 m2。为保持各年计算的有效面积一致，第4年、第5年、第6年均采用7.5年的相对生命周期。

3.2 经济效益评价

国道314线整个线路每年投入的养护费用为5万元/km，而微表处养护成本为20万元/km。预养护费用主要考虑建设期建设费、日常养护费、养护后残余值，即总养护费用=建设费+日常养护费-养护后残余值。为分析简便，不考虑整个路段的建设费用，仅考虑养护日常费用及残余费用。养护残余值S通过路面剩余寿命与预期寿命比值来确定，按式(2)计算。以路面状况为“中”等级作为路面预期寿命值。以第3年预养护为例，路面预期寿命值见式(3)。

S=(1-y1/y2)C

(2)

式中：y1为养护施工年份与预期使用寿命的差值；y2为预期使用寿命；C为预养护实施成本。

(3)

养护年限统一为7.5年，则第3年日常养护时间为8.5年。第3年采取预养护措施时日常养护费用为5×8.5+20=62.5 万元。按式(3)计算，得x=6.9，即路面预期寿命为6.9年。按式(2)计算，第3年路面残余值为20×(1-3.9/6.9)=8.70 万元。

不同通车年限采取预养护措施时的经济效益见表10。

表10 不同年份采取预养护措施时的经济效益

3.3 最佳养护时机

各年实施预防性养护的总费用、养护面积均不同，为便于比较，采用费用效益比来评价养护效益。养护效益比为养护总费用与养护面积的比值，计算得通车第3年、第4年、第5年、第6年实施微表处的费用效益比分别为11.57、11.13、10.75、10.53。在第3年实施微表处养护的费用效益比最大，在养护面积及效果一定的情况下投入的养护资金最少，为最佳养护时机。一般路面养护费用会随着路面状况

的下降而增多，通过上述分析，结合实际路面费用使用情况，路面状况指数为“良”时采用微表处养护可获得高效益。