路面工程病害维修还原换算的养护决策探讨

李慎平

（山西省寿阳公路管理段,山西 晋中 045400）

0 引言

随着运营年限的增加，公路工程路面产生诸多质量病害，使用性能显著降低，严重影响车辆运行安全，缩短道路运营年限，急需开展路面病害修补养护。现阶段，常见的路面养护形式主要包括日常养护、小修保养、修复性养护等，各种养护形式所对应的病害处理范围各不相同。工程实践中如何根据道路实际情况，选择科学有效的养护方案，保证道路整体养护质量，已成为公路工程养护管理中面临的主要难题。目前，关于模型预测方法确定道路养护方案的研究较多，而对于按照路面技术状况选取养护方案的研究相对较少。为此，该文依托实际工程案例，系统探究了路面工程病害维修还原换算的养护决策方法，对提高养护决策水平、保证道路养护质量，具有重要意义。

1 湖南省公路现状调查与分析

近年来，公路交通逐步从建设阶段向养护阶段转型，公路养护已成为道路运营管理中最重要的环节。实际养护工作中，如何选择科学有效的养护方案，提高养护效果，控制病害发展，提升道路使用性能，保证车辆安全稳定运营，是公路养护的关键所在[1]。

科学有效的养护方案不仅能防止公路病害进一步发展，延长道路运营年限，且能显著提升养护评价等级[2]。而工程实践中采用小修保养进行养护，极易出现与“中等路中修、次差路大修”原则不相匹配的情况，因此，基于养护计划及养护决策，采取公路病害全部还原的方式实施养护，即将已修复病害还原为未修复病害，并按照相同准则选择养护方案，如此不仅能有效调动管养部门养护积极性，还能确保养护方案的合理性、有效性[3]。湖南省国省道公路数量庞大，交通任务极为繁重，是今后公路养护的重点项目。

2 公路养护决策研究

现阶段，公路工程养护管理过程中，省级行业管理部门每年均会对公路路面技术状况实施检测，按照实际检测数据实施养护评级及决策。

2.1 养护标准

养护标准主要是对公路路面技术状况作出的限定，若路面技术状况检测结果高于限定值，便需要进行养护处理，以维持或改善道路路用性能。建立养护标准主要为道路是否需要进行养护提供判定依据，确保养护决策的科学性、合理性。在进行养护标准建立时，应全面结合公路技术标准、经济情况及相关政策等[4]。养护标准的确定直接决定公路养护时机，并对养护需求具有重要影响，具体情况如图1 所示。

图1 路面养护标准对养护需求的影响

依据现行《公路路面技术状况评价标准》及《沥青路面养护技术规程》，建立满足普通公路需要的养护标准[5]。当公路路面强度达不到标准要求时，需实施大修处理；当路面强度符合标准要求时，应根据道路实际运行情况对路用性能实施评价，并采取中修或预防性养护处理，路段养护类型及措施的决策方案如图2 所示。

图2 路段养护类型及措施的决策

2.2 修补病害换算原则

根据现行《公路路面技术状况评价标准》，一般国省道（低于二级）公路路面技术状况评价指标IPQI表达式为：

式（1）中，式IPCI按下式计算：

式中，RDR——路面损坏率；α0、α1——系数；i——道路破损形式；i0——破损形式数量；ωi——第i类破损换算系数；Ai——第i类破损总面积（m2）；A——路面调查总面积（m2）。

当沥青路面块状、条状破损面积一定时，采用上述公式求损坏率RDR，应将系数α0、α1同时扩大10 倍。而当水泥路面块状破损面积一定时，RDR计算方式与沥青路面相同；但对于水泥路面条状破损修复，因其还原前后面积增大5 倍，因此，在进行RDR计算时，需将系数扩大50 倍，详细数据如表1 所示。

表1 修补还原前后路面损坏换算系数

2.3 换算对评定结果的影响

按照以上病害维修换算原则，选取湖南省某国省道为研究对象，对病害修复还原换后的路面技术状况计算结果与原始路面技术状况评价结果实施比较，具体情况如表2 所示。

表2 病害还原后路况计算结果与原路况评定结果的比较

从表2 可知：根据标准评价方式，求得路面技术状况评价指标IPQI≈90，采取还原换算处理后，IPQI、IPCI略有下降，降幅依次为3.91、6.21；道路优良率降低12.70%，中、次等路段分别增加9.80%、2.70%。表明该公路病害修复率相对较高，养护需求较大。

路面病害还原换算前后道路养护需求计算数据如表3 所示。

表3 病害还原换算前后湖南省路况需求测算结果对比

从表3 可知：①采用标准评价方法得到的中、次等路段较少，估算养护需求资金较少。②采用病害还原换算评价法等到的中、次等路段相对较多，原评价中大多数良等路段转变为中等路段，中等路段转变为此等路段，估算养护需求资金显著增大，相较于病害还原换算前，养护费用增幅高达166.13%。因此在进行养护决策时，管养部门可根据病害修补还原换算后的测算结果科学制定养护计划。

3 病害修补还原换算对于养护决策的作用

3.1 有效解决养护考核与养护计划安排的矛盾

路况评价能准确有效地反应道路质量状况及养护效果。根据年度道路质量状况评价结果对养护效果实施考评，能有效防止弃养待修现象，保证养护工作有序开展，显著提升道路质量[6]。但道路养护实践中，仅仅依据路况评价结果进行养护决策存在较大局限，具体表现在以下两个方面：①养护费用主要取决于中等、次等及差等道路里程长度，养护考核评级越高，道路优良率越高，中等、次等及差等道路里程越短，所需养护费用越少。由此可见，加强道路日常养护及小修保养，能有效降低养护费用。②采用小修保养处理后，路面质量状况显著提升，一些达到大修标准的路段由于路况评价结果为优级、良级，导致无法申请大中修养护。利用路面病害修补还原换算，对各路段病害实施统一处理，根据病害还原计算结果科学制定养护计划，并合理分配养护资金，能显著提升养护决策的合理性，保证道路养护效果[7]。

3.2 更加科学地指导养护决策

路面病害修补还原换算后，管养部门在进行养护决策时，能够充分结合道路实际质量状况，采取科学有效的养护方案，提高路面养护质量，降低养护成本。后期若需进行精细化养护管理，应根据病害修复还原换算后技术状况评价为中等（IPQI≤83）的路段实施强度检测，从而结合路面强度检测结果采取更加完善的养护措施。病害修补还原换算路面技术状况测算结果更加符合道路实际情况，能够更加有效地指导道路养护决策[8]。

3.3 更加合理地测算养护需求

按照现有路况评价方法，采用科学的病害修复手段可显著提高道路技术状况，若及时进行小修保养，能使部分路况接近临界状态的路段质量状况提高一级，比如部分中等路况路段采取灌缝处理后，质量状况达到良级水平，部分良级路段采取小修保养处理后，直接进入优级水平[9]。若在小修保养后进行路况评定，其评价结果将优于实际路况，中等、次等及差等道路里程相对较小，此时根据中等、次等及差等标准计算的养护资金需求相对较少。一般情况下，道路养护计划制定完成至具体实施，中间持续时间较长，在此期间，局部小修保养路段路况会产生下降。所以，病害修复还原换算养护评价结果更加切合道路实际养护需求[10]。

3.4 更有利于推行预防性养护方法

病害修补还原换算更有利于掌控构件各项性能，从而在结构性能完整的条件下，及时采取预防性养护措施。

（1）合理确定养护时机：合理确定养护时机，适时进行预防性养护，能有效提升道路使用性能，降低养护成本。确定预防性养护时机需坚持如下原则：①预防性养护必须在道路结构完整的状况下进行。该养护措施是对道路表面进行的修复处理，无法提升道路承载性能，因此必须在结构破坏前进行。②预防性养护时机确定应坚持经济性原则。合理确定预防性养护时机能显著降低养护成本，提高养护质量[11]。

（2）养护时机选择方法：由于预防性养护是在路面结构相对完整条件下进行的，明显增大养护时机选择难度。目前，对于预防性养护时机选择的方法相对较少，最为常用的方式为路面修复养护。而生命周期评价法是根据具体计算确定最佳养护方案，并最大限度保证养护效果，既有效体现了预防性养护的可行性，又实现了养护效益的最大化。生命周期评价法能充分彰显预防性养护的经济性，养护成本可根据路面实际情况进行预算，该方法是当前养护时机选择的最佳方式。基于风险评价理论，建立科学有效的预防性养护方法，具体如图3 所示。

图3 预防性养护方法

4 基于病害修补还原换算数据实现智能预防性养护

病害修补还原换算更有利于掌握各服役路面的质量性能，基于建筑物基本信息、公路路面信息、沿线交通安全设施信息，而及时采取维修养护方案。“智行”与“智感”是当前试点阶段，智慧高速公路建设的重要特点，通过在不同层次、不同部位、不同结构体埋置传感器，采集路面状况信息，并对其进行智能检测与反馈，实现对道路交通的安全保障。对结冰的道路、隧道、涵洞，对桥梁、易发生团雾和大填方开挖的特殊路段，进行实时监测，以便对车辆种类、速度和流量进行精确掌握；轮胎压力等数据通过智能检测设备，实现数据的提取和共享，并共同参与到高速公路的养护大数据中。智慧公路是利用大数据技术，将建筑物基本信息、公路路面信息、沿线交通安全设施信息和地面摩擦力信息相结合，并通过对曲线半径等信息的融合，结合机器学习，实现自动决策，从而达到智能控制、智能化决策的目的[12]。

已有省市试图利用大数据技术，在高速公路养护过程中构建道路模型，并将其与设计模型进行比较，从而对道路状况进行精确地评价；通过对可能发生的病害进行科学预报，从而精确地实施预防性养护措施。同时，以大数据技术为基础，进行道路模型的设计，实现了路基路面、隧道、涵洞的精细化管理，通过对桥梁及其他各种情况下的行车状况进行评价，获得精确的技术参数，并通过可视化技术获得运营状况参数。人工智能技术的运用，提升了装备的智能化程度，新的可辨识模组运用，提升了模式的自动化程度，使得高速公路的全方位监控变成了可能，该文也对智能高速公路的预防性维护方案的优选，具有一定的借鉴意义。

随着物联网、AI 和5G 技术的快速发展，预防性养护技术将朝着产业内部大数据集合和数据共享的方向发展，并伴随着数据处理方式的革新，最终达到智能物联的目的。人对新事物的好奇心，推动了智慧物联网技术的快速发展。比如，手机操控电灯、办公室智能化空调、户外预定自动蒸饭等，都属于智慧物联网技术的具体应用。但是，以上这些场景还没有达到物联网的最高水平。将物联网技术运用到高速公路预防性养护管理中，以智慧高速公路体系为基础，展开互联互通，实现数据自动化检测、采集、跟踪，以减少操作费用，提高工作效率。

5 结论

综上所述，随着公路运营年限的增加，公路养护压力不断增大，养护资金投入越来越大，实际养护工作中逐渐暴露出养护投资效益低下等问题，影响公路养护的综合效益，因此积极优化养护决策方法尤为重要。为此，该文结合湖南省某国省道实际情况，采取路面病害修补还原换算方式对路面技术状况实施计算，从而确定道路最佳养护计划及资金需求，有效解决养护考核与养护计划安排的矛盾，显著提升养护决策的科学性、合理性，降低养护成本，保证养护质量，使路面达到最佳使用效果，实现了养护效益的最大化，充分验证了病害修补还原换算养护决策方法的可行性。