高速公路路面预防性养护科学规划决策及评估--中国期刊网

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高速公路路面预防性养护科学规划决策及评估

发表时间：2020/11/10 来源：《基层建设》2020年第21期作者：曹以虎

[导读] 摘要：近年来在高度城市化的推动下，珠三角地区公路呈现市政化、人们短距出行的需求日益增加，沥青路面的品质低、服务水平差、行驶体验不佳等矛盾问题也不断呈现，给社会安全和环境方面造成消极影响，结合大数据技术分析，通过“预防为止、防治结合、科学决策”的路面维养方针，引入全新的检测技术沥青路面预防性养护技术是提升路面行车需求的有效手段，同时也一定程度上促进社会效益和经济效益。

        京珠高速公路广珠段有限公司广东中山 528400
        摘要：近年来在高度城市化的推动下，珠三角地区公路呈现市政化、人们短距出行的需求日益增加，沥青路面的品质低、服务水平差、行驶体验不佳等矛盾问题也不断呈现，给社会安全和环境方面造成消极影响，结合大数据技术分析，通过“预防为止、防治结合、科学决策”的路面维养方针，引入全新的检测技术沥青路面预防性养护技术是提升路面行车需求的有效手段，同时也一定程度上促进社会效益和经济效益。本文结合工程实例以及笔者多年的工作经验，对预防性养护规划与科学决策的适用范围、技术优势、应用后效果分析等进行系统研究和阐述。
        关键词：高速公路；沥青路面；预防性养护规划；大数据科学决策
        沥青路面作为行业服务窗口和形象窗口中的重要组成部分，其品质及维修养护将对社会效益产生重大的促进作用。避免频繁的大体量的沥青路面维修工程已是当前的必然选择，可极大的降低社会安全风险和环境污染风险。珠三角地区高速公路早期典型结构为4cmAK-16A沥青混凝土+5-6cmAC-20沥青混凝土+6-8cmAC-25沥青混凝土，软基分布广泛，路面整体结构相对偏弱。通车年限超过10年的路段比例超过80%，其中广澳高速公路和广深高速公路部分路段通车年限超过20年。使用年限较久，且早期采用的AK材料性能较差，沥青路面多项指标衰减老化严重，需采取预防性养护措施恢复路面表面功能。
        公司一直坚持“预防为止、防治结合、科学决策”的路面维养方针，依托大数据分析，引入全新的检测技术，如采用三维探地雷达深度感知系统探测路面内部病害，构建珠三角地区路面性能灰色预测模型，提出了针对性强、综合经济效益最佳的养护科学决策体系。在沥青路面预防养护方面，采取了包括含砂雾封层、微表处、超级微表、NovaChip等基础性的方案，和包括薄层排水磨耗层、高粘超薄磨耗层等的品质提升型方案。此外，公司还创新性的引入第三方养护施工技术咨询单位，运用大数据方法，为养护施工质量提供科学的过程管理经验。公司开展管养路段的路面预防性养护，提升了养护施工质量管理水平，提高了路段路面性能综合指数PQI。
        一、预防性养护规划与科学决策
        沥青路面还面临高温多雨气候环境的挑战，沥青路面较易发生裂缝、车辙、坑槽及松散等病害，为了维持沥青路面的性能水平长期处在优良水平，在路面结构良好或病害发生的初期，开展路面预防性养护是路面养护中验证有效的方法。例如，在广澳高速采用了Novachip、高韧脂密嵌SMA-10、高粘超薄磨耗层等。传统养护模式存在两个方面的问题，一是公路设施出现病害后，对其服务功能的影响，导致了社会使用成本的增加；二是错失了公路设施在病害刚出现时可能通过适当处治措施防止或延缓病害发生、发展的时机。

预防性养护概念
长期以来，建设公司开展了系统性的管养路段路面技术状况数据的检测、收集、整理工作，并构建了连续5年以上的数据库，包括路面技术状况、断面交通量及路面历史养护信息等。依托大数据分析的方法，建立具有珠三角地区特点的灰色预测模型预测沥青路面和桥面的技术性能特征指标数据，结合养护性能指标阈值，确定路面和桥面的养护时机。综合路面和桥面技术状况指标分析和三维探地雷达检测结果，针对路面和桥面具体段落，选择适宜的养护方案。

                        科学决策技术体系框架
        1）基于大数据的路面技术性能沿线分布色图
        依据历年路面技术状况大数据，对路面损坏状况指数PCI（及其细分的纵横裂缝、坑槽等病害）、路面行驶质量指数RQI、路面车辙深度指数RDI、路面结构强度指数PSSI和路面抗滑性能指数SRI等性能指标的数据进行筛选和整理，形成不同年份路面技术性能沿线分布色图。根据路段历年的色阶变化，对性能指标衰减过快或异常变化路段进行定位，并初步判定其对应的技术状况及其养护需求水平，为路段划分、路面性能状况和针对性修复方案提供技术依据。

                       路面技术性能沿线分布色图
        2）三维探地雷达深度感知系统对路面病害追根溯源
        公司敢于创新，率先采用三维探地雷达深度感知系统探测路面内部病害，一方面针对路面特征病害高发路段（车辙、坑槽、麻面、纵横裂缝、桥头沉陷），掌握路面结构内部病害情况，如脱空与含水量异常区域等，以分析路面表面产生相关病害的根本性原因；另一方面，检测路面表面状况较好路段，查找路面结构内部潜在的损伤（开裂）、层间脱空和含水量异常区域，确认路面结构内部早期病害情况，为路面病害处治和修复提供定性的基础数据。
        采用灰色系统理论和概率分布函数等方法，建立包含PCI、RQI、RDI、SRI、SFC、IRI、CR和RD在内的各项路面使用性能的衰减模型，了解沥青路面使用性能和病害特征量在下一时刻的特征值，为未来中长期或长期的养护或预防性养护方案的确定提供技术支持，在广澳高速公路路面预防性养护方案制定方面应用良好。

        三维探地雷达深度感知系统及病害识别
        3）针对性强、经济效益最佳的养护措施决策
        沥青路面的损坏有多种表现形式，选择预防性养护措施，不仅要考虑待选择的措施是否适合于损坏模式，还需考虑待选方案对项目中其他性能指标的影响。预防性养护措施对不同路况指标的影响具有矛盾性。例如，含砂雾封层在广深高速公路和广澳高速公路的应用，成功解决了路面老化、轻度磨耗及松散等问题，NovaChip提高了路面行驶舒适性、降低噪音，但其2cm厚度相对偏厚，在桥面上使用时需要考虑桥梁恒载影响。选择预防性养护措施，需要掌握不同的路况指标和不同的预防性养护措施性能之间的属性关系，使选择的养护方案具有较强的技术针对性。同时，方案的选择还应该考虑其经济效益，根据路段的养护投资状况和路段交通量状况，分析养护方式的费用效益比，确定同时满足技术针对性强和经济效益最佳的方案。
        二、基于科学决策体系的路面预防性养护实践
        路面预防性养护主要分为基础性预防性养护和品质提升性预防性养护。基础性预防性养护包括雾封层、微表处、超级微表、NovaChip，品质提升性预防性养护包括薄层排水磨耗层、静音型超薄磨耗层。
        2.1 NovaChip
        NovaChip为开级配排水型沥青混合料，断级配，孔隙率在12%~18%之间，铺装厚度为2cm。NovaChip使用专用设备进行施工，改性乳化沥青和混合料同步喷洒摊铺，表面温度小于50℃即可开放交通通。预防病害效果很显著，封水渗水性能好，施工便利，大交通量时更能体现它的优势。NovaChip适用于原路面结构性能良好，没有结构性损坏的路段，不能提高原路面结构承载能力，施工前必须认真修复原路面裂缝、坑槽、修补损坏等破坏，对于厚度大于1.5cm的车辙应预先填充。
        NovaChip使用寿命超过10年。2019年，NovaChip在广澳高速使用超过10万平方米。

        Novachip整体外观                      纵向接缝对接平顺
        2.2静音型超薄磨耗层
        静音型超薄磨耗层是一种实施厚度为1.0~1.5cm的超薄路面专用特种改性沥青加铺结构层，以其专有的专用特种改性沥青（粘层油）作为粘结层材料。静音型超薄磨耗层适用于沥青路面、水泥桥面、水泥隧道等各种路面结构，要求路面结构强度足够、表面状况尚好。
        静音型超薄磨耗抗渗水、修复微裂缝，修复表面老化松散，大大提高了路面抗滑性能，噪音较小；抗滑性好，抗滑耐久性强；独创静音型混合料OGFC6结构设计，高回弹、柔性好、噪音低；节约材料，降低建设成本，节能环保；施工效率高，双机组1天（8h）可摊铺面积约60000平方米。但是路面平整度水平相对较低时，如IRI>2.3，超薄磨耗层对于平整度水平的提高可能帮助不大。静音型超薄磨耗使用寿命在5年以上。在2019年，使用于广澳高速路面养护。

                                加铺后的效果
        三、结语
        沥青路面预防性养护措施的实施，延缓了沥青路面性能的衰变，使沥青路面各项性能长期处于优良以上的水平，减少了沥青路面运营过程中的养护资金投入，大大减少了沥青路面养护的全寿命周期成本，真正实现了沥青路面资产保值、增值的。对于原路面结构强度较好的路基段路面和桥面，应用合适的预防性养护措施在合适的时机，可确保沥青路面大修时机显著延缓，原路面结构和路面材料得到保护，使用一定时间后完全可以通过更换新的合适的沥青路面预防性养护方案达到恢复和提升路面性能的效果，实现减少甚至完全避免沥青路面结构性大修的出现，一定程度上实现路面的长寿命。
        参考文献：
        [1]沥青路面预防性养护技术应用研究[J].陈馨. 居舍.2020（01）
        [2]基于多指标评价的沥青路面预防性养护决策时机研究[J].王波. 黑龙江交通科技.2019（12）
        [3]高速公路沥青路面预防性养护措施优选研究[J].贾开伟. 河南科技.2019（25）