四川省沥青路面管理系统的研究与应用.docx

四川省沥青路面管理系统的研究与应用摘要本文介绍了四川省沥青路面管理系统的研究和应用，重点阐述路面评价模型参数建立，提出了四川省沥青路面养护管理的技术思路。关键词路面管理系统 评价 预测随着四川省高等级公路建设的迅速发展，传统的路面养护管理已不适于高等级公路路面。1989年四川省与世界银行签订新建成渝高速公路贷款协议。世界银行要求在修建成渝公路的同时，初步建成四川省的路面管理系统。1991年至1992年，四川省通过世界银行引进了英国、美国、加拿大、巴西等国的路面管理技术，结合省情开始研究路面管理系统。1992年至1995年，又在学习交通部“干线公路沥青路面管理系统(CPMS)”的基础上，初步建成四川省沥青路面管理系统，连续三年在大件公路管理处，成都、乐山、内江、雅安、凉山、攀枝花、绵阳、遂宁、广元、德阳、甘孜、泸州、阿坝等单位和市、地、州应用。1四川省沥青路面管理系统概况四川省沥青路面管理系统采取项目级和路网级有机结合，决策分析模型以项目决策系统为主，重点放在年度养护计划的制定和分析。同时根据相同的数据进行中、长期路面养护规划的分析(路网级)，以便因应路况变化的可能趋势考虑未来的养护策略。系统的组成编码管理对所辖路网内与路面管理有关的相对稳定数据进行建库编码管理。四川省沥青路面系统有9类编码，即路线编码、政区编码、管养单位界编码、区间编码、路段编码、面层结构编码、连接层结构编码、基层结构编码、底层结构编码。为使国、省公路里程桩成为每条公路定位的准绳，将全省路网划分为：路线、区间、路段。区间的划分：以交通量突变处，县界、地区界、管养单位界为划分点。路段的划分一般是等长度，除特殊情况外，以1km为一路段。路面的各种评价指标均以路段为基本单位。数据库管理系统的基本数据库包括交通量数据库、路面病害数据库、平整度数据库、路面弯沉数据库、路面抗滑数据库、路面处治历史数据库、宏观数据库、综合数据库、模型参数数据库。交通量数据为区间交通量，以交通量观测站观测的数据为准。对于个别没有交通观测的区间，则采用现场抽样调查和确定交叉口分流系数，计算区间交通量。路面病害、平整度、弯沉、抗滑数据均为现场采集的原始数据。路面病害数据通过路面病害数据处理系统进入系统路面病害库。综合数据是将系统处理或计算后的数据，按柔性路面设计规范通过计算机算出。数据采集(1)路面质量数据采集可用一般或自动检测设备，见表1。表1采件指标一般检测设备自动检测设备路面损坏(病害)直 尺病害数据采集仪路面摄像车平整度三 米 直 尺车载式颠簸累计仪，加拿大PT-300测量车强度(弯沉)贝克曼梁弯沉仪自动弯沉仪、加拿大Dynaflect测量车抗滑摆式磨擦系数测定仪横向力系数仪(2)系统建立初期对所管辖路网进行一次完整的路况数据采集，以后再定期重复进行，见表2 表2采件指标采集时限采集季节路面损坏1年46月平整度12年910月强度(弯沉)12年910月抗滑2年春、秋季节系统模型的建立建立系统模型包括路面破损评价模型、路面行驶质量评价模型、路面强度(结构)评价模型、路面安全性能评价模型、路面状况综合评价模型、预测模型、决策模型等。路面破损评价模型采用路面综合破损率(DR)和路面状况指数(PCI)作为路面破损评价指标。路面破损率为路面发生的各种破损加权折算的严重破损百分率。DR=ADAO其中：AD：为评价路段的综合破损面积(m2)。AO：该路段总面积(m2)。Dij：为第i类损坏，第j类严重程度的实际破损面积。Kij：为第i类损坏，第j类严重程度的换算系数，可在表3查得。路面破损换算系数表3类 型龟 裂网 裂纵 裂横 裂坑 槽换算系数轻 中 重轻 重 轻 重 轻 重 轻 重 类 型沉 陷车 撤波 浪拥 包松 散泛油修补换算系数轻 重 轻 重 轻 重 轻 重轻 重路况指数(PCI)，与破损率(DR)关系为：路面强度(结构)评价模型 采用路面强度(结构)评价模型强度系数(SI)，由下式确定：SI=LrLcLr路面在当前交通量下的容许弯沉，按柔性路面设计规范计算。Le路面的实际弯沉。路面行驶质量评价模型(RQI)平整度是衡量路面行驶质量的重要指标，采用检测设备测定的值都需换算为国际平整度(IRI)。推荐的平整度关系模型为RQI=IRI其中：IRI是采用颠簸累积仪测定值换算。路面安全性能评价模型(SR)路面抗滑能力是安全性能评价的主要指标，用SR表示，以摩擦系数或横向力系数代表路面抗滑性能。路面状况综合评价模型(PQI)路面状况综合评价模型(PQI)为路面质量指数，关系式为：PQI=+路面质量评价标准路面质量评价标准涉及PCI、RQI、SI、SR、PQI，结合四川省过去沥青路面质量等级的划分特点，提出分级标准，列于表4。表4评价标准评价等级SIPCIRQISRPQI优8585良70857085中55705570次4055084055差4040预测模型预测是决策的前提，是制定中长期路面养护计划的基础。四川省沥青路面管理系统预测模型包括网级预测和项目级预测。(1)网级预测网级预测模型包括RQI和PCI预测模型，采用回归分析，按不同交通量以路面使用时间为自变量建立S曲线模型。表5列出不同路面使用周期及其相应的PCI、RQI初始值。表5路面类型编码路摸类型使誉周期PCI初始值RQI初始值1表处5842上拌下贯6893沥青混凝土10964表处+补强6885上拌下贯+补强8946沥青混凝土+补强1198(2)项目级预测项目级预测是对路面行驶质量指数RQI进行预测，选用S曲线模型。不同路面使用周期及其相应的RQI初始值见表6。表6路面类型编码路面类型使用周期RQI初始值B稀浆封层4年C表处5年D上拌下贯8年E沥青混凝土8年F表处+补强10年G上拌下贯+补强12年H沥青混凝土+补强12年决策模型决策模型包括网级决策模型和项目级决策模型：(1)网级决策模型网级决策模型是对整个或部份路网的宏观决策模型，据以制定公路养护政策，分析路网养护需求，制定投资优化方案。模型主要考虑的因素有道路等级，交通量、路面行驶质量指数RQI、路况指数PCI、强度指数SI。不同交通量有不同的预测模型。在决策过程中，系统将各预测年度的RQI、PCI预测值与处治标准进行比较，确定是否需要处治。然后再考虑强度SI，决定采用何种处治措施。表7、表8分别列出处治标准及处治措施决策树。护计划管理处治标准表7项目一、二级路标准三、四级路标准RQIPCISI(2)项目级决策项目级决策模型是将路况各评价指标分级之后，按路面结构、交通量、强度系数，路况指数和路面行驶质量指数依次建立的决策模型。结合四川沥青路面现状，适于四川沥青路面处治的决策模型如表9。决策模型的处治措施编码，见表10。处治措施得出后，利用系统的优先排序模型PI=OPiFi对处治路段优先排序。优先排序模型如表11。网级决策树表8一二级路三四级路RQIPCISISIRQIPCISISI7000600070501，7，04，7，060401，7，07，0501，74，7407，17，47000600，10，470501，3，04，060407，17，45034，6401，24，5701，34，0600，10，470503，14，660401，24，55036401，24，5701，34，6601，24，570503，16，460402，14，550364026处治措施编码表10处治措施项目级处治编码网级处治编码处 治 措 施项目级处治编码网级处治编码日常养护A0沥青混凝土E3稀浆封层B7表处+补强F4表处C1上拌下贯+补强G5上拌下贯D2沥青混凝土+补强H6优先排序模型取值表表11Fi道路等级SIPCIRQIAADT100一：1001000090100二：100030038000100008090三：90305034600080006080四：8050704640006000406070806820004000204080908910002000209091000OPi模型PI=OPiPi注：AADT年平均日交通量；OPi各排序指标的权值；Fi权重系数。决策模型 表9技术等级：一、二级SI分类1，2PCI分类1，234，5RQI分类1，234，51，234，51，234，5处治措施重交通AA，CC，EAA，CEBC，EE中交通AA，CDAA，CEBC，EE轻交通AACAAEBCESI分类3，4PCI分类1，234，5RQI分类1，234，51，234，51，234，5处治措施重交通AA，EFAA，FHBFH中交通AAFAA，FFBFH轻交通AAFAA，FFBFH技术等级：三、四级SI分类1，2，3CI类4，5252451，234，5处治措施重交通AAA，CAA，BCBB，CC中交通AAAAACBB，CC轻交通AAAAACBB，CCSI分类4PCI分类1，234，51234，51，234，51，234，5处治措施重交通AAEAAEBC，BF中交通AAEAAEBBF轻交通AAEAAEBBF2系统试运行结果分析对现有路面状况评价系统对现有路面状况评价主要依据路况指数(病害)、路面行驶质量指数(平整度)、路面强度系数(弯沉)、抗滑系数四大指标。自1992年在全省试点以来，曾对系统运行结果进行分析、评价，提出试点路段养护计划建议方案。1994年试点路段数据结果为：(1)路况指标(PCI)评定里程3640km，其中：优等路791km，占%；良等路1327km，占%；中等路824km，占%；次等路429km，占%；差等路206km，占。%(2)路面行驶质量指数(RQI)评定里程3466km，其中：优等路，占%；良等路，占%；中等路597km，占%；次等路1500km，占%；差等路，占%。(3)强度系数(SI)评定里程3586km，其中：优等路，占%；良等路，占%；中等路，占%；差等路2220km，占%。对试点路段结果分析各地区试点路段沥青路面状况汇总于表12。表12地区各指标平均值地区各指标平均值PQIPICRQISISRPICRQISISR内江未测量广元大件路凉山攀枝花未测量德阳雅安乐山绵阳甘孜成都泸州遂宁省平均从表12数字表明：试点路段沥青路面综合评价指标(PQI=61)达到中级，沥青路面养护指标(PCI=70)达到良级，路面小修和养护基本符合部颁标准要求。然而，路面强度指标(SI=)和路面行驶质量指数(RQI=)均不如人意，71%的路面平整度不好，61%的路面强度极差，合格率较低，主要原因是：路面现时强度(弯沉)与现有交通量所需的强度差距太大。如按现有交通量计算，路面基层应予补强，路面面层所需沥青混凝土厚度应在4cm以上，而现有路面结构却是手摆片石+2cm沥青表处。据对13个地区路面弯沉数据分析，尽管有一些路段近两年才进行了大中修，但路面强度仍不合格，原因是受每公里造价限制，未按柔性路面规范设计要求实施，也有些路面破损严重，但路面基层强度好，只需少量投资中修罩面即可处治；但是往往重视不够，以致路面基层严重破坏，社会反响很大后，才投入高于罩面几倍的经费整治。因此，要使四川现有沥青路面良性循环，一方面需投入大量资金进行路面大修，另一方面还应加强路面养护管理。四川省沥青路面管理系统的研究与应用，已取得实际应用成果。可以预期，四川省沥青路面养护管理系统的研究与应用，必将对全省路面的养护管理现代化、科学化起着积极的推动作用。