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(山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030006)

引言

截至“十一五”末，我國(guó)公路網(wǎng)總里程已達(dá)到398.4萬(wàn)km，位居世界前列，但公路質(zhì)量特別是路面破壞問(wèn)題一直備受關(guān)注。從我國(guó)高等級(jí)公路(二級(jí)以上)建設(shè)情況來(lái)看，主要采用了瀝青路面，瀝青路面作為一種無(wú)接縫連續(xù)路面，整體強(qiáng)度高、行車平穩(wěn)性好、噪聲低、振動(dòng)小、維修方便，目前被廣泛應(yīng)用于高等級(jí)公路中[1]。但是，不同的瀝青混合料類型及結(jié)構(gòu)層厚度，在適應(yīng)區(qū)域交通需求及組成、氣候條件、路基水文狀況等方面[2]，存在一定的差異性。因此，瀝青路面結(jié)構(gòu)層選擇方法和評(píng)價(jià)模型的準(zhǔn)確性和合理性，直接關(guān)系到公路運(yùn)營(yíng)期路面質(zhì)量。本文針對(duì)山西省氣候環(huán)境特征，在路面方案定性比選的基礎(chǔ)上，合理選擇并歸納評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立了瀝青結(jié)構(gòu)層選擇及評(píng)價(jià)模型，并結(jié)合層次分析法計(jì)算了模型中的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。

1 目前的瀝青路面結(jié)構(gòu)層選擇方法及存在的問(wèn)題

1.1 瀝青結(jié)構(gòu)層方案擬定

在山西省某高速公路初步設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)比選中，進(jìn)行瀝青路面結(jié)構(gòu)層擬定時(shí)，主要根據(jù)全線交通量、車輛軸載及道路等級(jí)對(duì)路面的使用要求，并考慮路面應(yīng)平整、堅(jiān)實(shí)、耐久、抗低溫開(kāi)裂等多種功能的要求，結(jié)合沿線氣象、水文、地質(zhì)、筑路材料分布及該高速公路重載及超載情況，初步擬定了3個(gè)方案進(jìn)行比選，具體方案見(jiàn)表1。

表1 初擬的瀝青路面結(jié)構(gòu)層方案

1.2 目前的路面結(jié)構(gòu)層比較或評(píng)價(jià)方法

選擇適宜的路面結(jié)構(gòu)是保證公路服務(wù)水平的一項(xiàng)重要內(nèi)容。一般在進(jìn)行瀝青路面結(jié)構(gòu)層比選中，因結(jié)構(gòu)層擬定時(shí)初步考慮了交通組成及車輛重載特點(diǎn)，在方案比選中主要結(jié)合路面結(jié)構(gòu)層特點(diǎn)、施工工藝、工程造價(jià)等方面進(jìn)行分析比選，各方案的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表2。

表2 瀝青路面結(jié)構(gòu)層比較一覽表

在路面結(jié)構(gòu)層比選中，根據(jù)表2中各方案的分析比較，結(jié)合項(xiàng)目區(qū)的氣候特點(diǎn)及路面結(jié)構(gòu)的適用性和當(dāng)?shù)氐氖┕そ?jīng)驗(yàn)，經(jīng)定性比較后，推薦采用方案1的路面結(jié)構(gòu)。

1.3 存在的問(wèn)題

從上述比較情況來(lái)看，雖然推薦采用方案1，但方案1實(shí)質(zhì)上是路用性能與工程造價(jià)的一個(gè)折中方案，在方案選擇上存在一定的主觀性，在評(píng)價(jià)及選擇的方法中存在著以下幾個(gè)問(wèn)題：

(1)定性方法描述相對(duì)簡(jiǎn)單，用詞相對(duì)模糊，難以直接辨認(rèn)方案的優(yōu)劣所在。

(2)未實(shí)現(xiàn)對(duì)影響各結(jié)構(gòu)層抗滑耐磨、密實(shí)耐久、抗高溫車轍、減少低溫開(kāi)裂等性能進(jìn)行方案與方案之間差異性的定量比較。

(3)沒(méi)有針對(duì)項(xiàng)目區(qū)的交通組成(大中型車輛比例高)、車輛重載(存在超載超限)等情況，對(duì)路面總體性能、工程造價(jià)等重要度進(jìn)行合理的排序。

因此，在當(dāng)前的工程技術(shù)背景下，為實(shí)現(xiàn)瀝青路面結(jié)構(gòu)層的合理選擇，使路面結(jié)構(gòu)層滿足項(xiàng)目區(qū)交通組成及車輛重載特點(diǎn)等，有必要對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)層選擇及評(píng)價(jià)模型進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

2 基于層次分析法的評(píng)價(jià)模型建立及權(quán)重計(jì)算

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇與分析

一般來(lái)講，路面結(jié)構(gòu)層上面層應(yīng)具有平整密實(shí)、抗滑耐磨、抗裂耐久的性能；中、下面層應(yīng)具有高溫抗車轍、抗剪切、密實(shí)、基本不透水的性能；下面層應(yīng)具有耐疲勞開(kāi)裂的性能[2]。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合表2對(duì)各方案路面結(jié)構(gòu)層優(yōu)缺點(diǎn)的比較與分析，參考文獻(xiàn)[3-5]，按可以有效表達(dá)瀝青混合料組成特征的能力，并考慮一般聚類的原則，選擇高溫性能(抗高溫車轍)、抗滑耐磨(含平整、密實(shí)、耐久)、低溫性能(減少低溫開(kāi)裂)、疲勞性能、水穩(wěn)性能、工程造價(jià)等6個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析。

2.2 評(píng)價(jià)模型建立及權(quán)重指標(biāo)計(jì)算

對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重計(jì)算時(shí)，目前應(yīng)用最廣泛的方法為層次分析法，該方法適用于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、決策準(zhǔn)則較多且不易量化的決策問(wèn)題[6]。

2.2.1 建立層次結(jié)構(gòu)

根據(jù)路面結(jié)構(gòu)層選擇的總目標(biāo)、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及結(jié)構(gòu)層方案，建立遞階的層次結(jié)構(gòu)，如圖1所示。其中：目標(biāo)層反映路面結(jié)構(gòu)層的綜合性能，經(jīng)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果評(píng)定；準(zhǔn)則層為建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，方案層為待選擇的各方案。

圖1 路面結(jié)構(gòu)層選擇的層次結(jié)構(gòu)

2.2.2 建立判斷矩陣

準(zhǔn)則層判斷矩陣P=(aij)n×n是以瀝青路面結(jié)構(gòu)層選擇總目標(biāo)對(duì)本層要素進(jìn)行兩兩比較來(lái)確定的，aij值采用Saaty建立的9標(biāo)度法[7]進(jìn)行確定。矩陣A為滿足aij>0且aji=1/aij的正互反矩陣。本文選擇熟悉山西省條件并能準(zhǔn)確把握區(qū)域交通組成及重載特點(diǎn)的專家組(共10人)，給出適應(yīng)于項(xiàng)目的判斷矩陣(判斷矩陣對(duì)各專家的評(píng)價(jià)平均并取整)。

(1)

2.2.3 權(quán)重指標(biāo)計(jì)算

對(duì)于判斷矩陣的最大特征根和相應(yīng)的特征向量，可利用線性代數(shù)的方法計(jì)算。但在實(shí)際應(yīng)用中一般采用近似方法計(jì)算，本文采用方根法。

(i=1,…,6) (2)

解得：

(i=1,…,6) (3)

解得：

Wi=(0.42,0.24,0.06,0.12,0.12,0.05)

即在本次比選中專家組認(rèn)為影響瀝青路面結(jié)構(gòu)層選擇的指標(biāo)排序分別為高溫性能(P1)、抗滑耐磨(P2)、疲勞性能(P3)、水穩(wěn)性能(P4)、低溫性能(P5)及工程造價(jià)(P6)。

(3)求λmax：

(4)一致性檢驗(yàn)：

在得到判斷矩陣P時(shí)，有時(shí)難免出現(xiàn)判斷上的不一致性，因而還需利用一致性指標(biāo)C.I.進(jìn)行檢驗(yàn)。其中：

一般來(lái)講，只要C.I.≤0.1，即可認(rèn)為判斷矩陣P是滿意的，是可以接受的。

3 實(shí)例分析

在對(duì)上述高速公路項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)階段路面結(jié)構(gòu)的比選中，共邀請(qǐng)10位路基路面工程領(lǐng)域的專家(p=10)參與評(píng)價(jià)。在得到上述評(píng)價(jià)指標(biāo)排序后，進(jìn)一步獲取專家組對(duì)各方案(用A、B、C代表方案1、2、3)相對(duì)于各評(píng)價(jià)指標(biāo)的判斷矩陣(見(jiàn)表3)。由此可求得各矩陣最大特征值(見(jiàn)表4)和特征向量，并按列組成矩陣M。

表3 結(jié)構(gòu)層方案相對(duì)于各評(píng)價(jià)指標(biāo)的判斷矩陣

表4 結(jié)構(gòu)層方案相對(duì)于各評(píng)價(jià)指標(biāo)的最大特征值

WT=M×Wi=(0.35,0.31,0.34)T

從上述結(jié)果來(lái)看，對(duì)各方案定量化后，量化值較為接近，其中方案1各指標(biāo)量化值較為均衡，且造價(jià)方面優(yōu)勢(shì)較為明顯，故應(yīng)選擇方案1。同時(shí)，根據(jù)本文提出的評(píng)價(jià)模型，能更直觀地反映各方案的優(yōu)劣和排序，并能更好地結(jié)合實(shí)際情況等實(shí)時(shí)調(diào)整權(quán)重，從而選擇更為經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理的方案。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著工程材料的逐漸豐富，瀝青路面結(jié)構(gòu)形式也在演化。層出不窮的路面結(jié)構(gòu)形式及組合，可能在適應(yīng)交通需求的多變性(重載交通、超載超限)、地區(qū)氣象條件的適應(yīng)性等方面的差異會(huì)越來(lái)越小。因此，如果單純從定性的角度進(jìn)行比較，難以準(zhǔn)確把握各自的優(yōu)缺點(diǎn)，可能遺漏有價(jià)值的方案。為適應(yīng)路面結(jié)構(gòu)層選擇的發(fā)展要求，保障公路運(yùn)營(yíng)期的路面質(zhì)量，應(yīng)建立合理的選擇方法和評(píng)價(jià)模型。本文針對(duì)山西省氣候環(huán)境特征，在路面方案定性比選的基礎(chǔ)上，通過(guò)合理選擇并歸納評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立了瀝青結(jié)構(gòu)層選擇及評(píng)價(jià)模型，結(jié)合層次分析法計(jì)算了模型中的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，并通過(guò)工程實(shí)例驗(yàn)證了評(píng)價(jià)模型的有效性，為瀝青路面結(jié)構(gòu)層選擇提供了一種定量判斷依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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