摘要 研究以某高速路段道路技術狀況作為研究對象，對典型路面病害及路面結構形式進行分析，通過GM（1，1）模型對路面性能進行灰色關聯(lián)預測，重點考察了公路技術狀況指數(shù)MQI、路面損壞指數(shù)PCI、路面車轍深度RDI及路面抗滑指數(shù)SRI隨時間增長的變化規(guī)律，根據(jù)路面性能衰減趨勢及其分類等級評估標準，提出了養(yǎng)護時機及對應的養(yǎng)護措施。

關鍵詞 路面性能；變化規(guī)律；灰色關聯(lián)；養(yǎng)護措施

中圖分類號 U414 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）19-0148-03

0 引言

十三五期間，我國的高等級路面建設水平和技術得到了飛速發(fā)展，道路養(yǎng)護也由原先的被動養(yǎng)護向預防性養(yǎng)護轉變，而預防性養(yǎng)護的關鍵是對道路性能尤其是典型病害的長期觀測、評估分析[1]。美國AASHTO協(xié)會采用PSI來表征道路的服務能力水平，重點查考了路面平整度、裂縫、車轍等病害對道路性能影響程度，并衍生出PCI、MCI、RCI等指數(shù)評估路面性能[2-4]。我國的公路技術狀況評定標準采用了路面破損、行駛質量、車轍深度、抗滑指數(shù)、結構承載力五個分項指標和一個綜合指標[5]。與此同時，國內外相關學者也對道路性能評估模型進行改進，但相關研究均是選取的特定分析路段的瀝青路面病害進行技術狀況分析，但受不同地區(qū)氣候變化、交通量差別等因素影響，路面性能預估及養(yǎng)護策略均會產(chǎn)生差異[6]，因此，該文結合某高速公路路面病害調研結果，進行特定性關聯(lián)分析，為預防性養(yǎng)護提供策略研究。

1 工程背景

某高速公路全長約138 km，路基寬24.5 m，車道設計為雙向四個行車道，車速設計為120 km/h，通車時間為2017年。該高速公路路面結構形式設計為：瀝青混凝土+水泥穩(wěn)定碎石+級配碎石，近年來隨著交通流量的持續(xù)攀升，該高速公路的交通重載軸載問題日益突出，從而導致部分路段路面出現(xiàn)裂縫、坑塘等病害，管養(yǎng)單位對此也實施了相關養(yǎng)護與處治，經(jīng)調查統(tǒng)計病害結果如表1所示。

根據(jù)路面病害調查結果顯示，該高速路段均存在各類典型路面病害，其中，橫向裂縫、縱向裂縫、路面車轍等病害較多，一方面與當?shù)氐穆坊刭|地形結構有關，另一方面也與路面結構及路面材料的選擇有關。為預估該高速公路路面性能及制定相應養(yǎng)護策略，該文基于灰色關聯(lián)法對路面性能展開預測，并對后續(xù)養(yǎng)護策略進行了探討。

2 灰色理論及模型建立

2.1 灰色理論

灰色系統(tǒng)的相關理論研究最早由我國著名學者鄧聚龍?zhí)岢?，該理論主要通過對已有的調查數(shù)據(jù)進行處理分析，得到相關數(shù)據(jù)間的內在關聯(lián)，并可以開展相關研究結論的預測，通過近30年的技術研究，灰色理論已被廣泛應用在工業(yè)、經(jīng)濟、交通等眾多領域，目前，將灰色理論應用在高速公路尤其是路面性能分析預測的相關研究較少，該文擬通過對四種不同路面結構的路面技術狀況進行灰色理論分析，得到相關研究結論。

2.2 灰色模型

GM（1，1）模型是單變量一階微分方程，被廣泛應用在灰色預測分析中，其建模過程為：

（1）數(shù)據(jù)處理

設原始數(shù)據(jù)序列為x（0）（1），x（0）（2），...，x（0）（n），記為：

X（0）=[x（0）（1），x（0）（2），...，x（0）（n），] （1）

其中，x（0）（k）≥0，k=1，2，...，n。

對序列X（0）做一次累加處理，得到新的序列：

X（0）=[x（1）（1），x（1）（2），...，x（1）（n），] （2）

其中，x（1）（k）=Σk i=1x（0）（i），k=1，2，...，n。

對X作緊鄰均值生成序列，得到：

Z（1）=[z（1）（2），z（1）（3），...，z（1）（n）] （3）

其中，z（1）（k）=x（1）（k）+x（1）（k?1） 2 ，k=2，3，...，n。

令X（0）（k）+az（1）（k）=b，則得到數(shù)據(jù)矩陣

?Z（1）（2） 1 x（0）（2）

?Z（1）（3） 1 x（0）（3）

X= ... Y= ... （4）

?Z（1）（n） 1 x（0）（n）

設a?=（a，b）T，對其進行最小二乘估計，則有：

a?=（XTX）?1XTY （5）

對其進行預測模型建立，得到：

dx（1） dt +aX（1）=b （6）

其中，a——模型中的發(fā)展系數(shù)，b——灰色作用量。

3 路面性能灰色關聯(lián)分析

研究對路面結構Ⅰ—Ⅳ代表性路段進行2018—2022公路技術狀況評定數(shù)據(jù)的匯總，主要包括公路技術狀況指數(shù)MQI、路面損壞指數(shù)PCI、路面車轍深度RDI、路面抗滑指數(shù)SRI，上述四個指標根據(jù)優(yōu)（≥90）、良（80～90）中（70～80）次（60～70）差（<60）進行分級劃分，四組路面性能數(shù)據(jù)采用GM（1，1）模型計算，并進行預測精度分析，相關指標匯總預測精度結果如表2所示。

通過對上述4條路段的4種指標進行GM（1，1）預測精度分析，其相對誤差均小于1%，表明該模型能夠較好地對瀝青路面性能進行預估，研究基于GM（1，1）模型對2023—2030年期間的路面技術性能進行預測，結果如圖1～4所示。

4 路面養(yǎng)護策略研究

根據(jù)灰色關聯(lián)分析對部分路段進行性能預估分析，得到了相關指數(shù)隨年限增加的變化曲線，以工程背景高速公路為例，進行其道路養(yǎng)護時機及養(yǎng)護需求分析統(tǒng)計，如表3所示。

根據(jù)GM（1，1）模型對路面性能的長期預測分析，建議在2024年之前對該路段進行日常養(yǎng)護和簡單的預防性養(yǎng)護進行病害修復，在2024年左右進行霧封層、微表處或碎石封層類的專項養(yǎng)護，而到2028年時，路面MQI等指標均處于良好狀況，但DRI值偏低，建議采用超薄磨耗層、熱拌薄層罩面等重強度養(yǎng)護措施，到2030年時，所有性能指標均低于85，建議采用銑刨重鋪等措施進行大修。

5 結語

該文對某高速路段的路面病害和結構進行調研，通過GM（1，1）模型對路面性能進行灰色關聯(lián)分析，得到以下結論：

（1）GM（1，1）模型能夠較好地對高速公路技術性能進行灰色關聯(lián)分析和預測，相對誤差小于1%，可預測得到隨時間變化的路面技術性能變化趨勢規(guī)律；

（2）根據(jù)灰色關聯(lián)預測，建議其在2024年前、2024年、2028年及2030年可分別采用日常養(yǎng)護、封層修復、罩面修復和銑刨重鋪等養(yǎng)護措施進行針對性處治。

參考文獻

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[6]劉婷.我國高速公路瀝青路面主要施工技術研究[J].西部交通科技，2019（1）：1-3+10.

收稿日期：2024-07-03

作者簡介：趙斌（1987—），男，本科，研究方向：交通工程、道路橋梁、公路養(yǎng)護。