摘要：圍繞G216線瀝青路面病害情況，采用現(xiàn)場原位檢測、數(shù)據(jù)分析、模型建立與預(yù)測等研究手段，構(gòu)建瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)預(yù)測模型，選擇合適的養(yǎng)護(hù)時機(jī)，完善預(yù)防性養(yǎng)護(hù)決策體系。運用現(xiàn)代化、精細(xì)化的管理手段加強預(yù)防性養(yǎng)護(hù)項目施工管理，充分運用項目驗收及后評價的反饋意見，完成全壽命周期理念下的新疆地區(qū)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)體系探索。

關(guān)鍵詞：全壽命周期；G216線；瀝青路面；預(yù)防性養(yǎng)護(hù)

0 引言

預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是一種非常有效的公路養(yǎng)護(hù)方案，很多專家學(xué)者曾對預(yù)防性養(yǎng)護(hù)理論進(jìn)行了大量研究，成果頗多。通過對大量學(xué)者的研究成果分析不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前對于預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的研究區(qū)域性差距明顯，研究熱點主要集中在預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的前期決策上，既不能充分體現(xiàn)周期循環(huán)養(yǎng)護(hù)的優(yōu)勢，又缺乏全壽命周期理念[1]。

新疆地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜、氣候條件惡劣，目前尚沒有完全適合于新疆地區(qū)國省公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的方案。基于此，本文以新疆地區(qū)國省干線公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)為背景，貫徹全壽命周期理念，建立路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)預(yù)測模型，結(jié)合道路災(zāi)害成因分析，探索不同時機(jī)條件下預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)措施工作機(jī)制。建立適用于本地區(qū)的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路面病害預(yù)測模型和治理技術(shù)體系，結(jié)合預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工程施工管理與項目后評估，為相關(guān)各方預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作的開展提供重要的參考依據(jù)，為下一階段預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的可持續(xù)發(fā)展做好鋪墊。

1 公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)概述

1.1 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的廣義性與狹義性

從當(dāng)前我國公路養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)程來看，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)在廣義上被認(rèn)為一種綜合性的養(yǎng)護(hù)方法，它不僅包括對公路表面的日常清潔和維護(hù)，還涉及到對路面、橋梁結(jié)構(gòu)以及沿線設(shè)施的定期檢查和保養(yǎng)。而狹義上，它則主要指的是一種通過采取預(yù)防性措施，來避免或減少公路損壞風(fēng)險的管理策略。這兩種理解雖然側(cè)重點不同，但從整體上來看，它們共同構(gòu)成了我國當(dāng)前公路養(yǎng)護(hù)工作的重要組成部分。

從狹義上說，在路面功能損傷之前（既有路面未發(fā)生損傷或僅有較小損傷），為了更好地維持正常的運營狀態(tài)，避免后期的損壞，在全壽命期內(nèi)獲得最大的利益，在不提高結(jié)構(gòu)承載力的情況下，適時地采取必要的技術(shù)措施，提高路面的使用壽命，提高路面的服役性能。

從廣義上講，在公路未發(fā)生結(jié)構(gòu)損傷之前，要想更好地維護(hù)公路的正常運行，減緩公路的損壞，獲得公路全壽命的最大收益，就必須在不提高結(jié)構(gòu)承載力的情況下，適時地采取路基養(yǎng)護(hù)、路面養(yǎng)護(hù)、橋涵維修加固、附屬設(shè)施養(yǎng)護(hù)等一系列綜合性的技術(shù)手段，預(yù)防各種類型的路面病害的產(chǎn)生和擴(kuò)展，從而提高公路的整體功能狀態(tài)，延長其使用壽命，提高道路的服務(wù)水平。

1.2 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)與矯正性養(yǎng)護(hù)特點

預(yù)防性養(yǎng)護(hù)可以在不提高路面結(jié)構(gòu)承載能力的情況下，從而達(dá)到提高公路系統(tǒng)使用性能、延長其使用壽命、降低其損壞程度的養(yǎng)護(hù)方法。預(yù)防性養(yǎng)護(hù)可降低養(yǎng)護(hù)維修率，但無法消除養(yǎng)護(hù)維修費用，其原因是路面的表面養(yǎng)護(hù)維修、熱拌和冷拌等養(yǎng)護(hù)維修費用，占最后5年維修費用的60%。

矯正性養(yǎng)護(hù)是對已出現(xiàn)局部結(jié)構(gòu)損傷或較少種病害，但尚未影響到路面整體狀況的一種養(yǎng)方法，如進(jìn)行搶救性維修和中等維修。其與預(yù)防性養(yǎng)護(hù)之間的主要差別就是維護(hù)費用和維護(hù)時間不同。矯正性養(yǎng)護(hù)需要投入較高成本，常用于某些特定的道路或區(qū)域內(nèi)的病害，主要施工方法有加鋪蓋、銑刨覆蓋、裂縫處理、坑槽修復(fù)等。

2 工程概況

2.1 工程基本情況

G216線起點位于阿勒泰市，終點位于庫爾勒和靜縣巴侖臺鎮(zhèn)，全長857km，于2012年改建通車，交通戰(zhàn)略地位極其重要。本次研究對象為G216線倉房溝立交-永豐渠鄉(xiāng)，樁號為K691～K1000，其中K986～K1000用于收集過往數(shù)據(jù)形成預(yù)測模型，K691～K701用于預(yù)防性養(yǎng)護(hù)具體施工，相關(guān)路段均位于烏魯木齊市西南部，距離市區(qū)約20km。

本次項目研究路段位于烏魯木齊市境內(nèi)，長度10km，公路等級為一級公路，設(shè)計速度80km/h。路基斷面形式為0.75m土路肩+0.25m硬路肩+2×3.75m行車道+3m中分帶+2×3.75m行車道+2.5m硬路肩+0.75m土路肩，路基寬度24.5m。

路基以填方路基為主，路基邊坡坡率不大于1：3。上面層為4cm厚細(xì)粒式瀝青混凝土AC-13，下面層為6cm中粒式瀝青混凝土AC-16，路基為22cm4%水泥穩(wěn)定砂礫，基層為39cm天然砂礫，路面結(jié)構(gòu)總厚度71cm。

2.2 地質(zhì)狀況

項目沿線主要為新生界風(fēng)積平原，地層屬于新生界第四季Q3沙、黃土、砂礫黏土、礫石、冰川礫石，地表稍有鹽類結(jié)晶析出，多為氯化物硫酸鹽中、弱鹽漬土，含鹽量自地表向下逐漸降低。項目區(qū)域附近無固定水系，每年春季融雪季節(jié)，地表出現(xiàn)山脈融雪漫流。根據(jù)GB18306—2015《中國地震動峰值參數(shù)區(qū)劃圖》，地震動峰值加速度值為0.20g，地震基本烈度Ⅱ級。

2.3 氣候狀況

根據(jù)公路自然區(qū)劃，路段所在地區(qū)主要位于公路自然區(qū)劃“VI2綠洲-荒漠區(qū)”，屬于溫暖帶大陸性干旱氣候、中溫帶極干旱荒漠氣候區(qū)，主要表現(xiàn)為冬嚴(yán)寒夏炎熱，年降雨量較低。

3 實例養(yǎng)護(hù)對策研究

3.1 相關(guān)指標(biāo)確定

根據(jù)《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG5210—2018），按下列公式計算路面使用性能指數(shù)PQI：

PQI=ωPCIPCI+ωRQIRQI+ωRDIRDI+ωPBIPBI+ωSRISRI （1）

式中：PQI為路面使用性能指數(shù)；PCI為路面狀況指數(shù)；RQI為路面行駛質(zhì)量指數(shù)；RDI為路面車轍深度指數(shù)；PBI為路面跳車指數(shù)；SRI為路面抗滑性能指數(shù)；ωPCI為PCI在PQI中的權(quán)重，取值為0.35；ωRQI為RQI在PQI中的權(quán)重，取值為0.30；ωRDI為RDI在PQI中的權(quán)重，取值為0.15；ωPBI為PBI在PQI中的權(quán)重，取值為0.10；ωSRI為SRI 在PQI中的權(quán)重，取值為0.10。

為了達(dá)到針對性判斷的目的，對照烏魯木齊市瀝青路面養(yǎng)護(hù)情況，結(jié)合現(xiàn)場路面的典型病害特征與檢測數(shù)據(jù)，組織專家進(jìn)行專題論證，將瀝青路面各類病害影響指標(biāo)在PQI計算中的權(quán)重進(jìn)行微調(diào)，為下一步養(yǎng)護(hù)時機(jī)的判斷提供精準(zhǔn)閾值區(qū)間。

相關(guān)裂縫型路面使用性能指數(shù)計算如下：

PQI裂縫型=0.50PCI+0.23RQI+0.12RDI+

0.075PBI+0.075SRI （2）

車轍型路面使用性能指數(shù)計算如下：

PQI車轍型=0.21PCI+0.18RQI+0.50RDI+

0.055PBI+0.055SRI （3）

坑槽型路面使用性能指數(shù)計算如下：

PQI坑槽型=0.25PCI+0.50RQI+0.11RDI+

0.070PBI+0.070SRI （4）

3.2 建立灰色·馬爾可夫模型

瀝青路面在正常的使用過程中路面性能衰減曲線呈線狀分布，在經(jīng)過調(diào)查確定前期若干數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，需對下一年的樣本路段PQI進(jìn)行預(yù)測，以指導(dǎo)后續(xù)開展的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作。

3.2.1 模型建立原則

在建立準(zhǔn)確的模型解決問題之前，結(jié)合瀝青路面路線PQI及樣本路段PQI數(shù)據(jù)特點與模型作用，先確定模型建立的原則如下：模型必須準(zhǔn)確描述路面性能衰減的過程，形式簡潔、便于修改，預(yù)測結(jié)果穩(wěn)定可靠。

3.2.2 構(gòu)建模型

通過MATLAB軟件對已有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，構(gòu)建得到灰色·馬爾科夫模型，完成對后續(xù)關(guān)鍵指標(biāo)的預(yù)測。2012—2022年G216線K986～K1000段裂縫型PQI實測值與預(yù)測值對比如表1所示。

以2012—2022年G216線K986-K1000段裂縫型路面使用性能指數(shù)PQI數(shù)據(jù)實測值，作為初始數(shù)據(jù)列，根據(jù)相關(guān)計算，可以求得參數(shù)發(fā)展系數(shù)a=0.00967，灰色作用量b=95.89422，據(jù)此可得裂縫型路面使用性能指數(shù)PQI灰色馬爾可夫模型為：

X（1）（t）=[X（0）（t）-9913.8451]e-0.00967（t-1）+9913.8451 （5）

式中：X（0）（t）為原始序列；X（1）（t）為未知序列；t為時間，t =1，2，3，…，n。

根據(jù)相關(guān)計算可以求得相關(guān)參數(shù)，得到車轍型路面使用性能指數(shù)PQI灰色馬爾可夫模型為：

X（1）（t）=[X（0）（t）-7028.9942]e-0.01361（t-1）+7028.9942 （6）

同理根據(jù)相關(guān)計算可以求得相關(guān)參數(shù)，得到坑槽型路面使用性能指數(shù)PQI灰色馬爾可夫模型為：

X（1）（t）=[X（0）（t）-18367.1537]e-0.00513（t-1）+18367.1537 （7）

3.3 3種養(yǎng)護(hù)技術(shù)特點分析

通過對烏魯木齊地區(qū)瀝青路面灌縫技術(shù)、還原劑霧封層技術(shù)、精銑刨技術(shù)3種養(yǎng)護(hù)技術(shù)分析，探明3種技術(shù)的適用范圍。路面出現(xiàn)裂縫后，為了防止水分滲入瀝青路面都更深位置，常采取灌縫技術(shù)將裂縫位置封閉[2]。還原劑霧封層技術(shù)通過還原劑將原有瀝青路面還原，提高路面的各項指標(biāo)，恢復(fù)瀝青路面性能，其主要適用于龜裂及輕微網(wǎng)裂[3]。精銑刨技術(shù)通過將瀝青路面表層病害進(jìn)行銑刨，其主要適用于路面出現(xiàn)車轍隆起、波浪擁包、輕度車轍等病害的早期養(yǎng)護(hù)[4]。

3.4 養(yǎng)護(hù)區(qū)間研判

以G216線2022年路面檢測數(shù)據(jù)為例，研判G216線預(yù)防性養(yǎng)護(hù)實施區(qū)間。根據(jù)路面實測數(shù)據(jù)換算G216線K691～K701段裂縫型PQI、車轍型PQI、坑槽型PQI，結(jié)合國省道養(yǎng)護(hù)實際預(yù)防性養(yǎng)護(hù)開展情況，對各類養(yǎng)護(hù)實施情況養(yǎng)護(hù)區(qū)間初步確定。2022年G216線K691～K701段裂縫型PQI實測值與預(yù)測值對比如表2所示。

按照表2裂縫預(yù)防性養(yǎng)護(hù)實施情況與換算的PQI，獲得預(yù)防性養(yǎng)護(hù)裂縫類PQI養(yǎng)護(hù)區(qū)間為85.63～91.36。參照車轍預(yù)防性養(yǎng)護(hù)實施情況與換算的PQI，獲得預(yù)防性養(yǎng)護(hù)車轍類PQI養(yǎng)護(hù)區(qū)間為89.2～95.2。參照坑槽預(yù)防性養(yǎng)護(hù)實施情況與換算的PQI，獲得預(yù)防性養(yǎng)護(hù)坑槽類PQI養(yǎng)護(hù)區(qū)間為95.26～96.07。

6 結(jié)束語

本文采用現(xiàn)場原位檢測、數(shù)據(jù)分析、算法預(yù)測、預(yù)測模型構(gòu)建等研究手段，探明瀝青路面主要特征及影響指標(biāo)，構(gòu)建預(yù)測模型與指標(biāo)評價系統(tǒng)。基于常用3種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)的工作機(jī)制，建立了預(yù)防性養(yǎng)護(hù)決策體系，完善了預(yù)防性養(yǎng)護(hù)評價體系，主要研究成果如下：

對烏魯木齊市G216線主要病害路段進(jìn)行現(xiàn)場檢測，獲得了PQI計算所需路面損壞狀況、路面行駛質(zhì)量、路面車轍深度、路面抗滑性能、路面跳車各項指標(biāo)，微調(diào)各指標(biāo)權(quán)重值，建立灰色·馬爾科夫預(yù)測模型?；赑QI數(shù)據(jù)樣本實測值與預(yù)測值對比，驗證了模型的可靠性。

結(jié)合瀝青路面的常用預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)與預(yù)測模型，獲得有關(guān)瀝青路面的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)作用機(jī)理，探明烏魯木齊地區(qū)灌縫、還原劑霧封層、精銑刨3種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施的適用范圍。

分析樣本路段路況評定樣本，結(jié)合樣本路段養(yǎng)護(hù)實施情況，提出了預(yù)防性措施的觸發(fā)閾值。即裂縫型路面使用性能指數(shù)PQI值處于85.63～91.36區(qū)間時，依據(jù)道路實際情況匹配實施灌縫技術(shù)。車轍型路面使用性能指數(shù)PQI值處于89.2～95.2區(qū)間時，實施還原劑霧封層技術(shù)。坑槽型路面使用性能指數(shù)PQI值處于95.26～96.07區(qū)間時，實施預(yù)防性養(yǎng)護(hù)精銑刨技術(shù)。

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