道路路面預防性養護指標體系建立及標準研究

文章來源：微信公眾號“瀝青路面”

隨著我國經濟的發展，公路發揮著越來越重要的服務作用。公路建設完成投入使用後，為了保障良好的服務品質，需要在不同階段對路面進行不同程度的養護維修。目前國內採用的養護措施多屬於矯正性養護，是一種“壞了才修，不壞不修，壞得越嚴重越先修”的養護理念，與實際路面效能衰變規律之間存在較大差異，不能實現效益－費用比的最大化。因此，如何使用最少資金使路面結構保持最佳的使用效能，並獲得最長的服務壽命，實現效益－費用比最大化，已經成為當前道路養護工作者最為關注的問題。而“預防性養護”作為一種全新的養護理念，也得到了廣泛關注，但卻沒有得到廣泛的推廣應用，其中一個根本原因就是沒有一個科學、適宜、可以量化指導預防性養護實施的指標體系及標準約束。

本文透過建立瀝青路面預防性養護指標體系，並結合實際道路狀況，對適宜道路預防性養護的指標標準進行研究。

瀝青路面早期損害型別

路面早期破壞為功能性破壞，損壞發生在路面面層內，損壞原因不是結構整體強度不足，而是區域性抗力不足。對天津地區各主要高速公路瀝青路面表面破損檢測結果表明，路面早期損害以裂縫和車轍最為廣泛，而其他如坑槽、擁包、沉陷、泛油等病害佔比重較小。

預防性養護路面狀況4級評價指標體系建立

表徵路面效能有結構效能和功能效能2部分。結構效能指路面作為一種特殊的結構工程，在被使用過程中保持自身結構完整的能力，其主要包括路面的強度、穩定性和耐久性。功能效能指路面滿足為車輛提供快速、安全、舒適和經濟的行駛功能的能力，其通常包括路面的舒適性、安全性。結構效能是路面效能的基礎，功能效能是路面效能的綜合表徵，二者緊密結合，相互影響，從而形成了路面效能的有機整體。

路面預防性養護的目的在某種意義上可以說是：在結構功能良好的前提下，修復不太嚴重的功能缺陷，從而保證道路良好的使用品質和服務水平，延長使用壽命。但是對於表徵路面狀況的若干指標而言，選取預防性養護適宜的路面狀況指標體系是預防性養護研究的重要前提。

基於預防性養護的目的及特點，本文在現有評價指標體系的基礎上，提出瀝青路面預防性養護包括判斷性指標、控制性指標、綜合性指標、安全性指標在內的4級評價指標體系，以使能透過綜合評價獲得科學決策、科學應用的效果。

判斷性指標—1級指標

路面結構強度指數PSSI表徵瀝青路面結構強度好壞。預防性養護措施一般對原路面結構強度的作用很小，甚至無改善，而如果路面結構強度不能滿足規範要求，則只能透過矯正性養護對路面進行維修。因此，要把路面結構強度作為預防性養護質量指標體系中的一個指標，即當路面結構強度滿足要求時，才能進行預防性養護。本文將路面結構強度指數PSSI作為預防性養護的初級判斷性指標。

控制性指標—2級指標

車轍深度RD

車轍是瀝青混凝土路面一種特有破壞形式，它是在行車荷載重複作用以及氣候（高溫）等因素綜合作用下產生的一種永久性變形，表現為沿行車輪跡帶產生縱向的帶狀凹槽，嚴重時車轍兩側會有突起形變，致使路面使用效能更加惡化。隨著瀝青路面使用年限增加，路面抵抗車輛載荷的能力越來越差，車轍會出現加速發展的態勢。當車轍達到一定深度後，車轍內的積水便不容易排除，從而會降低路面的抗滑效能，影響行車安全性，且積水慢慢向下滲透，易引發路面其他病害。因此，車轍深度RD已成為預防性養護重要控制因素。

裂縫率CR

路面破損狀況是路面養護決策的重要指標。在道路使用初期，最主要的路面破損就是裂縫，尤其是微裂縫，其是路面破損和路面病害最初始表現。隨著裂縫的深入與展開，各種病害如水損壞、坑槽等隨之而來，在行車荷載和水的共同作用下，瀝青路面在短時間內就會發生嚴重損壞，且會導致基層破壞，最終導致路面使用效能下降。我國半剛性瀝青路面結構的特徵導致防治裂縫很困難，路面不出現裂縫幾乎是不可能的；但出現裂縫之後的態度尤為關鍵，即必須轉變觀念，加強早期裂縫預防性處理。因此，應把裂縫率CR作為評價路面效能的一個重要指標。

平整度指數IRI

平整度是路面行駛舒適性、經濟性和安全性最普通且最重要的標誌，其表徵路面施工質量、服務水平。路面平整度不達標將從3個方面對道路及行車造成影響：1）增加車輛振動，影響車輛的行駛質量及行車安全性；2）對路面造成衝擊，加快路面效能衰變速率；3）不平整路面的凹陷地段容易產生積水，而路表長時間積水，則無法順暢排走。鑑於此，如何使路面平整度保持優良狀態便是現今道路管理養護部門首先需要解決的問題之一。因此，將平整度指數IRI作為預防性養護控制指標具有重要意義。

綜合性指標—3級指標

路面狀況指數PCI可以綜合反映路面的損壞型別、嚴重程度和損壞密度，被認為是行之有效的路面損壞綜合指標，我國也將其納入了規範。如果說PCI能反映路面的路況質量，則PCI的變化率就能反映路面效能的發展情況，這對於路面養護和維修都相當重要。

鑑於車轍和裂縫的重要性，本文已賦予其單獨的控制指標。這裡表徵除裂縫和車轍之外的路面損壞狀況，用PCI‘表示。

安全性指標—4級指標

橫向力系數SFC表徵路面的抗滑效能。路面需具有一定的抗滑效能，而路面抗滑效能是影響行車安全的主要因素。國內很多工程已經把抗滑效能作為路面效能評價指標。工程實踐表明，當路面抗滑效能較差時，實施合理的預防性養護措施，的確可以有效提高路面的抗滑效能。所以，對提高路面抗滑效能而實施預防性養護要有明確的路況標準。

綜上所述，基於高速公路瀝青路面的早期損害型別及機理分析，並結合預防性養護的需求分析，本文提出了適用的高速公路預防性養護指標體系。

預防性養護適用性指標標準確定

判斷性指標標準—1級指標標準

JTJ073．2—2001《公路瀝青路面養護技術規範》對高速公路瀝青路面強度規定的路面強度係數SSI評價標準、按JTGH2—2007《公路技術狀況評定標準》模型對應轉換的路面結構強度指數PSSI和JTGH20—2007中規定的路面結構強度指數PSSI標準。

預防性養護雖不能提高強度，但是其必須是在保證路面結構效能良好的前提下進行。因此，預防性養護必須在路面結構強度指數PSSI評價為良及以上等級時才能實施。

為了確定符合天津市高速公路預防性養護的路面結構強度標準，本文收集了天津市京滬高速公路及津薊高速公路運營期6年內某未經過維修處理路段處路面結構強度指數隨路齡的變化曲線。

可以看出，路面結構強度指數PSSI隨路齡衰變為曲線，且呈先慢後快趨勢。當PSSI≥85時，曲線緩慢下降；當PSSI下降到85以下時，其下降速度明顯加快。因此，本文將PSSI=85看做一個臨界點，將PSSI≥85作為實施預防性養護的標準範疇，PSSI＜85則不屬於預防性養護實施範疇。該指標標準處於JTJ073．2—2001和JTGH20—2007等級為良的範疇之內，且更嚴格。

控制性指標標準—2級指標標準

車轍深度RD標準

採用預防性養護措施處理的車轍有一定深度限制。當車轍深度超過這個界限時，就不宜用預防性養護措施來處理。因此，本文的關鍵是找出適合於預防性養護措施處理的車轍發展深度以及發展速度。

JTJ073．2—2001規定高等級公路瀝青路面車轍容許深度為15mm，其他等級公路無要求。

有關調查和試驗表明，路面車轍深度是影響行車安全的一個重要因素，當路表積水深度達7．6mm，車速超過80km/h時，車輛有發生側滑的危險；當路表積水深度為10mm，車速超過100km/h時，車輪與路面之間的摩擦係數接近於零，可認為易發生漂滑。考慮到轍槽內完全積水的機率很小，可以認為對路面行駛安全性有顯著影響的車轍深度應為7．6～10mm。此外，當車轍深度超過15mm時，由於前輪轉向效能降低和車輛橫向顛簸，會使行車不適感顯著增加。

結合上述分析及工程實踐，本文認為預防性養護在車轍深度RD評定“差”時不適用，因此RD應不小於15mm。又因為車轍敏感深度為7．6～10mm，同時在前期車轍發展極快階段，實施預防性養護對抑制由各種原因引起的車轍發展起不到好的效果，且沒必要，故本文認為在車轍深度小於5mm時可以不用進行預防性養護。本文對適宜預防性養護的車轍深度RD建議標準為［5，15］。

裂縫率CR標準

早在JTJ073—85《公路養護技術規範》中，裂縫率就被列為一項單獨的評價指標，但之後的規範中卻沒有這項指標。為了得到科學的裂縫率標準，本文假設路面破損只有裂縫一種形式，從而應用路面損壞狀況指數PCI指標標準來反推裂縫率標準。

JTJ073．2—2001和JTGH20—2007規範計算的裂縫率其指標標準差別相對較大，原因在於PCI指標標準相差較大。之所以按JTJ073．2—2001轉化的標準較低，是因為該規範是包括所有病害破損於一體的評價模型及標準，而JTGH20—2007是除去車轍病害後建立評價模型及標準，後者更接近前文“路面破損只有裂縫一種形式”的假設。基於實際工程並結合經驗，裂縫存在的弊端很大，一旦出現應儘早處治的需求考慮，本文建議預防性養護在裂縫率評定“差”時不適用，即CR應不小於5%；而CR≤0．4%時處於“優”的範圍，可不需要進行預防性養護。因此，本文對適宜預防性養護的裂縫率CR建議標準為［0．4，5］。

平整度指數IRI標準

美國國家公路與運輸協會（AASHTO）規範對平整度評定標準作了規定。

比較上述3個規範的要求，發現美國AASHTO的規範最為嚴格，且JTGH20—2007對IRI的要求比JTJ073．2—2001嚴格。美國AASHTO規範規定路面平整度等級為良時應進行預防性養護，也就是要求路面的平整度指數IRI小於2．54m/km。雖然平整度指數是衰變較慢的指標，但其卻是影響行車舒適度的最主要指標，與道路使用者的感受密切相關，故不容忽視，應及時處理。結合我國最新規範和實際舒適度需求，本文建議適宜預防性養護的最佳

平整度指數IRI的指標標準為［1．5，3．5］。

綜合性指標標準—3級指標標準

有研究表明，車轍和裂縫為2類最主要路面破損型別，約佔全部破損量的80%。PCI’因為不包括裂縫和車轍，從而更表現出對其他破損的表徵重要性和敏感性。JTGH20—2007中瀝青路面損壞狀況指數PCI評價標準（包括裂縫）。

JTGH20—2007對裂縫標準作了規定，而裂縫計算破損率的權重由於輕重程度不同，有0．6、0．8及1．0可取，在此取折中權重0．8。PCI反推計算中剔除裂縫影響，從而得到所需的PCI‘值。

由於預防性養護是對路面進行的早期養護，因此，本文認為高速公路瀝青路面狀況指數PCI’標準應控制在90到95之間，即當PCI‘大於95時可不進行預防性養護，但當PCI’值一旦小於90時就需進行預防性養護。本文建議適宜預防性養護的最佳路面損壞狀況指數PCI‘指標標準為［90，95］。

安全性指標標準—4級指標標準

JTJ073．2—2001中規定了瀝青路面抗滑能力分級評價標準及JTGH20—2007中透過路面抗滑效能SRI評價標準換算成SFC的標準。

在綜合相關研究的基礎上，並基於抗滑效能不足直接影響安全性的考慮，本文認為路面由“優”變為“良”時，瀝青路面就可以進行預防性養護，所以瀝青路面SFC小於48時就可以採取預防性養護措施。又因為JTGH10一2009《公路養護技術規範》規定“在滿足強度要求的前提下，高速公路以及1級公路SFC＜40時需加鋪罩面等提高抗滑能力”，因此，本文認為當高速公路及1級公路的SFC小於40時就不適宜採取預防性養護。本文建議適宜預防性養護的最佳路面橫向力系數SFC指標標準為［40，48］。

需要說明的是，對於控制性指標而言，在指標標準的範圍內設定了各自的臨界值，並將其作為表徵病害嚴重程度的分界點。而其他指標則必須嚴格遵守極限值的限制，原則上超過極限值就不再適合預防性養護。

結論

1）高速公路瀝青路面表面破損檢測結果表明，路面早期損害以裂縫和車轍最為廣泛。

2）基於預防性養護的目的及特徵，提出了瀝青路面預防性養護包括判斷性指標、控制性指標、綜合性指標、安全性指標在內的4級評價指標體系。其中，判斷性指標包括路面結構強度指數PSSI，控制性指標包括車轍深度RD、平整度指數IRI、裂縫率CR，綜合性指標包括路面損壞狀況指數PCI’，安全性指標包括橫向力系數SFC。

3）預防性養護適用的指標標準分別為：路面結構強度指數PSSI≥85，極限值85；車轍深度RD為［5，15］，臨界值10；裂縫率CR為［0．4，5］，臨界值2；平整度指數IRI為［1．5，3．5］，臨界值2．3；路面損壞狀況指數PCI‘為［90，95］，極限值90；橫向力系數SFC為［40，48］，極限值40。