四川省沥青路面管理系统的研究与应用

　

　　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。?
1.1　系统的组成?
1.1.1　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。
?1.1.2　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。?
1.1.3　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（病害）

1年

4～6月 mso-bidi-font-family:"Arial Unicode MS"'>

平整度

1～2年

9～10月

强度(弯沉)

1～2年

9～10月

抗滑

2年

春、秋季节

1.2　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。?
1.2.1　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=AD÷AO?

　　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
0.6 0.8 1.0

轻 重
0.2 0.4

轻 重
0.4 0.6

轻 重
0.20.4

轻 重
0.8 1.0

类 型

沉 陷

车 撤

波 浪

拥 包

松 散

泛油修补

换算系数

轻 重
0.4 1.0

轻 重
0.4 1.0

轻 重
0.4 0.8

轻 重0.40.8

轻 重0.20.4

0.1

　　路况指数(PCI)，与破损率(DR)关系为：

1.2.2　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=Lr÷Lc?

　　Lr——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。?
1.2.3　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=11.5-0.75×IRI

　　其中：IRI是采用颠簸累积仪测定值换算。?
1.2.4　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。?
1.2.5　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=0.3PCI+0.3RQI+0.3SI+0.1SR?

1.2.6　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

SI

PCI

RQI

SR

PQI

优

≥1.00

≥85

≥8.5

≥0.5

≥85

良

0.8～1.0

70～85

7.0～8.5

0.4～0.5

70～85

中

0.6～0.8

55～70

5.5～7.0

0.3～0.4

55～70

次

＜0.6

40～55

4.0～5.5

0.2～08

40～55

差

　

≤40

≤4.0

≤0.2

≤40

1.2.7　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

5

84

8.9

2

上拌下贯

6

89

8.8

3

沥青混凝土

10

96

9.6

4

表处+补强

6

88

9.3

5

上拌下贯+补强

8

94

9.4

6

沥青混凝土+补强

11

98

9.9

　　(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

style='font-size:10.5pt;mso-bidi-font-size:12.0pt;font-family:宋体'>使用周期

RQI初始值

B

稀浆封层

4年

8.0

C

表处

5年

8.0

D

上拌下贯

8年

8.5

E

沥青混凝土

8年

9.0

F

表处+补强

10年

9.0

G

上拌下贯+补强

12年

9.5

H

沥青混凝土+补强

12年

9.9

1.2.8　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

RQI

7.0

6.0

PCI

70.0

60.0

SI

0.8

0.6

　　(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=ΣOPi×Fi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

RQI

PCI

SI≥0.6

SI＜0.6

RQI

PCI

SI≥0.6

SI＜0.6

≥7.0

≥70

0

0

≥6.0

≥60

0

0

height:6.75pt'>

70～50

1，7，0

4，7，0

60～40

1，7，0

7，0

＜50

1，7

4，7

＜40

7，1

7，4

7.0～5.5

≥70

0

0

6.0～4.5

≥60

0，1

0，4

70～50

1，3，0

4，0

60～40

7，1

7，4

＜50

3

4，6

＜40

1，2

4，5

height:7.5pt'>

5.5～4.0

≥70

1，3

4，0

4.5～3.0

≥60

0，1

0，4

70～50

3，1

4，6

60～40

1，2

4，5

＜50

3

6

＜40

1，2

4，5

＜4.0

≥70

1，3

4，6

＜3.0

≥60

1，2

4，5

70～50

3，1

6，4

60～40

height:7.5pt'>

2，1

4，5

＜50

3

6

＜40

2

6

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

A

0

沥青混凝土

E

3

稀浆封层

B

7

表处+补强

F

4

表处 lang=EN-US style='font-size:10.5pt;mso-bidi-font-size:12.0pt;font-family: 宋体'>

C

1

上拌下贯+补强

G

5

上拌下贯

D

2

沥青混凝土+补强

H

6

优先排序模型取值表　　　　　表11

Fi

道路等级

SI

PCI

RQI

AADT

100

一：100

＜0.4

　

　

＞10000

90～100

二：100

0.4～0.6

0～30

0～3

8000～10000

80～90

三：90

0.6～0.7

30～50

3～4

6000～8000

60～80

四：80

0.7～0.8

50～70

4～6

4000～6000

40～60

　

0.8～0.9

70～80

6～8

2000～4000

20～40

　

0.9～1.0

80～90

8～9

1000～2000

20

　

＞1.0

＞90

＞9

＜1000

OPi

0.1

lang=EN-US style='font-size:10.5pt;mso-bidi-font-size:12.0pt;font-family: 宋体'>0.2

0.3

0.3

0.10

　　模型　　　　PI=∑OPi×Pi

　　　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

1，2

PCI分类

1，2

3

4，5

RQI分类

1，2

3

4，5

1，2

3

4，5

1，2

3

4，5

处治措施

重交通

A

A，C

C，E

A

A，C

E

B

lang=EN-US style='font-size:10.5pt;mso-bidi-font-size:12.0pt;font-family: 宋体'>C，E

E

中交通

A

A，C

D

A

A，C

E

B

C，E

E

轻交通

A

A

C

A

A

E

B

C

E

SI分类

3，4

PCI分类

1，2

3

4，5

RQI分类

1，2

3

4，5

1，2

lang=EN-US style='font-size:10.5pt;mso-bidi-font-size:12.0pt;font-family: 宋体'>3

4，5

1，2

3

4，5

处治措施

重交通

A

A，E

F

A

A，F

H

B

F

H

中交通

A

A

F

A

A，F

F

B

F

H

轻交通

A

A

F

A

A，F

lang=EN-US style='font-size:10.5pt;mso-bidi-font-size:12.0pt;font-family: 宋体'>F

B

F

H

技术等级：三、四级

SI分类

1，2，3

CI类

　

　

4，5

　

2

　

5

2

　

45

1，2

3

4，5

处治措施

重交通

A

A

A，C

A

A，B

C

B

B，C

C

中交通

lang=EN-US style='font-size:10.5pt;mso-bidi-font-size:12.0pt;font-family: 宋体'>A

A

A

A

A

C

B

B，C

C

轻交通

A

A

A

A

A

C

B

B，C

C

SI分类

4

PCI分类

1，2

3

4，5

　

12

3

4，5

1，2

3

4，5

1，2

lang=EN-US style='font-size:10.5pt;mso-bidi-font-size:12.0pt;font-family: 宋体'>3

4，5

处治措施

重交通

A

A

E

A

A

E

B

C，B

F

中交通

A

A

E

A

A

E

B

B

F

轻交通

A

A

E

A

A

E

B

B

lang=EN-US style='font-size:10.5pt;mso-bidi-font-size:12.0pt;font-family: 宋体'>F

2　系统试运行结果分析??

2.1　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21.7%；良等路1327km，占36.5%；中等路824km，占22.6%；次等路429km，占13.5%；差等路206km，占5.7。%?
　　(2)路面行驶质量指数(RQI)?
　　评定里程3466km，其中：优等路69.2km，占2.0%；良等路309.2km，占8.9%；中等路597km，占17.2%；次等路1500km，占44.5%；差等路949.6km，占27.4%。?
　　(3)强度系数(SI)?
　　评定里程3586km，其中：优等路354.3km，占9.9%；良等路362.3km，占1.1%；中等路649.3km，占18.1%；差等路2220km，占61.9%。?
2.2　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

PQI

PIC

RQI

SI

SR

　

PIC

RQI

SI

SR

内江

63.3

72.1

5.7

0.5

未测量

style='font-size:10.5pt;mso-bidi-font-size:7.5pt;font-family:宋体'>广元

62.6

78.8

4.2

0.65

……

大件路

82.3

76.0

8.7

5.49

0.36

凉山

56.7

60.6

4.6

0.56

……

攀枝花

66.0

71.8

4.5

0.93

未测量

德阳

59.1

lang=EN-US style='font-size:10.5pt;mso-bidi-font-size:7.5pt;font-family:宋体'>74.6

4.8

0.31

……

雅安

59.2

63.2

5.7

0.35

……

乐山

60.3

65.7

4.7

0.64

……

绵阳

63.9

82.8

4.2

0.64

……

甘孜

55.6

49.7

4.3

lang=EN-US style='font-size:10.5pt;mso-bidi-font-size:7.5pt;font-family:宋体'>0.75

……

成都

63.2

73.9

5.6

0.5

……

泸州

58.5

69.1

3.9

0.62

……

遂宁

61.6

83.3

4.6

0.32

　

省平均

61.04

70.01

4.85

0.57

　

　　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=0.57)和路面行驶质量指数(RQI=4.85)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。