新疆地区沥青路面使用性能评价方法研究

2019-06-21 版权声明 举报文章

新疆地区沥青路面使用性能评价方法研究

摘要:本文以沥青路面使用性能的评价方法为研究重点,分析了评价沥青路面使用性能的各个单项指标,并根据新疆地区沥青路面的特点,结合新疆特殊气候环境特征,对部分单项评价指标进行了改进和完善,提出以路面破损状况指数、路面结构强度指数和行驶质量指数作为新疆沥青路面使用性能评价的主要指标,对各分项指标权重系数的选取提出建议值。

关键词:路面使用性能评价;气候特征;权重

中图分类号:X734文献标识码: A

0 前言

随着我国交通事业的发展,公路建设已逐渐由“重建设,轻养护”转向建养并重。随着国家西部大开发战略的实施,新疆的公路交通事业取得了前所未有的成果,目前,围绕国道主干线的道路等级改造已相继完成,遍布全疆的公路网络化建设已全面展开,一个以国道干线为骨架、以地州中心城市向外辐射的干线公路为分支、以沟通城乡的县乡道路为脉络,干支结合、布局合理的公路运输网正逐步形成。从新疆目前的情况来看,公路建设仍以一次性投资为主,缺乏对路面寿命周期内使用性能的分析研究,对路面建成后的养护和管理也缺乏系统性和针对性,为制定经济、合理的维修养护方案,亟需对现有路面技术状况进行科学、合理的评价。这种评价必须结合实际路况和日后的养护计划,以便养护管理部门根据统一标准合理分配养护资金,并最大限度地利用道路剩余使用性能。

1 沥青路面使用性能评价内容及其指标

自Carey和Irick在1960年提出服务能力-使用性能概念以来,路面使用性能的范畴发生了很大变化。目前,评价内容及对应指标之间的关系如图1所示:

由图1可知,路面使用性能的评定可以分为两个部分:路面结构状况和路面功能状况。路面结构状况评定主要是路面破损状况、路面承载力及路面抗滑性能,路面的这部分功能为使用者提供了最基本的通行保障服务;功能评定主要是指路面的行车舒适性(主要与路面平整度有关)。对于新疆等经济欠发达地区,路面使用性能评价的重点应首先确保道路能够提供最基本的通行服务,而对于道路所提供的行车舒适性,则要与当地的经济发展水平相适应。

2 沥青路面使用性能单项评价指标

新疆地域辽阔,公路里程较长,路网基础设施建设投入较大。在基本路网建成后,仍需大量资金用于养护维修。目前,新疆路面结构类型主要采用半刚性基层沥青路面,而新疆属于典型的大陆性干旱气候,冬季寒冷,夏季炎热,春、秋季气候变化剧烈,恶劣的气候条件使得新疆的沥青路面使用性能衰变速率加快,许多既有沥青路面已进入维护阶段,在养护资金还不十分充裕的情况下,关键问题在于利用有限的资金去养护那些最需要养护的路段。解决这一问题就需要对现有路况进行科学评定,从而提出合理的养护措施,使得路面在整个寿命周期内达到最佳费用效益比。为了能够更好的指导实践,笔者结合新疆的气候、交通特点,筑路材料性能,选取路面破损状况指数、路面结构强度指数和行驶质量指数作为新疆沥青路面使用性能评价的主要指标。

2.1 路面破损状况评价

路面破损状况是由损坏类型、严重程度及损坏范围来表征,主要反映了路面的完好程度。病害产生的原因是多方面的,主要是行车荷载作用,而环境因素则起到加速破坏的作用,因而产生的破损状况也不同。常见的路面破损类型主要分为4类:裂缝类、松散类、变形类及其它类。不同的损坏类型对路面使用性能产生的影响程度也不同,所以,需要对各种损坏类型按严重程度分级。对此,公路沥青路面养护技术规范(JTJ073.2-2001)给出了路面破损换算系数。

鉴于新疆特殊的气候特征:干旱、光热丰富、降水稀少,对于规范中这一部分内容在新疆地区的施行,应当提出相关补充规定。新疆大部分地区昼夜温差较大,许多地区最大气温日较差在20℃-25℃之间,加快了沥青路面的疲劳损坏;新疆全年日照时间为2550至3600小时之间,居全国前列,丰富的光热加速了沥青的老化。基于以上原因,新疆大部分沥青路面频现龟裂、网裂、块裂等损坏类型。新疆大部分地区冬季寒冷,夏季炎热,极端的气候对沥青路面产生反射裂缝、温缩裂缝等病害起到加速破坏作用。在对新疆沥青路面进行调研过程中,也证实了新疆地区沥青路面破损最主要的就是裂缝,特别是二级及以下公路,路面综合破损率一般都在5%以上。但新疆大部分地区干旱少雨,路面出现这类破损后,诱发其他病害的几率很低,若一味追求路面达到较好的完整性,一方面,这几类破损修复后在极端气候条件下所能维持的时间很有限,经济效益不好;另一方面,从新疆现有状况来看,公路建设仍是以一次性投入为主,公路里程较长,有限养护资金显得捉襟见肘。因此建议:对于新疆沥青路面使用性能的评价,龟裂、块裂、横向裂缝的路面破损换算系数应该降低,使得路面使用性能的评定结果与路面实际提供的使用性能相符合。

路面破损状况采用路面破损率DR来反映,以路面状况指数(PCI)为评价指标,即:

式中:-路面破损率;-调查路段内折合破损面积;-调查路段路面总面积;-第类损坏、类严重程度的实际破损面积;-第类损坏、类严重程度的换算系数。一般情况下,值越大表明路面状况越好。

2.2 路面结构强度评价

路面结构强度与路面破损之间存在着内在联系,路面结构强度评价的目的是确定路面的剩余使用寿命,即到达预定损坏状况之前还能使用的年数或能承受标准轴载作用的次数。通过对路面结构强度的评定,可以判断路面的完整性及损坏的发展程度,并以此制定补强或养护措施。沥青路面强度评定通常采用无破损弯沉测量进行,以调查路段代表弯沉值表征,以路面结构强度指数(PSSI)作为评价指标。路段代表弯沉值可依据公路沥青路面设计规范(JTG・D050-2006)的有关规定来计算。

2.3 行驶质量评价

路面行驶质量关系到行车的安全性、舒适性以及经济性,是道路所能提供服务能力的最直接体现。对路面行驶质量的评价,应综合考虑三个方面:1.路面平整度;2.车辆悬挂系统;3.人对震动的接受程度。从道路方面讲,主要是路面平整度,其测定方法主要分为三类:断面类、反应类和主观评分类。因其测量工作量较大,宜采用操作简单并可快速检测的反应类仪器,建立测定结果与标定路段参照平整度之间的标定方程,选用与反应类仪器测定结果有最大相关性的国际平整度指数(IRI)来表征路段的平整度。路面的平整度用路面行驶质量指数(RQI)评价,按下式计算:

式中:-国际平整度指数,-模型参数。

3 路面使用性能综合评价

路面抗滑性能主要与汽车时速、路面表面特性及潮湿度有关。因新疆属于典型的大陆性半干旱气候,且筑路材料坚硬、耐磨性好,所以,在对新疆沥青路面使用性能进行综合评定时,不考虑抗滑性能的影响。

沥青路面综合评价采用PQI作为评价指标,由各分项指标加权计算所得。即:

其中P1、P2、P3、P4为各个分项指标的权重系数,在公路沥青路面养护技术规范(JTJ073.2-2001)中,给出了各个分项指标权重系数的建议值,各权重指标的取值可根据各地区的实际路况水平和养护对策在建议范围内适当调整。但笔者认为对全国的公路使用性能综合评价都采用同一种权重是不能够反映不同地区交通组成及气候条件差异,尤其是对于新疆地区,地域辽阔,气候条件特殊。因此建议:对于新疆沥青路面综合评价分项指标权重的选取,应根据公路自然区划分别赋值。对新疆南疆干旱高温地区二级公路权重建议值如表1:

表1 新疆南疆干旱高温地区二级公路权重建议值

4 结论

(1)结合新疆的气候、交通特点,筑路材料性能以及社会经济发展状况,选取路面破损状况指数(PCI)、路面结构强度指数(PSSI)和行驶质量指数(PQI)作为新疆沥青路面使用性能评价的主要指标。

(2)新疆大部分地区干旱少雨,路面出现裂缝类破损后,诱发其他病害的几率较低,因而对新疆沥青路面使用性能进行综合评定时,应降低PCI指标的权重,使评定结果更符合实际路用性能。

参考文献:

[1]谢君平,陆键,项乔君,戈权民.高等级公路沿线设施养护质量评价方法研究[J].公路交通科技,2008(8)

[2]JTJ073.2-2001 公路沥青路面养护技术规范 [S].人民交通出版社,2001

[3]姚祖康,孙立军,胡东明,李舜范.沥青路面使用性能评价[J].土木工程学报,1989(8) [4]JTG H20-2007 公路技术状况评定标准 [S].人民交通出版社,2008

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