内蒙古地区高速公路沥青路面预防养护决策体系研究

　　为提升高速公路沥青路面预防养护决策水平,文章以内蒙古地区高速公路沥青路面为研究对象,对沥青路面 路况水平､病害类型分区域进行调研,确定现状路况水平､病害类型,并提出适合内蒙古地区的高速公路沥青路面预防养护 破损指标标准值,将产生预防养护需求的路面破损指标分级考虑,得出内蒙古地区高速公路沥青路面预防养护决策时机及 适用的养护措施,建立内蒙古地区高速公路沥青路面预防养护决策体系,以指导实际工程应用｡

　　关键词：路面工程;沥青路面;预防养护;养护决策;养护措施

　　论文《内蒙古地区高速公路沥青路面预防养护决策体系研究》发表在《内蒙古公路与运输》，版权归《内蒙古公路与运输》所有。本文来自网络平台，仅供参考。

　　0 引言

　　截至2023 年年末,我国公路里程达到543.68 万公 里,沥青路面因行车舒适及耐久性等诸多优点成为我 国公路的主要路面结构形式｡随着公路网规模迅速增 长和不断完善,公路建设的重心已由传统重建设轻养 护向建养并重转变｡从沥青路面全寿命周期考虑,预 防养护可有效延长路面寿命并降低路面整体养护成 本｡李巧茹等[1]针对沥青路面预防养护时机判断进行 研究,提出一种基于修复度和性能衰变的预防养护时 机决策模型,得出在养护时机相对早､路况水平相对高 的标准下进行预防养护能够获得较大的经济､环保效 益;张丽娜[2]针对季冻区沥青路面使用性能预测及养护 决策进行研究,设计了沥青路面使用性能预测模型,得 出沥青路面预防养护的最佳时机,研究结果为季冻区 沥青路面养护决策的研究工作提供了有效支撑;马子 媛[3]针对西北地区沥青路面病害特点和类型,开展了西 北地区高速公路沥青路面预防性养护时机及养护措施 的研究｡

　　已有学者对沥青路面预防养护决策时机及养护措 施选择方面开展相关研究,但内蒙古地区沥青路面的 路况水平､病害类型均呈现不同规律,采取的养护措施 亦有所不同,且预防养护的理念尚未完全深入人心,科 学合理地把握预防养护决策时机及采取适用的养护措 施至关重要｡因此,有必要研究内蒙古地区沥青路面 的预防养护决策时机及养护措施的选择,建立内蒙古 地区高速公路沥青路面预防养护决策体系,以为指导 实际养护工作提供参考｡

　　作者简介:张治强(1991-),男,内蒙古鄂尔多斯人,工学硕士,高级工程师,研究方向:公路工程。

　　1 预防养护概念及评价

　　1.1 预防养护概念

　　预防养护的概念最早由国外提出,具体定义为:在 路面结构状况良好时,通过采取有计划性和经济性的 预防养护措施达到延缓路面病害发展,进而延缓 路面大修时间的目的｡我国关于沥青路面预防养护的 定义为:针对路面性能整体良好但有轻微病害,为延缓 性能过快衰减､延长使用寿命而预先采取的主动防护 工程[4]｡可以看出,国内外关于实施预防养护的最终目 标均是为了延长道路使用寿命,节约养护资金｡

　　1.2 预防养护评价指标

　　根据《公路沥青路面养护设计规范》(JTG 5421- 2018)规定,预防养护评价指标包括破损PCI､路面行驶 质量RQI､路面车辙RDI､路面抗滑SRI,养护类型划分 采用决策树法,养护类型划分见表1｡表1 中养护类型 为预防养护并划分为三类,预防养护(第一类)因路面 抗滑性能不足产生,一般出现于隧道路面及其他特殊 路段;预防养护(第二类)因路面平整度不良产生;预防 养护(第三类)因路面破损和平整度不良产生｡在实际 工程中预防养护(第三类)最为常见,本文主要针对预 防养护(第三类)开展研究｡

　　表1 养护类型划分方法

　　| 值域范围 | | | | 养护类型 |

　　| PCI | RQI | RDI | SRI |

　　| ≥ A1 | | ≥ C |

　　| ≥ B1 |

　　| B2~B1 | - | | 预防养护(第二类) |

　　|

　　| A2~A1 | ≥ B2 | | | 预防养护(第三类) |

　　|

　　| A2 | - - | | | 修复养护 |

　　预防养护时机的选择与养护标准值的大小相关, 在缺少相关数据及经验的情况下,可参考JTG 5421- 2018推荐取值范围,养护标准值参考范围见表2｡但由 于该养护标准值是从全国沥青路面性能指标出发确定 的参考范围,未考虑内蒙古地区沥青路面地理环境､气 候特点､路况水平､病害类型等实际情况,对于沥青路 面触发预防养护不具有针对性,因此,通过对内蒙古地 区沥青路面性能指标及病害调研,确定适合内蒙古地 区沥青路面预防养护标准值的参考值｡

　　表2 养护标准值参考范围

　　| 公路等级 | 值域范围 | | | | | |

　　| | PCI | | RQI | | RDI C | SRI D |

　　| | A1 | A2 | B1 | B2 |

　　| 高速公路､一级公路 | 90 | 85 | 90 | 85 | 80 | 75 |

　　| 二级公路､三级公路 | 85 | 80 | 85 | 80 | 80 | - |

　　| 四级公路 | 80 | 75 | - | - | - |

　　2 沥青路面性能及病害调研

　　2.1 地理环境及气候特点调研

　　内蒙古自治区位于祖国的北部边疆,由东北向西 南斜伸,呈狭长形｡东西长约2 400 公里,南北最大跨 度1 700多公里｡地貌具有复杂多样的形态,西部地区 分布沙漠､丘陵､平原,东部地区分布草原､林区｡东西 部气温温差较大,夏季西部最高气温达40 ℃,东部 林区最高气温达20 ℃,冬季西部最低气温低于-25 ℃, 东部林区最低气温低于-35 ℃｡

　　2.2 沥青路面路况调研

　　内蒙古地区东部区､西部区地理环境､气候特点存 在较大差别,因此,将内蒙古划分为东部､西部区域进 行2024 年高速公路路面性能和病害调研(东部区包括 赤峰市､通辽市､兴安盟､呼伦贝尔市､锡林郭勒盟;西 部区包括乌兰察布市､呼和浩特市､包头市､鄂尔多斯 市､巴彦淖尔市､乌海市､阿拉善盟)｡路面性能指标调 研包括路面破损PCI､路面行驶质量RQI､路面车辙 RDI､路面抗滑SRI;病害调研包括病害类型､病害特点､ 养护情况,调研结果见表3｡

　　表3 路面性能指标调研

　　| 划分区域 | 路面破损 PCI | 路面行驶 质量RQI | 路面车辙 RDI | 路面抗滑 SRI |

　　| 东部区 | 83.6 | 93.7 | 92.7 | 92.9 |

　　| 西部区 | 82.3 | 92.8 | 91.5 | 92.0 |

　　由表3 可知,东部区､西部区路面破损PCI 指标平 均值分别为83.6､82.3,东部区路面路况优于西部区｡ 分析原因发现,西部区气温温差较东部区高10 ℃;西部 区依赖煤炭､稀土､钢铁等矿产资源发展经济,产生大 量货物运输需求,大型重载卡车进行频繁转运,交通量 较大,半刚性基层沥青路面在热胀冷缩循环和荷载耦 合作用下容易出现病害,表现为西部区路面破损指标 值低于东部区｡东部区､西部区路面行驶质量RQI指标 平均值､路面车辙RDI 指标平均值､路面抗滑SRI 指标 平均值均在90 分以上,说明路况水平主要表现为路面 破损,平整度､车辙､抗滑性能均处于良好水平｡

　　2.3 沥青路面病害调研

　　经过对内蒙古东部区和西部区沥青路面病害调研 发现,东部区病害类型为横向裂缝､纵向裂缝､块状裂 缝､龟裂,西部区病害类型为横向裂缝､纵向裂缝､块状 裂缝､龟裂､车辙､拱胀,东部区､西部区病害均出现于 路面行车道及超车道,其中西部区阿拉善盟､巴彦淖尔 市由于夏季温度高､温差大等原因,沥青路面出现拱 胀 病害｡路面出现拱胀病害的具体原因为路基土多为细沙,路基土内盐分积聚发生盐渍化,水稳基层受干湿循 环盐胀作用加剧路面隆起破坏,是基层温度效应与基 层､土基盐胀效应的耦合作用所致[5]｡西部区乌海市夏 季路面温度高达50 ℃,沥青路面在重载车辆和高温的 耦合作用下出现车辙｡东部区､西部区养护以灌缝､局 部修补为主,未实施预防养护,对于路面破损严重路段 实施修复养护,以恢复路面性能｡

　　3 预防养护决策时机

　　预防养护决策时机方法主要分为两类,即路面状 况触发法和最佳费用效益法｡路面状况触发法以路面 技术状况为基础,当路面技术指标下降到预定标 准时就要进行预防养护,包括破坏指数法､路面行驶质 量指数､实际路况确定法､基于时间确定法和决策树/决 策矩阵法等;最佳费用效益法对不同时间实施的路面 预防养护方案进行费用效益分析,费用效益最大的时 间即为最佳预防养护时间[6-7]｡目前,路面状况触发法 因使用方便而被广泛应用,根据《高速公路沥青路面预 防养护时机及养护措施选择的研究》,确定预防养护时 机的决策方法,即PCI 指标衰减幅度大,衰减后其值最 接近PCI 标准值上限时的年份作为实施预防养护的最 佳时机[8]｡

　　4 预防养护措施选择

　　4.1 常用预防养护措施分析

　　目前,沥青路面常用预防养护措施包括含砂雾封 层､稀浆封层､微表处､碎石封层､纤维封层､复合封层､ 超薄磨耗层､薄层罩面8种｡含砂雾封层是一种对原路 面表面喷洒沥青以密封路表面的预防养护技术,其作 用主要是封闭裂缝,防止水渗入路面内部,阻止细 料散落､软化已老化的沥青及改善路表面的功能[9],更 适用于我国南方降雨频繁且雨量充足地区｡稀浆封层 是一种由乳化沥青､细集料､填料､水和添加剂按特定 比例拌和而成稀浆状混合料,通过专用机械均匀摊铺 在路面上形成的薄层养护结构[10]｡微表处是一种由聚 合物改性沥青､粗细集料､填料､水和其他添加剂进行 拌合形成稀浆混合料,并采用专用机械设备摊铺在路 面上的薄层｡稀浆封层和微表处主要用于修复车辙病 害､提高路面抗滑､耐磨和延长路面使用寿命等｡碎石 封层是一种借助专业设备将沥青､碎石同步撒布到路 面的预防养护措施;纤维封层､复合封层是在碎石封层 的基础上加以改进的措施,其作用主要是修复裂缝､磨 损､车辙等路面早期病害,内蒙古地区预防养护应用较 少｡超薄磨耗层是一种将间断级配热拌沥青混合料与乳 化沥青相结合的一项技术,其厚度一般为15 mm~ 25 mm, 能够高效可靠地解决中轻度裂缝､路面松散､抗滑失效 等病害[11-12]｡薄层罩面是一种铺筑在原有路面上较薄 的沥青混合料层,厚度通常为1.5 cm~4 cm,主要用于 修复路面轻微病害､改善行驶性能并延长路面使用寿 命｡根据JTG 5421-2018规定,复合封层､超薄磨耗层 使用年限为3年~4年,薄层罩面使用年限为3 年~5 年, 在常用预防养护措施中,此3 种措施预期使用年限最 长｡常用预防养护措施预期使用年限见表4｡

　　表4 预防养护措施预期使用年限

　　| 养护 措施 | 含砂雾 封层 | 稀浆 封层 | 微表 处 | 碎石 封层 | 纤维 封层 | 复合 封层 | 超薄磨 耗层 | 薄层 罩面 |

　　| 时间 (年) | 2 | 2~3 | 2~3 | 2~3 | 2~3 | 3~4 | 3~4 | 3~5 |

　　4.2 预防养护适用措施

　　JTG 5421-2018 针对沥青路面预防养护PCI 标准 值给出了参考值,建议取值为90分,在PCI指标值低于 标准值时应实施预防养护,但是管养单位因养护资金 不足､PCI标准值偏高等原因未能及时对沥青路面实施 预防养护,导致沥青路面错过了最佳的预防养护时 机｡根据对内蒙古地区高速公路沥青路面性能调研及 常用预防养护措施分析,综合考虑现状路况､养护经费 因素,将JTG 5421-2018 中预防养护(第三类)中的养 护标准值A1 适当降低至89 分,A2 仍采用85 分｡因路 况水平､病害类型､严重程度有所不同,进一步将路面 破损PCI指标分级考虑,当PCI指标值分别衰减至89分 左右和87 分左右时即应该实施预防养护,并据此采用 适用的养护措施｡路面破损PCI 指标值为85 分~87 分 时,东､西部区路面预防养护采取薄层罩面养护措施, 以彻底处置路面病害,恢复路面性能;路面破损PCI 指 标值为87分~89分时,东､西部区路面预防养护均可采 取微表处､超薄磨耗层,东部区还可考虑采用稀浆封 层｡预防养护适用措施见表5｡

　　表5 预防养护适用措施

　　| 划分区域 | 路面破损PCI分级(分) | 病害类型 | 严重程度 | 适用养护措施 |

　　| 东部区 | 87~89 | 横向裂缝､纵向裂缝 | 横向裂缝为主,局部存在纵 向裂缝 | 稀浆封层､微表处､超薄磨耗层 |

　　| | 85~87 | 横向裂缝､纵向裂缝､块状裂缝､ 龟裂 | 病害分布密集,发展至面层 | 薄层罩面 |

　　| 西部区 | 87~89 | 横向裂缝､纵向裂缝 | 横向裂缝为主,局部存在纵 向裂缝 | 微表处､超薄磨耗层 |

　　| | 85~87 | 横向裂缝､纵向裂缝､块状裂缝､ 龟裂､车辙､拱胀 | 病害分布密集,发展至面层 | 薄层罩面 |

　　5 结语

　　①通过对内蒙古东部区､西部区高速公路沥青路 面性能及病害调研,得出路况水平主要表现为路面破 损,其平整度､车辙､抗滑性能均处于良好水平,东部区 路况水平要优于西部区｡路面病害类型为横向裂缝､ 纵向裂缝､块状裂缝､龟裂,西部区阿拉善盟､巴彦淖尔 市出现拱胀病害,乌海市在局部纵坡路段出现车辙｡

　　②综合考虑路况水平､病害类型因素,将内蒙古地 区高速公路沥青路面预防养护破损PCI 指标分级及定 量化,并确定预防养护决策时机｡

　　③分区考虑路面破损PCI､病害类型､严重程度,结 合常用预防养护措施适用条件,得出内蒙古地区高速 公路沥青路面预防养护适用措施为稀浆封层､微表处､ 超薄磨耗层､薄层罩面｡

　　参考文献

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　　[2]张丽娜.季冻区沥青路面使用性能预测及养护决策研究[D].哈尔滨:东 北林业大学,2022.

　　[3]马子媛.西北地区高速公路沥青路面预防性养护决策及后评价研究[D]. 兰州:兰州交通大学,2022.

　　[4]中华人民共和国交通运输部.公路沥青路面养护设计规范:JTG 5421- 2018[S].北京:人民交通出版社,2018.

　　[5]谢红战.沙漠戈壁地区水泥稳定碎石基层沥青路面拱胀机理分析及处 治建议[J].公路工程,2019,44(5):180-187.

　　[6]王中平.公路沥青路面预防性养护新技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,2015:88-104.

　　[7]邓书永,潘少萍.高速公路预防性养护最佳时机预测及分析[J].重庆工商大学学报(自然科学版),2012,29(8):69-73.

　　[8]张治强.高速公路沥青路面预防养护时机及养护措施选择的研究[J].路基工程,2021(4):138-141.

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　　[11]CHAN S,LAN B,KAZMIEROWSKI T,et al. Pavement preservation:a solution for sustainability[J].Transportation Research Record:Journal of the Transportation Research Board,2235(1):36-42.

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