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浙江省普通干线公路预防性养护技术应用效果分析与技术比选
2022年11月22日    新闻来源:中网沥青 sinoasphalts.com    |  投稿

摘 要

通过对浙江省普通干线公路沥青路面预防性养护技术使用情况进行广泛调研,依据路况衰变数据以及现场路面状况,对预防性养护技术的应用效果进行分析。采用层次分析法(AHP)建立的4层评价体系结构,从路面性能提升、费用效益、施工和环境等4个方面对预防性养护技术进行综合比选。计算得到选定的5种预防性养护技术综合权重占比排序依次为:同步碎石封层>纤维沥青碎石封层>薄层罩面>微表处>TIT嵌固封层沥青网sinoasphalt.com。为促进预防性养护技术在浙江省推广应用,保证路面养护质量提供了数据支撑和技术比选体系。


关键词 沥青路面 | 预防性养护 | 应用效果 | 层次分析法 | 比选


普通干线公路在服役的过程中除了受结构和材料的影响外,还受环境和交通荷载的影响[1]。在多种因素作用下,往往使得路面过早出现车辙、裂缝等不同形式病害,如不及时进行养护管理,路面将在设计使用寿命前就进入大修期[2,3]。预防性养护是在公路寿命期内,通过适当的时机和合理的养护措施,延长公路使用寿命而预先采取的主动防护工程[4-6],预防性养护技术的优劣将直接影响到公路养护的成败[7]。“十三五”以来,浙江公路立足行业发展需求,在公路养护方面积极引进、消化、吸收了多种预防性养护新技术,但各种养护新技术在浙江省的工程应用效果却表现得参差不齐,因此需要对多种养护技术的应用效果进行评价以及比选,进而优选出适宜推广应用的预防性养护技术。


在养护技术的比选中,不应仅考虑经济效益指标,还需同时考虑其他指标对各项养护技术的优劣进行综合评判,优秀的养护技术应该具有路面性能高、造价低、对环境无污染等优点[8]。所以养护技术的比选是一个多层次、多属性的复杂系统决策问题[7]。层次分析法(AHP)是对一些较为复杂、较为模糊的问题做出决策的简易方法,它特别适用于那些难于完全定量分析的问题[9,10]。


本工作通过对“十三五”期间浙江省普通干线公路应用的预防性养护技术进行调研和统计,并广泛听取各实施主体的意见和建议,全面掌握预防性养护工程路段的详细信息。根据各路段的路况数据变化情况以及现场路面状况,对各项养护技术的工程应用效果进行评价,并采用AHP法综合考虑多项评价指标对各项养护技术进行比选,优选出适宜在浙江省推广应用的预防性养护技术,为进一步提升路况、保证路面养护质量提供依据。


预防性养护技术调研及比选方案


浙江省常用预防性养护技术调研


浙江省沥青路面封层类预防性养护措施主要有:纤维沥青碎石封层、同步碎石封层、TIT嵌固封层、微表处。本工作共收集22个预防性养护工程路段及其连续4年路况年检数据,其中应用纤维沥青碎石封层技术的路段有8个、同步碎石封层5个,TIT嵌固封层3个、微表处4个、3cmAC-13C薄层罩面3个,其中3cmAC-13薄层罩面是行业普遍应用的预防性养护措施,主要用于后续预防性养护技术比选工作。各项预防性养护技术基本信息见表1,表中路段编号以每项技术名称的大写首字母+数字表示,造价为2016年应用各项技术所需的价钱(不含病害处理费用),AADT为每项养护技术所对应路段交通量的均值。

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比选方案


(1)预防性养护技术评价指标


关于一项新型的预防性养护技术,经济效益是衡量其优劣的主要评价指标,可通过费用-效益分析得到。本工作选择采用等效年度费用法(EAC)进行各项预防性养护技术费用-效益的计算,其中EAC=单位成本/预期寿命[11],最小费用值所对应的预防性养护技术具有最佳的经济效益。关于各项预防性养护技术的预期寿命值,本工作利用各路段的连续4年路况数据,对PCI变化规律进行分析,选定负指数模型y=a·e-bx来对各路段所采用的预防性养护技术寿命进行预测,以PCI指数衰减到80的时间点作为该项预防性养护技术的寿命终点[12],应用相同技术的各路段预期寿命均值即为所对应预防性养护技术的预期寿命。


对于预防性养护技术的比选,本工作除了考虑经济性评价指标外,还考虑了路面采取预防性养护后的初始路面损坏状况指数(PCI)和路面行驶质量指数(RQI)、施工设备、交通干扰以及环境影响共6项评价指标,其中,PCI和RQI衡量的是养护技术对路用性能提升的程度;施工设备是指采用的养护技术是否需要专用设备,交通干扰指在施工过程中交通封闭的状态,施工设备和交通干扰衡量的是养护技术施工的难易程度;环境指标衡量的是养护技术对环境的友好程度。上述指标中路面初始PCI和RQI、EAC为定量指标,施工设备、交通干扰、环境指标为定性指标。


(2)建立比选模型


AHP法能够在两两比较判断矩阵建立的基础上,分步骤分层次地融合决策者因素与复杂的外在因素。同时,该方法可以将不同的养护技术进行相互之间的对比,从多个层次进行深入剖析,进而给出养护技术优劣排序。


本问题为4层结构,具有1个目标层,2个准则层和1个方案层。决策的目标为纤维沥青碎石封层、同步碎石封层、TIT嵌固封层、微表处、薄层罩面。准则层考虑4种因素:路面性能提升、费用效益、施工和环境,其中路面性能提升和施工准则下各有1个子准则层。路面性能提升准则下考虑PCI和RQI,施工准则下考虑施工设备和交通干扰,层次模型详见图1。

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预防性养护技术工程应用效果


纤维沥青碎石封层


本文根据纤维沥青碎石封层技术在浙江省的工程应用情况,共筛选出了8个具有代表性的工程,主要依据路面指数PCI和RQI随应用年份的变化情况以及现场路面状况,对纤维沥青碎石封层技术的工程应用效果进行评价。图2为应用纤维沥青碎石封层技术的各路段路面指数PCI和RQI随使用时间的变化情况,图中的优秀、良和中是参照《公路技术状况评定标准》(JTG5210-2018)对PCI和RQI指标的等级划分。从图2(a)可看出,实施纤维沥青碎石封层技术后,各路段的PCI指标随应用年份的增加逐渐衰减,且不同路段的PCI指标变化差异较大,总体上各路段在应用纤维沥青碎石封层技术3年后,路面状况指数PCI可以维持在良等级以上。从图2(b)可看出,各路段的RQI指标保持相对稳定,随着应用年份的增加,RQI指标值衰减速率较小,在使用3年后路面状况指数RQI大体可以维持在优秀等级以上。

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图3为应用纤维沥青碎石封层技术的路段现场路面状况,本文仅以X1、X3、X6和X8路段的现场路况进行展示。调研发现应用纤维沥青碎石封层预防性养护技术的路段路面状况良好,仅有个别存在局部病害,如局部修补、横向裂缝、网裂以及剥落等。

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同步碎石封层


对于同步碎石封层技术,共筛选出了5个具有代表性的工程。图4为应用同步碎石封层技术的各路段路面指数PCI和RQI随时间变化情况。由图4(a)可看出,实施同步碎石封层技术后,T2和T3路段的PCI指标值随应用年份的增加出现一定的衰减,但上述2个路段在应用同步碎石封层技术4年后PCI指标值扔可维持在良等级以上,对于T1、T4和T5路段,各路段PCI指标值随应用年份增加变化不大,其中T1和T5路段在应用该技术的4年后PCI指标值可维持在优秀等级以上。从图4(b)可看出,T1、T2和T5路段的RQI指标值保持相对稳定,T3和T4路段的RQI指标值随应用年份的增加出现了一定的衰减,但在应用同步碎石封层技术4年后上述2个路段的RQI指标值可以保持在良等级以上。

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图5为应用同步碎石封层技术的路段现场路面状况,本文仅以T1、T2、T4和T5路段的现场路况进行展示。调研发现应用同步碎石封层预防性养护技术的路段路面状况良好,个别路段仅存在裂缝病害以及局部修补情况。

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TIT嵌固封层


对于TIT嵌固封层技术,共选出了3个具有代表性的工程。图6为应用TIT嵌固封层技术的各路段路面指数PCI和RQI随时间变化情况。由图6(a)可知,实施TIT嵌固封层技术3年后,各路段的PCI指标值出现明显的衰减趋势,在应用该技术的第4年各路段PCI指标值已经降到了中等级。从图6(b)可看出,各路段在应用TIT嵌固封层技术之初的RQI指标值既表现的较低,RQI指标随应用年份的增加保持相对稳定,在应用TIT嵌固封层技术4年后RQI指标可以保持在良等级水平。


图7为应用TIT嵌固封层技术的路段现场路面状况,本文仅以Q1和Q2路段的现场路况进行展示。调研发现各路段路面状况良好,个别路段仅存在网裂情况。

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微表处


对于微表处技术,共选出5个具有代表性的工程。图8为应用微表处技术的各路段路面指数PCI和RQI随时间的变化情况。由图8(a)可看出,路段W4的路面PCI指标较好,在应用微表处技术4年后仍能保持优秀等级,但其他路段的路面PCI指数较差,其中W1和W3路段的PCI指标值随应用年份增加下降的最为明显,在应用微表处技术4年后路面PCI指数已经降到了中等级。从图8(b)可看出,各路段的RQI指标值随应用年份的增加基本保持稳定,且各路段在应用微表处技术3年后,路面状况指数RQI可以维持在优秀等级以上。


图9为应用微表处技术的路段现场路面状况。调研发现各路段都存在裂缝病害,个别路段还存在轻微车辙、剥落以及局部修补情况。

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预防性养护技术比选


应用AHP法对预防性养护技术进行比选,首先要对评价指标进行规范化处理,即定量指标无量纲化,定性指标定量化,评价指标中的费用指标与其他指标值取值有差异,其他指标取值越大代表越优秀,而费用指标取值越小代表越优秀。根据AHP法,确定各项预防性养护技术受路面性能、经济、施工和环境等4个方面因素影响,由专家评分法建立指标层的判断矩阵。


(1)准则层对于目标层权重计算。


对于路面性能提升、费用效益、施工和环境等4个准则的重要性排序为:费用效益>路面性能提升>施工>环境影响。则可建立判断矩阵形式如表3所示。

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(2)准则层对于准则层权重计算。


矩阵填写依据为:对于路面性能提升准则下的2个子准则的重要性,PCI>RQI;对于施工准则下的2个子准则的重要性,施工设备>交通干扰。分别建立准则层与子准则层的判断矩阵见表4和表5所示。

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(3)方案层对于准则层权重计算。


表6至表11是准则层与方案层间的判断矩阵。


(4)综合权重计算。


由上文计算结果可得到各养护方法的评价权重集,并以图10展示出。从图中可看出,各预防性养护技术综合权重排序为:同步碎石封层>纤维沥青碎石封层>微表处>薄层罩面>TIT嵌固封层。

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结语

(1)同步碎石封层和纤维沥青碎石封层技术能够满足预期使用寿命在3年以上的要求。


(2)通过考虑路用性能提升、费用效益、施工和环境评价指标,建立基于AHP法的预防性养护技术比选模型。并根据专家评分法建立的判断矩阵,计算得到综合权重占比最高的预防性养护技术。


(3)同步碎石封层和纤维沥青碎石封层技术的综合权重占比高于3cmAC-13C薄层罩面,且同步碎石封层为最佳的预防性养护技术。


声明:“本研究得到浙江省自然科学基金资助,项目编号为LQY18E080001”。

标签:技术中心今日头条沥青混凝土综合论文
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