江苏高速路网沥青路面使用性能衰减规律分析及预测

林 毅,曾 辉,刘晨东

(1.江苏省高速公路经营管理中心；2.苏交科集团股份有限公司)



江苏高速路网沥青路面使用性能衰减规律分析及预测

林 毅1,曾 辉2,刘晨东2

(1.江苏省高速公路经营管理中心；2.苏交科集团股份有限公司)

在分析江苏省高管中心所辖路网路面使用性能衰减模式的基础上，评价国内典型预测模型适用性，优选确定适合江苏省高管中心所辖路网实际状况的路面使用性能指标PCI、RDI、RQI的预测模型，为科学的制定养护方案提供依据，也为各省路面性能衰减评价及预测提供参考。

路网；路面性能；衰减；预测；模型适用性

0 前 言

沥青路面结构在交通荷载和自然因素的作用下，会出现各种病害，服务水平逐渐下降。当服务水平降低到一定程度时，就可能会对行车安全造成不利的影响，公路管理部门需要采取养护或改建措施来提高其使用性能。科学地选择养护或改建时机，确定最佳养护对策，需要了解并预测路面使用性能随时间的演变和衰减规律。以江苏省高速公路经营管理中心所辖路网为评价主体，在掌握高管中心所辖路网历年路面使用性能衰减数据的基础上，构建路面使用性能指标的预测模型，了解路面使用性能的衰变趋势，为科学的制定养护方案提供依据。

1 衰减规律提出

路面使用性能的衰减变化是一个长期复杂的过程，但归纳起来可分为三种基本衰减模式，见图1。

图1 路面使用性能常见衰减模式

图(a)为凹形曲线(先快后慢型)，路面使用性能为早期衰减快，后期变慢，这种形式在我国较为普遍，早期较快的性能衰减使路面的服务能力迅速下降，养护管理部门不得不投入较多的资金进行养护维修，以减缓其恶化速度。图(b)为凸形曲线(先慢后快型)，这种形式反映在使用初期，路面结构能力充足，有效地抵御了各种因素造成的损耗，路面使用性能衰减很慢，随着时间的推移，路面结构性的损坏(裂缝)将不断增多，这不仅降低了路面的结构能力，降低了抵抗荷载的能力，同时也增强了雨水、温度等环境因素的破坏能力，路面性能衰减越来越快。图(c)为反S形曲线。路面早期衰减缓慢，然后加剧，后期由于路面恶化严重，难以维持一定的服务能力，需增加了养护投资，减缓了恶化速率，故呈反S形。

为明确道路路面使用性能在江苏省特定的交通气候条件下的一般性中、长期发展衰变模式，选取高管中心所辖路网中2006年通车至今未实施过养护罩面的G25淮安段、G25南京段、G36江苏段为样本高速公路，分析路面使用性能衰减规律。将重点分析路面损坏状况指数PCI、路面车辙状况指数RDI、路面行驶质量指数RQI的衰减曲线模式，见图2～图4。

表1 路面使用性能衰减规律分析路段

图2 路面损坏状况指数衰减曲线

图3 路面车辙指数衰减曲线

图4 路面行驶质量指数衰减曲线

数据初步分析可知：(1)路面损坏状况指数PCI的衰减模式为凸形曲线(先慢后快型)，但随着路面破损病害被养护修复，路面损坏状况指数PCI的衰减速率将降低，衰减规律呈现为反S形曲线；(2)路面车辙状况指数RDI、路面行驶质量指数RQI呈现明显的通车车前两年快速衰减，然后衰减速度降低，呈稳定慢速衰减趋势，总体衰减规律为凹形曲线。

2 预测模型建立

(1)负指数曲线的模型：

PCI=ae-bt

式中：Y为路面性能指数(PCI、RQI等)；t为路龄, 取值为2～6；a，b为标定参数。

(2)修正S型曲线模型：

式中：Y为路面性能指数(PCI、RQI等)；Ymin为路面性能最低服务水平，取80；Ymax为路面性能最高服务水平，取100；t为路龄, 取值为2～6；a，b为标定参数。

(3)双参数模型：

PCI=PCI0{1-exp[-(α/t)β]}

式中：Y为路面性能指数(PCI、RQI等)；Y0为初始路面性能指数，取100；t为路龄, 取值为2～6；α，β为标定参数。

选取G2501南京段、G36江苏段典型路段2008年～2012年路面检测数据，回归计算模型参数的检测数据，见表2～表3。

表2 G2501南京段典型路段检测数据

表3 G36江苏段典型路段检测数据

3 预测模型性能衰减曲线拟合

3.1 路面损坏状况指数PCI

G2501南京段、G36江苏段路面状况指数PCI预测模型参数回归计算结果见图5。

图5 PCI预测模型参数回归计算结果

3.2 路面行驶质量指数RQI

G2501南京段、G36江苏段路面行驶质量指数RQI预测模型参数回归计算结果见图6。

图6 RDI预测模型参数回归计算结果

3.3 路面车辙状况指数RDI

G2501南京段、G36江苏段车辙深度指数RDI预测模型参数回归计算结果见图7。

图7 RDI预测模型参数回归计算结果

4 预测模型精度分析与比选

从相关系数分析可知，负指数、修正S型、双参数预测模型都能很好的拟合出路面使用性能衰变曲线，相关系数R2均大于0.8，相关系数不足以评价路面使用性能预测模型的优劣。为进一步比较不同预测模型的预测精确程度，通过预测模型预测2013年路面使用性能指标值，通过与实测值进行对比，分析不同模型的短期预测精度，结果见表4和图8。

表4 不同预测模型2013年预测值

图8 不同预测模型2013年预测值与实测值对比分析

从表8来看，修正S型模型预测路面损坏性能指数PCI，误差相对较小，模型精度相对较高，且修正S型预测模型的曲线形式与高管中心所辖路网路面损坏性能指数PCI衰减趋势相似为反S形曲线；双参数模型预测路面车辙深度指数RDI误差相对较小，模型精度相对较高，与高管中心所辖路网路面车辙深度指数RDI衰减趋势相似为凹形曲线；负指数模型预测路面行驶质量指数RQI误差相对较小，模型精度高，符合路面平整度指数逐步衰减的过程，呈现出凹形曲线。

5 结 论

在分析高管中心所辖路网路面使用性能衰减规律的基础上，结合现有预测模型的特点，分别对路面损坏状况指数、路面行驶质量指数和路面车辙状况构建各自的预测模型，并将预测值与实际值进行比对和精度分析，结果表明：修正S形模型较适合预测路面损坏性能指数PCI，负指数模型较适合预测路面车辙深度指数RDI，双参数模型较适合预测路面行驶质量指数RQI。

[1] 孙立军，刘喜平.路面使用性能的标准衰变方程[J].同济大学学报, 1995,23(5):513-516.

[2] 吴敏，王端宜，雷超旭.沥青路面性能预测模型研究[J].广东公路交通,2009,(1):5-9.

[3] 孔永健，TadashiFukuda.考虑年度预算约束条件下网级路面养护计划[J].日本土木学会论文集，1996，2(3):167-171.

[4] 马健.决策优化方法在选择公路养护方案时的应用[J].西安公路交通大学学报,1998.

2015-09-14

林毅(1975-)，男，江苏南通人，工程师，主要从事高速公路路面建设与养护管理工作。

U416.217

C

1008-3383(2015)12-0007-02