道路路面预防性养护指标体系建立及标准研究

李源渊，孙建勇，张　艳

(1.天津市交通科学研究院，天津　300074； 2.中交天津航道局有限公司，天津　300450)

道路路面预防性养护指标体系建立及标准研究

李源渊1，孙建勇1，张艳2

(1.天津市交通科学研究院，天津300074； 2.中交天津航道局有限公司，天津300450)

摘要：基于预防性养护的目的及特征，结合沥青路面早期病害的类型和特征，在现有评价指标体系基础上，提出沥青路面预防性养护包括判断性指标、控制性指标、综合性指标、安全性指标在内的4级评价指标体系，并进行指标标准研究。结果表明：合适的指标标准为路面结构强度指数PSSI≥85，极限值85；车辙深度RD[5，15]，临界点10；裂缝率CR[0.4，5]，临界点2；平整度指数IRI[1.5，3.5]，临界点2.3；路面损坏状况指数PCI′[90，95]，极限值90；横向力系数SFC[40，48]，极限值40。

关键词：沥青路面；预防性养护；评价指标；评价标准

随着我国经济的发展，公路发挥着越来越重要的服务作用。公路建设完成投入使用后，为了保障良好的服务品质，需要在不同阶段对路面进行不同程度的养护维修。目前国内采用的养护措施多属于矫正性养护，是一种“坏了才修，不坏不修，坏得越严重越先修”的养护理念，与实际路面性能衰变规律之间存在较大差异，不能实现效益-费用比的最大化[1-4]。因此，如何使用最少资金使路面结构保持最佳的使用性能，并获得最长的服务寿命，实现效益-费用比最大化，已经成为当前道路养护工作者最为关注的问题。而“预防性养护”作为一种全新的养护理念，也得到了广泛关注，但却没有得到广泛的推广应用，其中一个根本原因就是没有一个科学、适宜、可以量化指导预防性养护实施的指标体系及标准约束。

本文通过建立沥青路面预防性养护指标体系，并结合实际道路状况，对适宜道路预防性养护的指标标准进行研究。

1沥青路面早期损害类型

路面早期破坏为功能性破坏，损坏发生在路面面层内，损坏原因不是结构整体强度不足，而是局部抗力不足。对天津地区各主要高速公路沥青路面表面破损检测结果表明，路面早期损害以裂缝和车辙最为广泛，而其他如坑槽、拥包、沉陷、泛油等病害占比重较小。

2预防性养护路面状况4级评价指标体系建立

表征路面性能有结构性能和功能性能2部分。结构性能指路面作为一种特殊的结构工程，在被使用过程中保持自身结构完整的能力，其主要包括路面的强度、稳定性和耐久性。功能性能指路面满足为车辆提供快速、安全、舒适和经济的行驶功能的能力，其通常包括路面的舒适性、安全性。结构性能是路面性能的基础，功能性能是路面性能的综合表征，二者紧密结合，相互影响，从而形成了路面性能的有机整体。

路面预防性养护的目的在某种意义上可以说是：在结构功能良好的前提下，修复不太严重的功能缺陷，从而保证道路良好的使用品质和服务水平，延长使用寿命。但是对于表征路面状况的若干指标而言，选取预防性养护适宜的路面状况指标体系是预防性养护研究的重要前提。

基于预防性养护的目的及特点，本文在现有评价指标体系的基础上，提出沥青路面预防性养护包括判断性指标、控制性指标、综合性指标、安全性指标在内的4级评价指标体系，以使能通过综合评价获得科学决策、科学应用的效果。

2.1判断性指标—1级指标

路面结构强度指数PSSI表征沥青路面结构强度好坏。预防性养护措施一般对原路面结构强度的作用很小，甚至无改善，而如果路面结构强度不能满足规范要求，则只能通过矫正性养护对路面进行维修。因此，要把路面结构强度作为预防性养护质量指标体系中的一个指标，即当路面结构强度满足要求时，才能进行预防性养护。本文将路面结构强度指数PSSI作为预防性养护的初级判断性指标。

2.2控制性指标—2级指标

2.2.1车辙深度RD

车辙是沥青混凝土路面一种特有破坏形式，它是在行车荷载重复作用以及气候(高温)等因素综合作用下产生的一种永久性变形，表现为沿行车轮迹带产生纵向的带状凹槽，严重时车辙两侧会有突起形变，致使路面使用性能更加恶化。随着沥青路面使用年限增加，路面抵抗车辆载荷的能力越来越差，车辙会出现加速发展的态势。当车辙达到一定深度后，车辙内的积水便不容易排除，从而会降低路面的抗滑性能，影响行车安全性，且积水慢慢向下渗透，易引发路面其他病害。因此，车辙深度RD已成为预防性养护重要控制因素。

2.2.2裂缝率CR

路面破损状况是路面养护决策的重要指标。在道路使用初期，最主要的路面破损就是裂缝，尤其是微裂缝，其是路面破损和路面病害最初始表现。随着裂缝的深入与展开，各种病害如水损坏、坑槽等随之而来，在行车荷载和水的共同作用下，沥青路面在短时间内就会发生严重损坏，且会导致基层破坏，最终导致路面使用性能下降。我国半刚性沥青路面结构的特征导致防治裂缝很困难，路面不出现裂缝几乎是不可能的；但出现裂缝之后的态度尤为关键，即必须转变观念，加强早期裂缝预防性处理。因此，应把裂缝率CR作为评价路面性能的一个重要指标。

2.2.3平整度指数IRI

平整度是路面行驶舒适性、经济性和安全性最普通且最重要的标志，其表征路面施工质量、服务水平。路面平整度不达标将从3个方面对道路及行车造成影响：1) 增加车辆振动，影响车辆的行驶质量及行车安全性；2) 对路面造成冲击，加快路面性能衰变速率；3) 不平整路面的凹陷地段容易产生积水，而路表长时间积水，则无法顺畅排走。鉴于此，如何使路面平整度保持优良状态便是现今道路管理养护部门首先需要解决的问题之一。因此，将平整度指数IRI作为预防性养护控制指标具有重要意义。

2.3综合性指标—3级指标

路面状况指数PCI可以综合反映路面的损坏类型、严重程度和损坏密度，被认为是行之有效的路面损坏综合指标，我国也将其纳入了规范。如果说PCI能反映路面的路况质量，则PCI的变化率就能反映路面性能的发展情况，这对于路面养护和维修都相当重要。

鉴于车辙和裂缝的重要性，本文已赋予其单独的控制指标。这里表征除裂缝和车辙之外的路面损坏状况，用PCI′表示。

2.4安全性指标—4级指标

横向力系数SFC表征路面的抗滑性能。路面需具有一定的抗滑性能，而路面抗滑性能是影响行车安全的主要因素。国内很多工程已经把抗滑性能作为路面性能评价指标。工程实践表明，当路面抗滑性能较差时，实施合理的预防性养护措施，的确可以有效提高路面的抗滑性能。所以，对提高路面抗滑性能而实施预防性养护要有明确的路况标准。

综上所述，基于高速公路沥青路面的早期损害类型及机理分析，并结合预防性养护的需求分析，本文提出了适用的高速公路预防性养护指标体系，如表1所示。

3预防性养护适用性指标标准确定

3.1判断性指标标准—1级指标标准

JTJ 073.2—2001《公路沥青路面养护技术规范》对高速公路沥青路面强度规定的路面强度系数SSI评价标准、按JTG H2—2007《公路技术状况评定标准》模型对应转换的路面结构强度指数PSSI和JTG H20—2007中规定的路面结构强度指数PSSI标准如表2所示[5-8]。

预防性养护虽不能提高强度，但是其必须是在保证路面结构性能良好的前提下进行。因此，预防性养护必须在路面结构强度指数PSSI评价为良及以上等级时才能实施。

为了确定符合天津市高速公路预防性养护的路面结构强度标准，本文收集了天津市京沪高速公路及津蓟高速公路运营期6年内某未经过维修处理路段处路面结构强度指数随路龄的变化曲线，如图1所示。

表1　预防性养护指标体系

表2　沥青路面结构强度PSSI评价标准

图1　路面结构强度指数衰减曲线

由图1可以看出，路面结构强度指数PSSI随路龄衰变为曲线，且呈先慢后快趋势。当PSSI≥85时，曲线缓慢下降；当PSSI下降到85以下时，其下降速度明显加快。因此，本文将PSSI=85看做一个临界点，将PSSI≥85作为实施预防性养护的标准范畴，PSSI<85则不属于预防性养护实施范畴。该指标标准处于JTJ 073.2—2001和JTG H20—2007等级为良的范畴之内，且更严格。

3.2控制性指标标准—2级指标标准

3.2.1车辙深度RD标准

采用预防性养护措施处理的车辙有一定深度限制。当车辙深度超过这个界限时，就不宜用预防性养护措施来处理。因此，本文的关键是找出适合于预防性养护措施处理的车辙发展深度以及发展速度。

JTJ 073.2—2001规定高等级公路沥青路面车辙容许深度为15 mm，其他等级公路无要求。JTG H20—2007规定的车辙深度指数RDI和其对应的车辙深度RD如表3所示。

表3　JTG H20—2007规定的沥青路面车辙深度评价标准

有关调查和试验表明，路面车辙深度是影响行车安全的一个重要因素，当路表积水深度达7.6 mm，车速超过80 km/h时，车辆有发生侧滑的危险；当路表积水深度为10 mm，车速超过100 km/h时，车轮与路面之间的摩擦系数接近于零，可认为易发生漂滑。考虑到辙槽内完全积水的概率很小，可以认为对路面行驶安全性有显著影响的车辙深度应为7.6～10 mm。此外，当车辙深度超过15 mm时，由于前轮转向性能降低和车辆横向颠簸，会使行车不适感显著增加。

结合上述分析及工程实践，本文认为预防性养护在车辙深度RD评定“差”时不适用，因此RD应不小于15 mm。又因为车辙敏感深度为7.6～10 mm，同时在前期车辙发展极快阶段，实施预防性养护对抑制由各种原因引起的车辙发展起不到好的效果，且没必要，故本文认为在车辙深度小于5 mm时可以不用进行预防性养护。本文对适宜预防性养护的车辙深度RD建议标准为[5，15]。

3.2.2裂缝率CR标准

早在JTJ 073—85《公路养护技术规范》中，裂缝率就被列为一项单独的评价指标，但之后的规范中却没有这项指标。为了得到科学的裂缝率标准，本文假设路面破损只有裂缝一种形式，从而应用路面损坏状况指数PCI指标标准来反推裂缝率标准。

按照JTJ 073.2—2001和JTG H20—2007转化的裂缝率标准如表4所示。

表4　沥青路面裂缝率评价标准

JTJ 073.2—2001和JTG H20—2007规范计算的裂缝率其指标标准差别相对较大，原因在于PCI指标标准相差较大。之所以按JTJ 073.2—2001转化的标准较低，是因为该规范是包括所有病害破损于一体的评价模型及标准，而JTG H20—2007是除去车辙病害后建立评价模型及标准，后者更接近前文“路面破损只有裂缝一种形式”的假设。基于实际工程并结合经验，裂缝存在的弊端很大，一旦出现应尽早处治的需求考虑，本文建议预防性养护在裂缝率评定“差”时不适用，即CR应不小于5%；而CR≤0.4%时处于“优”的范围，可不需要进行预防性养护。因此，本文对适宜预防性养护的裂缝率CR建议标准为[0.4，5]。

3.2.3平整度指数IRI标准

美国国家公路与运输协会(AASHTO)规范对平整度评定标准作了规定，如表5所示。

表5　AASHTO沥青路面平整度指数IRI评价标准

JTJ 073.2—2001和JTG H20—2007 中路面行驶质量RQI标准对应的平整度指数IRI标准如表6所示。

比较上述3个规范的要求，发现美国AASHTO的规范最为严格，且JTG H20—2007对IRI的要求比JTJ 073.2—2001严格。美国AASHTO规范规定路面平整度等级为良时应进行预防性养护，也就是要求路面的平整度指数IRI小于2.54 m/km。虽然平整度指数是衰变较慢的指标，但其却是影响行车舒适度的最主要指标，与道路使用者的感受密切相关，故不容忽视，应及时处理。结合我国最新规范和实际舒适度需求，本文建议适宜预防性养护的最佳平整度指数IRI的指标标准为[1.5，3.5]。

表6　沥青路面平整度指数IRI评价标准

3.3综合性指标标准—3级指标标准

有研究表明，车辙和裂缝为2类最主要路面破损类型，约占全部破损量的80%。PCI′因为不包括裂缝和车辙，从而更表现出对其他破损的表征重要性和敏感性。JTG H20—2007中沥青路面损坏状况指数PCI评价标准(包括裂缝)如表7所示。

表7　JTG H20—2007中沥青路面损坏状况指数

JTG H20—2007对裂缝标准作了规定，而裂缝计算破损率的权重由于轻重程度不同，有0.6、0.8及1.0可取，在此取折中权重0.8。PCI反推计算中剔除裂缝影响，从而得到所需的PCI′值，如表8所示。

表8　沥青路面损坏状况指数PCI′评价标准(除裂缝外)

由于预防性养护是对路面进行的早期养护，因此，本文认为高速公路沥青路面状况指数PCI′标准应控制在90到95之间，即当PCI′大于95时可不进行预防性养护，但当PCI′值一旦小于90时就需进行预防性养护。本文建议适宜预防性养护的最佳路面损坏状况指数PCI′指标标准为[90，95]。

3.4安全性指标标准—4级指标标准

JTJ 073.2—2001中规定了沥青路面抗滑能力分级评价标准及JTG H20—2007中通过路面抗滑性能SRI评价标准换算成SFC的标准，如表9所示。

在综合相关研究的基础上，并基于抗滑性能不足直接影响安全性的考虑，本文认为路面由“优”变为“良”时，沥青路面就可以进行预防性养护，所以沥青路面SFC小于48时就可以采取预防性养护措施。又因为JTG H10一2009《公路养护技术规范》规定“在满足强度要求的前提下，高速公路以及1级公路SFC<40时需加铺罩面等提高抗滑能力”，因此，本文认为当高速公路及1级公路的SFC小于40时就不适宜采取预防性养护。本文建议适宜预防性养护的最佳路面横向力系数SFC指标标准为[40，48]。

表9　沥青路面横向力系数SFC评价标准

综上所述，本文最终确定的预防性养护适用性指标标准如表10所示。需要说明的是，对于控制性指标而言，在指标标准的范围内设定了各自的临界值，并将其作为表征病害严重程度的分界点。而其他指标则必须严格遵守极限值的限制，原则上超过极限值就不再适合预防性养护。

4结论

1) 高速公路沥青路面表面破损检测结果表明，路面早期损害以裂缝和车辙最为广泛。

2) 基于预防性养护的目的及特征，提出了沥青路面预防性养护包括判断性指标、控制性指标、综合性指标、安全性指标在内的4级评价指标体系。其中，判断性指标包括路面结构强度指数PSSI，控制性指标包括车辙深度RD、平整度指数IRI、裂缝率CR，综合性指标包括路面损坏状况指数PCI′，安全性指标包括横向力系数SFC。

表10　预防性养护适用性指标体系标准

3) 预防性养护适用的指标标准分别为：路面结构强度指数PSSI≥85，极限值85；车辙深度RD为[5，15]，临界值10；裂缝率CR为[0.4，5]，临界值2；平整度指数IRI为[1.5，3.5]，临界值2.3；路面损坏状况指数PCI′为[90，95]，极限值90；横向力系数SFC为[40，48]，极限值40。

参 考 文 献

[1]ROBERT M D，JIM S. Insight s into pavement preservation [R]. Washington：Federal High way Administration，2003.

[2]胡国祥，李杰，黄敏.高速公路沥青路面预防性养护路况标准探讨[J].华东公路，2008(5)：34-36.

[3]曾峰，张肖宁.沥青路面预防性养护技术研究进展及关键问题[J].中外公路，2009，29(9)：74-80.

[4]张萌.预防性养护政策及关键技术研究[D].西安：长安大学，2008.

[5]中华人民共和国交通部.高速公路养护质量检评方法[S].北京:人民交通出版社，2002.

[6]ANDREW V B，RICK D，ANDREW S，et al. Public benefits of highway system preservation and maintenance[R]. Washington：NCHRP SYNT HESIS 330，2004.

[7]上海市公路管理处.JTJ 073.2—2001公路沥青路面养护技术规范[S].北京:人民交通出版社，2001.

[8]交通部公路科学研究院，上海市公路管理处.JTG H20—2007公路技术状况评定标准[S].北京：人民交通出版社，2008.

Establishment of Index System of Preventive Maintenance of Road Pavements and Research on Standards

LI Yuanyuan1, SUN Jianyong1, ZHANG Yan2

Abstract:Based on the purposes and features of preventive maintenance and in combination with the types and features of early diseases of asphalt pavements, this paper proposes a 4-level evaluation index system of preventive maintenance of asphalt pavement including diagnostic index, control index, comprehensive index and safety index on the basis of the existing evaluation index system, and studies the index standards. The results show that the appropriate index standards are pavement structure strength index PSSI≥85 and limit value 85; rut depth RD[5，15] and critical point 10; cracking rate CR[0.4，5] and critical point 2; evenness index IRI[1.5，3.5] and critical point 2.3; pavement condition index PCI′[90，95] and limit value 90; side-way force coefficient SFC[40，48] and limit value 40.

Keywords:asphalt pavement; preventive maintenance; evaluation index; evaluation standard

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.03.013

收稿日期：2015-09-21

作者简介：李源渊(1982-)，女，河北省保定市人，硕士，工程师。

文章编号：1009-6477(2016)03-0052-06中图分类号：U416.2

文献标识码：A