高速公路沥青路面养护机械优化配置与评价体系的分析

马昌勇

（中交路桥建设有限公司海外分公司）

1 引言

经历了十数年的建设，国内高速公路里程及分布逐渐完善，一方面新建公路里程不断增加，另一方面既有高速公路的维修养护作业也引起公路管理部门的关注，养护维修作业急需发展和改进。简便、迅速、高效率、高标准的完成维修养护，保证公路功能，是现在急需解决的问题。

2 沥青路面的机械化养护

高速公路沥青路面在实际运营时，因为车辆荷载与环境因素的多重作用，导致平整度、路面强度等随着时间延长逐渐衰退，进而产生裂隙、坑洞等，都将影响着车辆的正常行驶。因而保证公路路面的使用功能，才能确保高速公路通行车辆的安全稳定，保证群众日常出行的安全性和舒适性。

2.1 沥青路面状况

路面状况又称路面使用性能，具体为路面在调查及评估路面的表面状况及内在情况。按照路面状况对于车辆行驶中稳定性及舒适性的影响，把路面状况具体分为四部分：路面是否平整、强度是否达到要求、抗滑能力是否符合标准及路面是否破损。对路面状况进行评价需求的信息有：国际平整度指数、路面破损率、弯沉及横向力系数。图1为路面使用性能评价指标关系圈。

图1 路面使用性能综合评价指标图

国内将路面破损状况通常分为四类：裂隙、松散、形变及其他，具体破坏程度间表1我国沥青路面破损及其分类。

2.2 养护技术

按路面损坏类型差异及损坏程度差异，要使用不同的维修养护方式。高速公路沥青路面的养护方式有以下几种：预先性养护、矫正性养护及路面整体翻修。

2.2.1 预先性养护

预先性养护一般是能够保护路面及缓解因为车辆荷载及环境因素多重作用导致的路面状况衰退且能增加路面使用年限的措施，一般适用于为实际损坏或者只发生轻度损坏的路面。

2.2.2 矫正性养护

矫正性养护是为改善某种因素影响路面状况而使用的措施，适用于破损已经产生但是仅限于部分破损的路面。矫正性养护分为以下部分：路面裂缝修补与路面局部坑洞松散修补。

表1 国内高速公路沥青路面破损分类

图2 稀浆封层施工技术图

图3 坑洞、松散修补施工技术图

（1）路面局部坑槽松散等修补

从图3能够看出：坑槽、松散等局部修补方式难度较高，但实际施工过程中使用一台养护车即可完成作业，因此使用该方式对沥青路面进行养护比较高效简便。

（2）裂缝修补

裂缝修补作为常见的沥青路面修复作业，适用于需要进行填充修补的裂缝，主要有纵向、横向及块状裂缝和反射裂缝。对于此类裂缝，需及时进行修复作业，图4为裂隙修补技术图。

图4 裂隙修补技术图

2.2.3 路面翻修

对于路面已经产生大范围损坏，形成了全面的结构破坏，路面使用性能衰退或不能继续使用的状况，就要在特定深度范围内进行路面面层的重建工作。翻修路面过程中本着节约成本和资源的原则，一般要考虑废料再生问题。以及修复及再生方式的差异，路面翻修通常分为三类：场拌再生技术、冷铣刨-热铺技术及就地再生技术。图5为冷铣刨-热摊铺施工工艺流程图。

图5 冷铣刨-热摊铺施工工艺流程图

2.3 再生技术

再生技术主要通过对旧的沥青路面记性破坏、粉碎、再生之后将其与新沥青进行搅拌混合，从而生产出符合建设标准的再生沥青路面材料，适用于路面新建施工及养护修补工作。表2为高速公路沥青路面再生技术选择。

表2 高速公路沥青路面再生技术选择

就地再生技术有着施工进度快的优点，但相比于场拌再生，就地再生材料的质量控制难度很大，使用的机械设施也较为复杂，所以现在主要使用的再生方式为场拌再生。

3 养护机械优化配置

养护机械优化配置作为机械化养护施工体系的重要部分，直接的表现了养护机械合理使用，主要包括养护机械优化配置的实际内容、有关技术标准、要求、采用的原理及实际作业方式，进一步表现为机械化养护的质量、施工时间及施工成本的优化。

3.1 养护机械化

养护机械化，即为高速公路沥青路面的养护修复工作大部分的作业交由技术性能参数相互协作的配套机械完成。经过具体的施工组织管理，相关机械系统在既定施工环境中能靠最优技术经济方式确保养护工作的效率及指廊。机械化养护是一个系统化的工程，它受相关规定的制定、资金的多少、养护机械的选择、施工技术的选择等多方面的影响。

养护机械化强化了沥青路面养护维修设备的系统性和协调性，应在养护维修技术、路面类型、道路位置等进行参考，确立高速公路养护机群系统，系统的重点是确保养护机械充分发挥效益，但在实际施工过程中也会存在某些程序需要人工完成的现象。

①养护机械的配置选择应达到养护施工相关要求及实际施工环境条件，机械化施工一定要满足养护施工质量及效率，还要进行程序化的组织管理体制；②养护机械使用及管理过程也要满足机械使用规律，充分发挥机械的技术经济效益。做到以上两方面，才能在保证养护质量的同时，保证养护机械的效率。

3.2 养护机械设备优化配置

养护机械设备优化配置是指把机械化养护施工系统作为研究目标，通过概率统计学、随机服务理论、运筹学、模拟仿真的方式，收集、分析、计算系统参数，从而选择最佳的优化方式，促使系统的各个机械设施在技术参数达到协调作用，实际施工中相互合作，进而形成合理的、高效的、高收益的机械化养护系统。

机械化养护系统的最佳配置有几部分组成：①按照实际施工环境，选择机械系统优化配置方案；②通过分析机械系统的优化配置，对机械系统的选择，优化选择和实际条件进行决定；③确定机械系统优化配置方案。

以某高速公路养护路段年均作业量为沥青路面10cm计算，宽度为9m，施工期为四个月，按以上条件选配养护机械。

3.2.1 搅拌设备的选择

A——施工面积，m2；

H——路面厚度，m，H=0.1m；

D——沥青拌合物压实密度，t/m3，D=2.4t/m3；T——预计养护时间，T=120d；

Q——开工日系数，取Q=0.8（不考虑节假日）；L——每天平均工作时长，h，L=8h。代入数据得：P=28（t/h）。

按以上计算可得出，只需一台生产效率为30t/h的搅拌机械。

3.2.2 刨铣设备的选择

按公式QX=S（/T·k·t）计算

其中：S——需要进行刨铣的面积，m2；S=104m2；

T——预计施工期限，d，T=120d；

K——时间利用系数；

T——每日平均工作时长，h，t=8h。

假设选择的刨铣机工作性能为：刨铣宽度1.5m；刨铣速度为20m/h；刨铣深度为0.3m。

平均每天及其生产能力由 qx=b·v·h·k。由以上数据可得n=QX/qx=2。

3.2.3 摊铺设备的选择

摊铺设备选择，首先要保证的是施工质量，满足以上要求后，依据公式，摊铺工作性能要达到搅拌设备的1.3～1.5倍。因此，选择摊铺设备应选择工作能力为45t/h，摊铺宽度为4.5m的摊铺设备，所需数量为一台。

3.2.4 沥青加热设施的选择

沥青加热设备应先考察其加热性能，以茂名60沥青为标准，考虑相关施工要求，假设沥青加热设备生产能力为2.5t/h，因此可以选择供热能力为1.05·106kJ/h的加热设施。

3.2.5 压路机类型选择

压路机与摊铺设备相同，都要满足施工质量的前提。

假设现场温度为25℃，摊铺速度5m/min，路幅宽度10．75m，己选用CC21型振动压路机振动复压4遍，试确定其配备数量。

气温25℃时，设碾压作业段长为80m，由经验取压路机压实有效时间利用系数KB=0.7；碾压速度选用5km/h；又已知CC21型振动压路机的碾轮宽度b=1．4m，经计算可得需要三台压路机。

3.2.6 运料自卸车

运送车辆需常备三到四台，也可以按工程量，采用社会车辆，达到节省施工成本的目的。按有关工序，需配置5t沥青油罐车一台及4t装载机一台。

4 养护机械配置的评价体系分析

在高速公路沥青路面机械化养护方案的选择过程中，怎样对相关养护设备类型及数量的选择是复杂而重要的问题。在确定沥青路面的破损状况及交通量、研究路面养护规律、依照养护施工作业量的多少确定设施配置选择、选用合理的机械养护体系情况下，确保养护修复工作的质量、效率及效益。而对养护机械体系的研究和选择，不仅要参考技术工艺难度问题，同时要对社会、经济、施工环境等多方面的因素进行思考。大多数情况下，高速公路沥青路面养护机械配置方案的抉择要从效益、环境、环保等多方面进行考虑。配置方案不仅能达到养护施工需求，节省施工成本，获得最优经济效益，还要在施工质量及周边环境保护方面进行确保。这就是多属性决策问题。高速公路养护管理单位应按照有关评定标准，对高速公路沥青路面的机械化养护配置方案进行评定及选择。

通过属性权重数据难以预知所有事件，所以多属性决策问题特点如下：属性权重信息不完全性会导致决策方案选择的不确定性，因此，只凭借现有信息对养护机械配置方案进行选择，就会发生方案不适合实际施工状况的现象。

5 结束语

对国内高速公路沥青路面养护修补工艺及养护机械配置现状进行研究，通过分析沥青路面养护管理部门、施工单位及施工机械单位之后，发现沥青路面养护机械优化配置急需改善。随着社会的发展和技术的进步，高速公路沥青路面养护，受到施工材料和施工机械配置的进步的影响也会逐步发展，在这些环节进行把控，能够促进国内道路路面养护施工质量和经济效益，从而保证民众出行的安全性，保证民众的生命财产安全。

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[2]孟侠.高等级公路养护机械的现状及未来发展趋势[J].经营·管理，2007（02）：102～104.

[3]于辉，田跃.高速公路养护机械化配置最优化选择[J].筑路机械与施工机械化，2006（6）：5～7.