安徽省钢桥面铺装技术状况评价研究

赵 阳，周启伟，胡德勇

(1.重庆广播电视大学,重庆 400037； 2.重庆市智翔铺道技术工程有限公司，重庆 400012)

0 引 言

路面性能评价是路面养护维修的一个重要环节，对路面现状的评价是养护维修策略选取的前提[1],国内外存在多种路面性能评价方法，主要针对公路沥青路面提出。目前，国内对于高速公路以及国省干道的路面、桥面技术状况评价基本遵照JTG H20—2007《公路技术状况评定标准》(下文简称《规范》)中对沥青路面的评价方式[2]，而钢桥面铺装与公路路面在支撑作用、病害形式、破坏机理、严重程度等方面存在较大差异，直接套用公路技术状况标准难以准确反映出钢桥面铺装的实际使用状况[3]。而现行桥梁规范中[4],只是对沥青混凝土桥面铺装的评价指标和评价标准进行了简单分类，并未建立相应的评估模型，对整体性能的评价趋向于定性描述，未建立进行详细的标准，对钢桥面铺装的技术状况评定指导有限。

针对目前钢桥面铺装使用现状评价标准的弊端,统计收集了安徽省境内主要的大型钢箱梁桥的历年检测养护数据,通过建模分析,回归拟合出适应安徽省省内钢桥面铺装的技术状况评价标准,为安徽省境内钢箱梁铺装体系的养护决策提供了科学、合理支撑。

1 桥面铺装评价指标的选择

由于钢桥面沥青混凝土铺装与公路沥青混凝土路面在使用性能要求上具有共性，即都要求具有满足行车舒适性、路面平整性能、满足行车安全性的抗滑性能、满足具有足够使用寿命的结构承载性能。在这4项指标中，对于钢桥面铺装，由于沥青铺装材料与基面结构(正交异性钢桥面板)材料之间的模量相差很大，铺装材料的弹性模量仅是钢板弹性模量的1/200左右，尽管铺装结构体系(包括铺装层次和正交异性钢桥面板)的承载能力受铺装的影响，但更多的是依赖于正交异性钢桥面板，因此，采用公路沥青混凝土路面养护规范中的结构强度指数评价钢桥面铺装的承载性能已失去了意义[5]。

基于钢桥面铺装结构体系的特点，一方面，铺装的使用寿命远低于基面结构的设计寿命，即使铺装破损到一定程度(除非坑槽、脱层)，也不影响基本的承载(行车)；另一方面，铺装破损在一定意义上是铺装层次结构强度变化的反映，因此，笔者拟采用桥面状况指数PCI、桥面行驶质量指数RQI、桥面车辙状况指数RDI以及桥面抗滑性能指数SRI4项单个指标以及铺装性能综合指标PQI对钢桥面铺装的使用质量状况进行综合评价[6]。

2 钢桥面铺装技术状况评价

2.1 铺装破损状况评价

2.1.1 破损权重

现行路面状况评价指标体系中，对于不同病害规定的路面破损权重系数w，是根据病害对于路面行驶质量的影响程度来确定的，其值反映了不同病害严重程度对路面行驶品质的影响程度。但是用于指导评价桥面铺装却缺乏一定的实际意义。故调整权重系数时要充分考虑铺装层典型病害、环境条件、交通量状况等因素，对典型病害、受外界因素影响较大，且易于引发路面病害恶化的病害应提高权重系数值，经调整后的权重如表1。

表1 钢桥面破损权重划分

注：括号内为原规范要求

2.1.2 铺装综合破损率

铺装层破损状况几乎涵盖了路面破坏的所有病害类型，大部分情况下是铺装层养护方案制定的主要依据。因此对病害的类型沿用规范中对病害的分类，并且挑选安徽省具有代表性的钢桥铺装评价路段，根据钢桥铺装历年各段落的养护措施划分各路段的养护等级，如表2。并计算这些路段的铺装层破损数据的代表值，从而建立桥面PCI评价体系。

表2 钢桥面养护措施的等级划分

为了与现行公路状况技术规范保证各级指标评价结果的形式一致性，同时为了便于做同向比较[7]，对于桥面PCI的各级指标将均采用百分制评定，评定形式如下。

桥面综合破损率DR按式(1)计算：

(1)

式中：DR为钢桥面破损率，为铺装层各种破损的折合面积之和与调查路面面积之比，以百分数表示；Ai为钢桥面破损中， 第i类破损的调查面积，m2；A为

钢桥面铺装层的实际调查面积，m2；wi为钢桥面铺装层破损中，第i类破损的权重。

桥面状况指数(PCI)的计算公式为

PCI=100-a0DRa1

(2)

根据铺装层养护措施的等级，统计挑选各铺装层历年养护措施下所对应的DR值，将其分类汇总如图1。

图1 桥面铺装不同评价等级对应的破损率范围Fig. 1 Damage rate range corresponding to different evaluation grades of bridge deck pavement

分析图1中的数据可以发现，对应于不同的铺装层养护等级，铺装层具有不同的破损率范围与之对应。由于各路段不仅仅只存在破损，养护措施的实施也不仅仅是针对破损，可能还有平整度、车辙、抗滑等病害，因此各个养护级别所对应的铺装层破损率界限值不是绝对的，直接以阀值的方式确定各评价等级的控制值会使控制值的意义不够明确。所以，课题中将采取数学统计的方法，按照不同的保证率来获取不同养护等级对应的评价界限值，具体为

(3)

根据式(3)可计算得各养护级别对应的破损率DR范围界限值(图1中的短横线)为：大修和中修界限值为7.363%，中修和小修界限值为4.334%，小修和日常保养界限值为1.291%。

综合以上分析，拟定铺装层PCI拟合数值如表3。

表3 铺装层破损指数PCI与破损率DR拟合数据Table 3 Fitting data of pavement damage index PCI anddamage rate DR

对式(2)中a0，a1进行数值回归，可建立桥面PCI回归公式及评价等级如式(4)和表4。

PCI=100-17.32×DR0.408

(4)

表4 铺装层破损指数PCI评价等级

新建立的钢桥面PCI值与规范PCI值的对比如图2，可见钢桥面PCI值与规范相比更加严谨、更加准确。

图2 本课题PCI与规范PCI曲线对比Fig. 2 The contrast diagram of the proposed PCI curve and the standard PCI curve

2.2 铺装行驶质量评价

钢桥面的平整度要求比公路路面更为严格，按照公路评价标准显然较为宽松，故为了使RQI评价结果能够指导钢桥面铺装层技术状况的评价，应根据安徽省各钢桥面铺装体系的实际情况对规范RQI评价体系进行相应的调整。

由于钢桥面使用者对行驶质量的评价带有较大的主观性，为了能对行驶质量做出统一的评价，本项目采用专家评分法，汇总不同背景专家的评价意见[7]，并且加上桥梁管养单位工程师的建议，对评价值进行平均的方法。同时对铺装层的平整度进行客观量测，通过统计分析，建立主观评价与客观量测的相关关系。以此为基础，得到对行驶质量较统一的评价。故将专家评分的结果与实测IRI的关系曲线汇总如图3。

图3 专家评分与国际平整度IRI的关系曲线Fig. 3 The relationship curve between the expert scoring and the international evenness level IRI

IRI与专家评分之间的函数关系基本符合指数函数形式，为了将值域统一在[0，100]，参考公路评价标准，将指数函数作值域修改，作为客观评价模型原型。

(6)

将实测的IRI数据与专家评分按式(6)进行拟合，拟合结果见式(7)。为了保持与PCI评价体系的一致，参考其分类标准，可建立路面行驶质量RQI评价体系，见表5。

(7)

表5 路面行驶质量指数RQI评价等级

2.3 铺装车辙性能评价

笔者同样收集了安徽省各大典型桥铺装层车辙的数据，按照维修养护的方式将其分类，如图4以确定车辙评估界限值。

图4 桥面铺装不同养护等级对应的车辙深度范围Fig. 4 Range of rutting depth corresponding to different maintenance grades of bridge deck pavement

根据式(3)所示的保证率系数公式，计算中修和大修的界限值分别为4 mm和9 mm。本课题针对以上现状，参考规范RDI形式，拟定百分制RDI值及其对应的车辙深度RD，见表6。

表6 RDI与RD拟合数据

参照规范中对车辙的计算公式，回归拟合后可建立路面车辙RDI的回归公式及评价体系，如式(8)和表7。

(8)

表7 路面车辙RDI评价等级

2.4 铺装抗滑性能评价

铺装层抗滑性能指数通过横向力系数来建立相应的评价关系，笔者搜集了安徽省各大典型桥梁抗滑检测指标，根据其维修保养方式将其分为中修、大修，以确定维修的阀值。具体汇总结果如图5：

图5 桥面不同养护等级对应的横向力系数范围Fig. 5 Range of lateral force coefficient corresponding to differentmaintenance grades of bridge deck pavement

根据式(3)所示的保证率系数公式，计算中修和大修的界限值分别为47和30。本课题针对以上现状，参考规范SRI形式，拟定百分制SFC值及其对应的抗滑性能指数SRI，见表8。

表8 SFC与SRI拟合数据

参照规范中对抗滑性能指数SRI的计算公式，回归拟合出钢桥面铺装体系SRI计算公式，根据以上回归结果，则可建立桥面抗滑性能指数SRI的评价体系，如表9。

(9)

表9 桥面抗滑性能评价等级

2.5 铺装性能综合评价

如前各单项指标所述，桥面使用性能的单项指标只能从某一个方面来反映桥面使用状况，无法从各个方面全面反映路面使用状况，从而不能综合地对桥面技术状况性能评价。因此，必须采用综合评价指标来全面反映路面使用性能。考虑到桥面使用性能的各个单项指标之间不能相互补偿，而且各指标的量纲也不同，因此，引入桥面使用性能综合指数PQI。

钢桥面铺装采用PQI作为综合评价指标，参照规范中PQI计算形式，PQI采用分项指标加权计算得出。PQI的数值范围为0～100，其值越大，铺装状况越好。

PQI=wPCIPCI+wRQIRQI+wRDIRDI+wSRISRI

(10)

式中：wPCI为PCI在PQI中的权重；wRQI为RQI在PQI中的权重；wRDI为RDI在PQI中的权重；wSRI为SRI在PQI中的权重。

笔者邀请了安徽省各大典型钢桥管养单位的专家，综合考虑典型桥面铺装检测结果，历年桥面病害、桥面养护方式等内容，采用了专家评分法对桥面技术状况评定的权重进行了相应打分[9]，其结果汇总如表10：

表10 权重专家评分结果

表10中列出了专家组成员对评价指标的影响权重判断结果。但由于专家们在认识上和经验上存在一定的差异，判断结果或多或少存在一定的偏颇。故为了消除主观影响，采用平均法对专家得出的结果进行无差别平均化，得到了各项指标的最终权重。

对桥面铺装PQI计算中各单项指标权重wPCI、wRQI、wRDI、wSRI的建议值见表11。

表11 PQI权重建议值

根据综合评定计算得出的综合评价指标PQI值，按表12确定铺装的使用质量评价等级。

表12 钢桥面铺装的综合评价标准

3 结 论

1)通过安徽省各大典型钢桥铺装体系历年检测数据及养护手段，成功回归出适用于安徽省境内钢桥铺装体系的破损、车辙、抗滑性能的评价标准。

2)针对安徽省境内钢桥裂缝类破坏特点，提出铺装体系裂缝度指标，从侧面对桥面破损程度进行补充。

3)利用专家评分调研法，建立专家评分与实测IRI之间关系，并回归出适用于钢桥铺装体系的平整度评价标准。

4)提出钢桥铺装体系PQI综合性能评价指标，并将其评价等级分为优，良，中，次，差5等，为钢桥面铺装养护决策奠定基础。

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