湖南省高速公路中长期性能衰变模型研究

唐一菲

湖南省高速公路集团有限公司怀化管理处 怀化 418000

0 引言

任何事物的发展变化都有一定的规律，通过长期的跟踪观测、试验和研究，在累积了大量的数据基础的前提下，运用一定的数学物理知识便可探究其规律，建立模型，运用求得的模型便可预知其发展变化趋势，以便采取科学合理的应对措施。因此，研究湖南高速公路典型路面结构的中长期性能，就是要通过对湖南省高速公路典型路面结构的长期跟踪观测数据进行深入挖掘，寻找其规律，建立符合工程实际的衰变模型。

1 路面性能数据基础

路面使用性能数据的是按照《公路技术状况评定标准》规定的采集频率和数据要求进行采集的。路面性能以公里为单位进行评价，因此路面使用性能预测样本数据的最小单元为公里。首先将采集的路面性能检测数据按照路段划分进行归类，剔除掉离散性太大的性能数据，然后对样本数据进行平均化处理。对各典型路面结构历年的养护维修记录（特别是大中修记录）进行统计，分别统计未维修路面的性能以及采取了各种养护对策后的路面性能数据PCI、RQI，以便研究各典型路面结构的原始衰变规律以及不同处治对策对路面性能衰变规律的影响。

根据湖南省高速公路往年路况检测数据结果，我们发现不同路面结构、不同交通量下路面使用性能指标的衰减幅度并不相同，所以本文提出的预测模型应该是一个参数不同的模型族，不同的模型参数适合于不同的典型性路段。

2 路面使用性能衰变模型的提出

2.1 衰变模型表达式

根据现有的路面使用性能衰变模型研究成果，结合湖南省高速工程实际，提出了一种基于余弦函数的路面性能衰变模型如式（1）所示。

式中：PPI为路面性能指数（PCI、RQI）；PPI0为初始性能指数；t为路龄。为相关参数，参数通过对历年路况检测数据线型回归求得。

t为路面使用年限，实际上对于高速公路而言，路面使用性能不可能衰减到0。《公路养护技术规范》规定PCI或者RQI衰减到80以下时就应该采取大修或改建措施。该模型无论、t如何变化PPI始终在PPI0～0之间变化。

图1 典型路面使用性能衰变曲线

2.3 路面使用性能预测模型参数的确定

虽然式（1）是非线性方程，但是可以通过以下变化，变成线性方程。将式（1）等价变换为式（3）：

对此方程采用最小二乘法进行线性回归分析，求出a、b值后，就可反算出值。

结合湖南省典型路段的路面性能年报数据，对上述模型参数进行分析计算，得到各路面结构预测模型参数。

3 基于路面使用性能衰变模型的性能预测

运用上一节提出的路面性能衰变模型，以及回归得到的模型参数，进行湖南省典型路面结构的路面性能预测，预测结果见图2-3所示。

图2 典型路面结构PCI预测图

图3 典型路面结构路面平整度（RQI）预测图

4 结论

（1）在国内外现有研究成果的基础上，结合湖南高速公路典型路面性能衰变状况，提出一种新的路面性能衰变模型，分析了模型各参数的物理意义和参数的具体解法。

（2）基于湖南省未处治路段路面性能的检测数据，对PCI、RQI指标的衰变模型参数进行计算，并运用新提出的路面性能衰变模型，对湖南省各高速典型路面的性能进行了预测。