重载交通高速公路大中修养护方案经济性分析

陈 涛,洪盛祥,蔡海泉

(苏交科集团股份有限公司，南京 211100)

近年来，随着国民经济和民众生活水平日益提高，机动车保有量逐年上升，截至2017年，全国机动车保有量已达到3.101亿辆[1]。机动车保有量增加的同时，高速公路交通量也逐年上升。为了适应交通发展需求，部分双向4车道、双向6车道高速公路将扩建成双向8车道。

高速公路上车辆行驶速度快、车流量大，大中修养护施工和交通组织较为困难[2]，双向8车道重载交通高速公路由于车道多、交通量大、路况复杂等因素，大中修养护施工时交通组织极为困难，同时，不同的养护方案对交通组织方式、收费营收和车辆通行的影响不同，所带来的经济性影响也不相同，这就对养护方案设计提出了更高的要求[3]。目前，国内对高速公路大中修养护方案的经济性研究，大多是关于普通高速公路的养护方案经济效益和社会效益分析[4]，从经济性角度对双向8车道重载交通高速公路养护方案相关研究较少。因此，有必要针对双向8车道重载交通高速公路大中修养护方案的经济性进行研究，综合考虑养护成本经济性、交通组织方式经济性和收费营收经济性等因素，比选出经济性最优的养护方案。

本文以双向8车道重载交通沪宁高速公路江苏段为研究对象，从经济性角度出发，对工程常用养护方案的养护成本、交通组织方式经济性和施工封闭收费损失进行比较分析，以综合经济性评价指标比选经济性最优的养护方案，旨在在经济性方面为双向8车道重载交通高速公路制定大中修养护策略提供借鉴和参考。

1 养护方案设计

目前重载交通高速公路大中修养护主要采用铣刨重铺和加铺罩面两种方式。一般而言，双向8车道重载交通高速公路，常见大中修的养护方案是双车道维修或者半幅维修，而大中修中单车道(如第二车道)大面积封闭养护方式因其交通组织困难较为少见[5]。

双向8车道重载交通高速公路第一、二车道主要为客车通行，第三、四车道为货车通行，由于货车重载作用，通常第三、四车道路况相对较差，第一、二车道路况相对较好，因此铣刨重铺方案往往是第三、四车道同时维修养护，相比分车道养护，可减轻交通组织带来的经济、安全和出行等方面的压力。高速公路管养单位对路面出现的病害养护及时，养护技术也在持续进步，因此相比低等级道路，高速公路路况保持良好，大中修养护很少出现铣刨重铺3层的养护策略，重载交通高速公路大中修铣刨重铺主要是铣刨重铺单层和双层的方案。江苏省重载交通高速公路大中修加铺罩面目前主要是2～3 cm 薄层罩面和4 cm左右普通罩面。

因此，结合目前国内高速公路养护方式和养护材料，本试验设计了4种大中修养护方案，大中修养护方案如表1所示。

表1 大中修养护方案

2 养护成本经济性比较

加铺罩面养护方式可以同时解决半幅全断面路面的车辙、抗滑性不足、平整度不足等常见病害[6-7]。铣刨重铺养护方式虽然也可以解决上述问题，且单车道的铣刨重铺方式初期养护成本比半幅加铺罩面成本低，但是铣刨重铺只能解决铣刨重铺车道的病害，随着同断面未进行铣刨重铺车道的路况逐年衰减，后期仍然要对同断面未进行铣刨重铺车道进行养护维修，投入养护资金[8]。铣刨重铺和加铺罩面两种养护方式各有优势，但长远的经济效益不尽相同。

本节主要测算分析期内不同养护方案管理部门的养护总成本，包括初期建设费用、养护工程费用和路面残值，见式(1)。由于不同养护方案的日常养护费用差距较小，本文不作考虑。

MTC=IMC+MEC-SV

(1)

式中，MTC为分析期内养护总成本，元；IMC为分析期内初期养护成本，元；MEC为分析期内养护工程成本，元；SV为路面残值，元。

结合沪宁高速公路养护管理的历年工程实际经验，铣刨重铺单层养护方式的使用寿命约为5年，铣刨重铺双层养护方式的使用寿命约为8年，加铺2.5 cm SMA-10沥青混合料罩面养护方式的使用寿命约为6年，加铺4 cm SMA-13沥青混合料罩面养护方式的使用寿命约为10年。本试验计算经济成本，分析期取15年，路段长度为4 km。

2.1 初期养护成本

为分析不同养护方案的经济性，首先对不同养护方案的初期成本投入进行测算。养护材料、施工等费用指导价格参照《江苏高速公路养护费用指标使用手册》[9]，该价格标准是目前指导江苏省高速公路制定养护规划设计编制资金预算的参考性文件。

假设不同养护方案路段维修长度均为4 km，单车道宽度取3.75 m，半幅路面宽度取19 m(路缘带0.75 m+4个车道宽度共15 m+应急车道3.25 m)，废料和新混合料运输距离均取80 km，SMA-10沥青混合料单价参考SMA-13沥青混合料单价。

铣刨重铺方案初期养护成本如表2所示。加铺罩面方案初期养护成本如表3所示。

表2 铣刨重铺方案初期养护成本

表3 加铺罩面方案初期养护成本

根据养护单价及养护方案工程量计算养护方案初期成本，如表4所示。

表4 养护方案初期成本

2.2 分析期养护工程费用

在分析期内，不同养护方案在寿命末期需要对路面进行再次养护。假设初期第一、二车道路况指标良好，铣刨重铺第三、四车道两种方案8年后需要再对第一、二车道进行养护。铣刨重铺双层寿命末期用铣刨重铺单层方式再次养护，其他养护方案在寿命末期仍采用初期养护方式进行养护。不同养护方案分析期内养护工程时间如表5所示。不同养护方案分析期内养护工程费用如表6所示。

表5 不同养护方案分析期内养护工程时间

表6 不同养护方案分析期内养护工程费用 (万元)

2.3 分析期末路面残值

由于确定的分析期并不一定与路面的自然寿命期重合，分析期末并不意味着道路停止使用[10]，因此，在分析期末，路面还会继续承受车辆荷载作用，该部分剩余价值即为路面残值。路面残值按照路面养护后剩余寿命占预期使用寿命的比值进行测算。

分析期内养护方案路面残值计算公式如式(2)所示。

SV=(1-LA/LE)Cr

(2)

式中：LA为最后一次养护的施工年份到寿命末(或分析期末)的年数，年；LE为该养护方案的预期使用寿命，年；Cr为最后一次大中修养护费用，元；SV为路面残值，元。

路面残值计算示意如图1所示。

图1 路面残值计算示意

根据式(2)计算养护方案分析期末路面残值，如表7所示。

表7 养护方案分析期末路面残值

2.4 分析期养护总成本

分析期养护总成本按照式(1)进行计算，养护总成本分析如表8所示。

由表8可知，从不同养护方案分析期内养护总成本来看，方案四投入成本较少，全断面处治病害的同时，其长远的经济成本较低，其次是方案一和方案三，方案二养护方案分析期内成本投入较大。

表8 养护总成本分析 (万元)

方案三和方案四加铺罩面方案，虽然初期养护成本投入比方案一和方案二多，但是从长远角度看，应用方案四道路使用寿命较长，整个分析期15年内仅需一次养护维修，方案四分析期养护总成本相对较低，因此，推荐方案四为重载交通高速公路大中修养护方案。

3 交通组织方式经济性比较

大中修路面养护施工封闭期，施工车道封闭将影响车辆通行，同时影响运营者营收利益和使用者出行[6]。因此，结合重载交通高速公路养护施工封闭运营者收费损失结果，对不同的交通组织方式经济性进行比选分析。

基于4种养护方案，根据双向8车道重载交通沪宁高速公路养护工程实际经验，得出铣刨重铺和加铺罩面的交通组织方式，交通组织方式如表9所示。双车道铣刨重铺养护为封闭双车道一次性施工，若采用单车道封闭分两次施工，交通组织困难，且影响行车安全。

表9 交通组织方式

加铺罩面有两种交通组织方式，首先对这两种交通组织方式进行经济性分析。根据施工单位养护经验，加铺罩面施工封闭期如表10所示。

表10 加铺罩面施工封闭期

从交通组织方式可以看出，不同的交通组织方式主要是对货车通行产生不同影响，因此通过货车减少量测算交通组织方式对收费的影响。

封闭双车道的交通组织方式以沪宁高速公路宁沪方向货车绕行数量测算，货车载重按照每种车型标准的上限值计算，收费标准参照2019年江苏省一般联网高速公路收费标准。高速公路货车收费标准如表11所示。

表11 高速公路货车收费标准

假设施工路段位于苏州工业园至正仪枢纽互通断面，互通里程约4 km。综合沪宁高速公路近几年的交通量增长率，苏州工业园至正仪枢纽断面交通量如表12所示。

表12 苏州工业园至正仪枢纽断面交通量

以2019年交通量测算封闭施工影响的货车交通量，实施路段长度4 km的罩面养护施工，加铺罩面方式施工封闭期收费损失如表13所示。

表13 加铺罩面方式施工封闭期收费损失

由表13可知，封闭半幅罩面施工的交通组织方式造成的收费损失比封闭双车道的方式低。因此，针对加铺罩面方案的收费损失采用交通组织方式②进行分析。

4 运营者收费营收损失比较分析

大中修路面养护施工封闭期，施工车道封闭将影响车辆通行，进而影响运营者营收利益，而双向8车道重载交通高速公路交通量大，施工封闭期收费影响更明显[11-12]。因此，根据施工封闭期间交通组织方式和工期，测算车辆绕行造成的收费损失，从而分析不同养护方案施工期对运营者收费营收的影响。初步提出收费损失计算式，如式(3)所示。

TTL=∑TL

(3)

式中，TTL为分析期内养护封闭施工收费总损失，元；TL为每次养护封闭施工收费损失，元；AADTi为封闭施工影响的i类车年平均日交通量，pcu/d；Ci为封闭施工影响i类车收费标准，元。

根据施工单位养护经验，不同养护方案封闭施工工期如表14所示。铣刨重铺养护方式需提前2 d进行预处理，相比加铺罩面养护方式施工慢。

表14 不同养护方案封闭施工工期

根据上述收费标准和2019年交通量，测算分析期内初次养护不同方案在初期施工封闭期造成的收费损失，初期养护施工封闭期收费损失如表15所示。

表15 初期养护施工封闭期收费损失

在分析期15年内，初期养护后养护方案寿命末期仍然要再次养护。根据前文分析，方案一(双车道铣刨重铺单层)15年内共实施4次；方案二(双车道铣刨重铺双层)15年内共实施3次，其中1次为铣刨单层方式养护；方案三(半幅加铺2.5 cm SMA-10沥青混合料罩面)15年内共实施2次；方案四(半幅加铺4 cm SMA-13沥青混合料罩面)15年内共实施2次。

随着交通量逐年增长，封闭施工导致的收费损失相应发生变化。根据上述未来交通量预测结果，由式(3)测算15年分析期内再次养护施工收费损失，如表16所示。

表16 分析期内再次养护施工收费损失

由表16可知，在15年分析期内，方案三、方案四施工封闭期造成的收费损失较小，其次是方案一，方案二封闭施工造成的收费损失较大。

5 不同养护方案经济性比较

结合前文分析期养护成本及收费营收损失分析结果，初步提出养护方案经济性成本评价指标：效益成本(benefit cost, BC)，计算公式见式(4)。

(4)

式中，BC为效益成本，元/年；MTC为分析期内养护总成本，元；TTL为分析期内养护封闭施工收费总损失，元；t为分析期，年。

通过效益成本指标评价养护方案的经济性，不同养护方案经济性分析如表17所示。

表17 不同养护方案经济性分析

由表17可知，加铺4 cm SMA-13沥青混合料罩面(方案四)效益成本较低、经济性较好，效益成本仅为126.644 7万元/年，其次分别是铣刨重铺单层(方案一)和加铺2.5 cm SMA-10沥青混合料罩面(方案三)，铣刨重铺双层(方案二)的效益成本较高、经济性较差。

6 结论

本文以双向8车道重载交通沪宁高速公路江苏段为研究对象，从养护成本、交通组织方式和收费损失等方面，对重载交通高速公路大中修养护方案经济性进行比较分析，得出以下结论：

(1) 通过分析双向8车道重载交通高速公路大中修养护方案分析期内养护总成本和收费损失，提出效益成本(BC)评价指标，以评价养护方案的经济性。

(2) 加铺4 cm SMA-13沥青混合料罩面寿命较长，整个分析期内投入成本较低，交通组织的收费损失也相对较小。以效益成本评价，加铺4 cm SMA-13沥青混合料罩面(方案四)效益成本最低、经济性较好，优于加铺2.5 cm SMA-10沥青混合料罩面(方案三)，同时优于铣刨重铺方案(方案一和方案二)。双向8车道重载交通高速公路加铺罩面养护交通组织，宜采用半幅封闭，另一侧双向客车通行、货车绕行的方式进行施工。

(3) 铣刨重铺方案的经济性不如加铺罩面，其中铣刨重铺单层的经济性相对铣刨重铺双层较优。双向8车道重载交通高速公路双车道铣刨重铺方案的交通组织方式，宜采用双车道封闭同时施工，施工方向仅客车通行、货车绕行的方式进行。