基于PQI指标的沥青路面技术状况预测研究

于忠庆

(龙建路桥股份有限公司华南分公司，黑龙江 哈尔滨 150090)

1 沥青路面破坏形式及技术指标变化

1.1 沥青路面破坏形式

(1)裂缝类

裂缝主要的表现形式有：龟裂(网裂)、横纵向裂缝等。影响裂缝产生的因素有组成结构原材料的特性、环境因素、公路等级、车辆荷载以及施工工艺等，路面结构材料较优、环境条件适宜、车辆荷载较低、采用先进的施工工艺均会降低沥青路面产生裂缝的几率。裂缝类病害也是沥青路面的主要破坏形式，如沥青路面产生裂缝不能及时妥善处理，会造成裂缝继续扩张，同时外界水分等不良因素会对路面结构层产生更大的破坏，因此，当路面裂缝发展到一定程度或刚刚产生时应立即妥善展开养护维修工作。

(2)变形类

沥青路面变形类破坏的主要表现形式有沉陷、车辙、波浪拥包等，产生原因主要在于路面基层结构承载能力不足、车辆的重复荷载、沥青混合料的高温稳定性较差。变形类破坏会降低车辆行驶的安全性，当车辆运行速度越快，所引起的不安全性也越大；变形量过大也会在行车过程中产生颠簸，造成驾驶员的不适，影响车速；同时变形类破坏也会使沥青路面在下雨天产生积水现象，使得沥青路面产生变形类破坏与水损害耦合导致沥青路面加速破坏。变形类损坏也是沥青路面较为突出的损坏形式，现已被广泛重视。

(3)其他类

其他类损坏形式其产生原因没有很明显的共同特点，如坑槽、松散、泛油、修补等。坑槽产生的原因可能在于局部沥青路面施工质量不良、含水量过大，造成沥青路面局部位置率先产生坑槽，随着车辆荷载作用坑槽不断扩大。松散产生的原因可能在于沥青与石料粘结力不足或沥青路面在低温环境下施工使沥青不能很好的与集料结合造成松散。造成泛油的原因可能是混合料中沥青含量过高，或者是低温季节的铺装导致路面失去了太多的填隙材料。当环境温度升高时，矿料在荷载作用下被挤压，沥青向上运动泛出，导致路面出现油层。这些均属于沥青路面的破坏形式，均对沥青路面技术状况产生不良影响。

1.2 沥青路面技术指标变化

沥青路面技术指标会随着时间的延长，沥青路面的技术指标逐步下降。有研究表明，沥青路面在其使用年限的前3/4的时间内路面技术状况下降了2/5左右，而在随后的12%的时间内路面技术状况出现了加速下降的趋势，再次下降了2/5。相应的一些研究者针对预防性养护进行探究，对一般的高速公路沥青路面，若在早期展开预防性养护，只需对路面进行稀浆封层表面处治，若待到中期再展开预防性养护，则需要对路面进行罩面处理，其养护成本比早期提高了好几倍。因此确切地预测沥青路面变化状况，采用预防性养护措施，对沥青路面合理的进行养护将在沥青路面整个运营周期起到至关重要的作用。

1.3 沥青路面的PQI指标

根据《公路技术状况评定标准》(JTG h20-2007)规范的规定，沥青路面使用性能指数(PQI)作为评价沥青路面状况的指标，沥青路面使用性能指数(PQI)是由路面损坏状况指数PCI、路面行驶质量指数RQI、路面车辙深度指数RDI、路面跳车指数PBI、路面磨耗指数PWI、路面抗滑性能指数SRI和路面结构强度指数PSSI七个指标共同决定，PQI计算公式为式(1)。

PQI=wPCIPCI+wRQIRQI+wRDIRDI+wPBIPBI+wPWIPWI+wSRISRI+wPSSIPSSI

(1)

式中：wPCI、wPQI、wPDI、wPBI、wPWI、wSRI、wPSSI分别为对应指标在PQI中所占权重。

2 基于PQI指标的沥青路面技术状况预测

我国以沥青路面PQI指标作为评价沥青路面状况的指标，掌握PQI的变化情况就能及时了解路面所处状况，在恰当的时机对路面进行养护维修使路面维持在较好等级。本文选取哈大高速公路某段历年PQI指标对沥青路面技术状况进行分析研究。

2.1 哈大高速沥青路面使用性能状况

根据调查收集到哈大高速历年来PQI指标见表1、如图1所示。

表1 哈大高速沥青历年PQI指标

图1 PQI指标变化曲线图

从图1中可以看出哈大高速在改建后PQI指标一直处在较高水平，随着运营通车年限增加PQI指标逐渐降低；在2014年PQI指标较前一年明显提高，经调查得知是因为管理部门对哈大高速进行了适当的养护维修。通过图1可以得出养护维修能快速有效的提升路面性能指数，但改善效果无法达到路面竣工验收时的状况，该结果对后面沥青路面性能预测提供重要依据。

2.2 沥青路面使用性能变化预测

从图1可知2013年哈大高速进行了养护维修，为使路面性能预测期内进行正常养护，所以选择2011年和2014年PQI进行预测。哈大高速公路在2009年完成改建工程，因此假定哈大高速沥青路面2009年建成后的PQI为100，用这三个具有代表性的年份预测未来设计年限内的路面PQI指数变化情况。采用不同拟合方程，对三个代表年份的PQI指数进行拟合，拟合情况如图2所示。

图2 哈大高速历年PQI拟合图

根据图2拟合曲线，对沥青路面PQI指标进行预测，不同拟合函数，得到不同预测值，预测结果见表2，如图3所示。

表2 历年PQI拟合预测数据

图3 哈大高速历年PQI拟合预测

分析预测的历年PQI值，结合2014年实际数据，从图3中可看出多项式拟合出现明显不合理，所以将其剔除后采用其他多项式拟合预测哈大高速PQI指标。将不同拟合形式按拟合接近程度进行排序，关系为对数函数=乘幂函数>指数函数=线性函数，因此取其中两个代表函数进行预测，预测结果见表3。

表3 哈大高速历年PQI预测数据

由于众多因素不确定性，本文根据拟合吻合程度R2的大小，对预测数据进行总结，有53.26%情况下，哈大高速到2017年指标为93.9，有46.74%情况下，哈大高速到2020年指标为92.8。按照PQI评价指标，此时哈大高速沥青路面使用状态仍然处于优良状态，根据拟合指标R2大小可以得到，在正常养护条件下PQI指标随运营年限成对数关系变化。

4 结 论

沥青路面随着运营时间增加，在环境、车载等条件作用下会出现不同程度病害，分析病害产生的原因将其归纳总结成三类破坏形式：裂缝类、变形类、其他类。

沥青路面技术状况指数PQI由PCI、RQI、RDI、PBI、PWI、SRI和PSSI七个指标共同决定。

随着运营通车年限增加PQI指标逐渐降低，当进行适当养护维修后PQI指标有明显的提高，但不能恢复到竣工最初的指标。

根据哈大高速公路历年的PQI指标预测，在正常养护维修条件下，PQI指标随运营年限成对数关系变化。