高速公路沥青路面养护管理决策优化研究

李靖

摘要  为了提升沥青路面养护决策质量，文章总结了常用养护决策方法的特点，基于PCI指数建立数学模型来预测路网内高速公路养护实际，并提出了养护资金分配方法。同时，以某高速公路项目为依托，对微表处技术和超薄磨耗层技术进行综合比选，制定了养护方案，并对养护后的运营效果进行评价，研究成果可为类似项目的养护决策提供理论指导。

关键词 高速公路；沥青路面；养护决策；PCI指数；工程实例

中图分类号 U416.217 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2023）16-0171-03

0 引言

沥青混合料具有噪声小、行车舒适、养护简单等优势，在高速公路项目中应用广泛。但是，沥青路面在车辆荷载的反复作用下，容易出现裂缝、车辙、沉陷、坑槽等病害，降低沥青路面的服务水平，严重的可能导致交通安全事故，危及司乘人员的安全。鉴于此，高速公路管养单位需对沥青路面及时养护[1]。如何合理选择沥青路面的养护时机、养护路段、养护措施，并分配养护资金，是养护技术人员需要解决的重要问题。

1 高速公路沥青路面养护决策方法

高速公路沥青路面养护是以路面使用性能为依据，只有在路面使用性能达到某一临界点时，才考虑采取相应的养护措施。沥青路面经养护后，路面使用性能会改变，从而又影响下一次的路面养护决策。沥青路面的养护决策包括网级和项目级两个层次，其中网级沥青路面养护决策是要合理分配和使用有限的资金，选择经济合理的养护时间，最大限度地满足高速公路养护需求。项目级沥青路面养护决策是对养护方案从技术性、经济性、环保性等方面进行综合比选，选出最佳养护方案[2]。

1.1 决策树法

决策树是基于公路等级、路面类型、交通量等参数建立树状结构，并不断地分枝。在各个分枝的最后，给出各种限制条件下的最佳养护管理决策。决策树法直观性好、便于与实际项目相结合，但其分枝较粗，无法完全考虑影响路面养护决策的全部因素。

1.2 排序法

排序法多用于项目级的沥青路面养护决策中，即在养护时间和养护资金确定的条件下，从养护成本、施工技术、工期等方面对沥青路面养护方案进行综合对比，通过咨询路面养护领域专家来计算出任意养护方案的综合评分，将不同养护方案的综合评分进行排序，选择评分最高的方案。

1.3 函数法

函数法用于高速公路沥青路面养护的本质是一个数学问题，需先统计各条高速公路沥青路面的技术状况评分，将技术状况与公路运营时间的关系进行拟合，找出重要的函数拐点（沥青路面的最佳养护时机）。但是，当路网比较复杂时，函数拟合效率较低，养护决策较困难。

1.4 BP神经网络法

BP神经网络是基于高速公路沥青立面的历史检测数据来预测其路用性能变化规律，从而为沥青路面养护决策提供依据。BP神经网络包括1个输入层、若干个隐含层、1个输出层，其中输入层是影响沥青路面路用性能的特征要素，比如交通量等级、温度、降雨量等。隐含层是中间计算单元，隐含层数量越高，养护决策结果越准确。输出层是BP神经网络要输出的参数，取决于养护决策目标[3]。

2 网级高速公路沥青路面养护决策

2.1 沥青路面养护时间决策

2.1.1 决策方法

大量工程实践表明，高速公路沥青路面的性能是随着运营时间动态变化的。在运营前期，沥青路面结构强度大，在行车荷载的反复作用下不容易出现开裂和破损。而沥青路面运营时间超过某一临界点，其路用性能会快速衰减。因此，沥青路面的养护时间不宜过早或过晚，养护时间过早，对路面路用性能提升效果优先，浪费养护资金和人力。反之，沥青路面破损程度严重，养护失去效果。

2.1.2 决策结果分析

以某地区高速公路路网中的某条双向四车道高速公路沥青路面为例，利用函数法分别拟合了其PCI指数和运营时间的关系，为路网内沥青路面养护时间确定提供参考，具体拟合结果见图1。

由图1可知：随着高速公路运营时间的增加，沥青路面的PCI指数不断减小，但减小速率并不是固定的。当运营时间＜3年，沥青路面的PCI指标变化不明显；当运营时间≥3年，沥青路面PCI指数快速降低。结合表1，建议高速公路在第3年要加强日常养护，在5年要进行预防性养护，在第7年要进行中修罩面。需注意，沥青路面在中修罩面后，其使用性能会大幅度地提高。

2.2 沥青路面养护资金分配

2.2.1 资金分配思路

公路沥青路面养护资金分配前要先筛选出需养护的路段，再对养护路段进行重要性排序。随后，对各种养护措施开展市场询价，其与养护路段的沥青路面面积的乘积就是养护资金。如果选择的养护路段所投入的养护资金大于年度养护资金总额，应减小养护路段。

2.2.2 综合评价模型

3 项目级高速公路沥青路面养护决策

3.1 工程概况

以某高速公路為研究对象，探讨沥青路面的养护措施决策要点。该高速公路路线全长25.8 km，设计速度为100 km/h，设计荷载为公路-I级，属于重交通等级，路基横断面为双向4车道，宽25.5 m，行车道横坡2%，土路肩横坡4%。路面为沥青混合料路，厚72 cm。经过多年运营，公路沿线沥青路面开始出现各种病害，影响行车安全性和舒适性。经调查，得到了不同沥青路面病害的占比，见图2。

由图2可知：裂缝在沥青路面病害中所占的比例最高，约60.2%；车辙病害的占比次之，约22.6%。坑槽和沉陷病害的占比相差不大，分别为7.5%、7.2%。为了防止病害进一步发育，提高沥青路面的使用性能，拟对病害所在路段进行养护。

3.2 沥青路面养护方案比选

由《公路沥青路面养护设计规范》（JTG5421—2018）可知，沥青路面养护具体措施应结合公路等级、交通等级等因素选择，在设计阶段可参考表2选择。

3.2.1 养护方案技术比选

由于依托工程的交通等级为重交通，应优选微表处和超薄磨耗层进行预防性养护。

微表处是将乳化沥青、集料、矿粉、水及各种添加剂按一定的配合比均匀拌和而成，并直接摊铺在需要养护的沥青路面上。微表处层经养护后（建议养护时间不小于2 h），能恢复一部分沥青路面的使用性能，比如提高路面抗滑、耐磨、防水能力，改善路面平整度等。但是微表处材料的长期性能不稳定，使用寿命较短。

超薄磨耗层是相对于普通沥青路面结构而言，其厚度一般在1～2 cm。超薄磨耗层罩面后直接与车轮和大气接触，可改善沥青路面的使用性能，具有施工技术简单、养护效果好等优势，但养护成本要高于微表处。需注意，超薄磨耗层材料一般为骨架孔隙型，粗集料含量占比高达70%～80%。

3.2.2 养护方案经济比选

3.3 沥青路面养护效果评价

为了评价养护措施的效果，在公路沿线随机取5个监测点（编号为1#～3#），分别测量出检测点在养护后第1年、第2年、第3年的PCI指数，检测结果见图3。

由图3可知，沥青路面经养护后，其PCI指数由明显提升，1#～3#监测点的PCI指数提升幅度分别为23.8%、25.2%、24.6%。同时，养护后沥青路面的PCI指数也随著运营时间的增加而增加。当养护时间超过3年，沥青路面的PCI指数呈“骤降”趋势。

4 结论

该文总结了高速公路沥青路面的主要养护决策方法，并从网级和项目级两个方面分别阐述了沥青路面养护决策技术要点，得到了以下几个结论：

（1）高速公路沥青路面的养护决策包括网级和项目级两个层次，常用方法有决策树法、排序法、函数法、BP神经网络法等。

（2）网级沥青路面养护决策的要点是确定路网内沥青的养护时间、养护路段等，并将养护资金合理分配。

（3）在实际项目中，应结合沥青路面病害特点、交通等级等因素初步确定多个养护措施，并对其从技术和经济两个方面进行比选。

参考文献

[1]彭小峻. 高速公路沥青路面早期病害养护施工管理[J]. 交通科技与管理， 2023（6）： 84-86.

[2]刘俊峦. 高速公路沥青路面养护管理技术探讨[J]. 工程建设与设计， 2023（3）： 100-102.

[3]许欢. CY高速公路沥青路面预防性养护管理策略研究[D]. 贵州：贵州大学， 2022.

[4]李志谋. 谈高速公路沥青路面养护管理工作[J]. 黑龙江交通科技， 2020， 43（11）： 251-252.

[5]郭文静. 高速公路沥青路面预防性养护管理决策研究[D]. 重庆：重庆交通大学， 2019.