不同路幅技术状况检测对二级及以下沥青路面使用性能指标评定的影响分析

侯美晴，粟海涛，杨 洋，亓祥宇，刘名扬

(1.昆明理工大学 建筑工程学院 土木工程防灾重点实验室，云南 昆明 650000；2.云南省公路科学技术研究院，云南 昆明 650000)

0 引言

公路技术状况评定现行主要依据为《公路技术状况评定标准》(JTG 5210—2018)，其中公路技术状况指数采用MQI评定。公路技术状况指数包含分项指标路基技术状况指数(SCI)、路面技术状况指数(PQI)、桥隧构造物技术状况指数(BCI)和沿线设施技术状况指数(TCI)，其中路面技术状况指数所占比重为70%，是公路技术状况检测与评定的重要指标[1-2]。

近年，国内外学者围绕公路技术状况检测与评定开展了许多方面的研究。AOKI[3]等提出了利用三维点云数据进行路面简化评价和受损路面剖面评价方法，评估结果能够让道路管理员进行详细检查并立即进行维修工作。IBRAGIMOV[4]等提出了一种基于更快区域卷积神经网络的路面遇险迹象检测方法，该方法能够精准检测路面图像中的纵向裂缝、横向裂缝、鳄鱼裂缝和部分修补。MAEDA[5]等开发出一款手机应用程序，通过卷积神经网络训练出损坏检测模型，检测损伤类型可以高精度地分为8种类型。余俊等[6]提出了基于深度学习的公路路面病害智能化检测系统，利用ResNet结构训练模型来确定公路路面病害所属的分类，分类准确率在90%以上。孙朝云等[7]结合数字图像处理滤波技术，提出了一种基于平均值法曲线拟合的双向扫描检测路面裂缝识别方法，可以很好地识别裂缝。

综上所述，国内外学者主要围绕公路路面技术状况检测与路面病害自动识别等问题开展了多方面研究，研究主要服务于路面检测工作，但结合路面技术状况评定标准，对检测评定数据的差异性研究分析较少。本文通过对云南省某市二级及以下沥青公路的技术状况检测评定数据进行差异性对比分析，分析研究不同路幅技术状况检测对二级及以下沥青路面使用性能指标评定的影响。

1 项目概况

本文以云南省某市二级及以下沥青公路为例，选取G213策磨线、G248兰马线、G320沪瑞线、S206永召线、S213升黄线、S214东八线、S215宣双线、S240以维线、S241阿铁线、S303会长线、S304文东线、S307东越线、S209蒙铁线13条国省干线公路共1 033.46 km，其中二级公路541.81 km，三级公路220.732 km，四级公路270.92 km，各路线技术等级明细表详见表1。

表1 各路线技术等级明细表

按《公路技术状况评定标准》(JTG 5210—2018)[8]的规定，二级及以下公路路面技术状况评定必检指标为路面损坏状况指数(PCI)和路面行驶质量指数(RQI)。本文所选取路线不同路幅的路面损坏指数(PCI)、路面行驶质量指数(RQI)和路面技术状况指标(PQI)的检测数据详见表2。

表2 各路线不同路幅路面技术状况检测数据

2 路段级路面技术状况评定

根据现场调查，S209蒙姑-铁厂作为旅游公路，沿线村镇密集，除需满足作为干线公路的快速通过性，还需满足旅游公路及集散公路的服务性。随着交通量的激增，运输任务繁重，在承担上述运输功能的前提下，还需承担周边县份运输煤炭、石料、建材等重型货车通过功能。目前该线路共计36.92 km路面出现开裂、翻浆、坑塘、拥包等病害，路面平整度较差。本文针对该路线交通组成的特殊性，选取S209蒙姑-铁厂路段级沥青路面实测路面技术状况数据做差异性对比分析。

2.1 路面损坏状况指数PCI

路面损坏状况指数PCI(在公式中用PCI表示)评定方法采用扣分法，即根据不同的损坏类型、严重程度和范围规定不同的扣分值和权重[9]，按式(1)计算：

PCI=100-a0DRa1

(1)

式中：DR为路面破损率，%；a0为沥青路面采用15.0；a1为沥青路面采用0.412；Ai为第i类路面损坏的累计面积，m2；A为路面检测或调查面积，m2；wi为第i类路面损坏的权重或换算系数；i为路面损坏类型，包括损坏程度(轻、中、重)；i0为损坏类型总数，沥青路面取21。分项指标PCI等级划分标准见表3。

表3 PCI等级划分

本文按《公路技术状况评定标准》(JTG 5210—2018)[8]中规定：“公路技术状况检测与调查应以1 000 m路段长度为基本检测单元”，对S209蒙铁线上行、下行和全幅的路面损坏状况指数PCI进行对比，分析该路段不同路幅的PCI评定差异，为能够更好对规范进行验证，本文选取S209蒙铁线同里程数的普通交通组成路段K265+900至K341+300与特殊交通的路段进行对比分析，S209蒙铁线选定路段各评定单元的PCI评定数据如图1所示，不同交通组成PCI上下行差异性参数表见表4。

(a)S209的K228+800～K240+800不同路幅PCI数据

表4 不同交通组成上下行PCI差异性参数表

由图1可得：S209蒙铁线下行、上行和全幅的路面损坏状况指数(PCI)差异性较大。其中，图1(a)中K231+300至K231+400路段，其下行PCI评定结果比上行PCI评定结果低81.86，图1(c)中K265+100至K265+200路段下行PCI评定结果比上行的PCI评定结果低80.02。在选取路段中，下行PCI评定值与上行PCI评定值差值在10以上的有24.327 km，占比65.88%；下行PCI评定值与上行PCI评定值差值在10以内的有12.6 km，占比35.12%。

从表4可看出，在S209蒙铁线的普通交通路段中，上下行在均值和标准差的最终结果都是相同的，在特殊交通路段中，上行的PCI均值比下行多13.04，下行PCI评定结果的标准差更是比上行高8.72，可得下行的PCI评定数据离散性较大，从最后的显著性P值来看，普通交通组成路段和特殊交通组成路段的P值都小于0.05，说明组间都存在差异性，普通交通组成路段的P值比特殊交通组成路段高2.38E+13，说明特殊交通组成路段的上下行PCI评定结果的组间差异十分大。结果表明：重载车辆沿下行满载驶出料场，空车沿上行驶入料场，特殊交通组成及超重行车荷载是导致相同路段不同路幅、不同行车方向PCI评定结果形成较大差异的主要原因。故特殊交通组成路段路面损坏状况指数(PCI)评定，以单幅检测评定数据代替全幅检测评定数据有较大差异性。

2.2 路面行驶质量指数RQI

路面行驶质量指数RQI(在公式中用RQI表示)，应按式(2)计算。

(2)

式中：IRI为国际平整度指数，m/km；a0为高速公路和一级公路采用0.026，其他等级公路采用0.018 5；a1为高速公路和一级公路采用0.65，其他等级公路采用0.58。

其中IRI是路面平整度，路面平整度是评价路面行驶质量的重要指标，其值大小不仅影响行车的舒适性、行驶安全、路面损坏和车辆损坏，还直接关系到养护工程量的大小和路面使用的耐久性[10-13]，RQI等级划分标准见表5。

表5 RQI等级划分标准

通过对S209蒙铁线RQI进行评定，不同交通组成上下行RQI差异性参数表见表6，选定路段各评定单元的RQI评定数据如图2所示，不同交通组成路段的指标对比见图3。

(a)S209的K228+800～K240+800不同路幅RQI数据

图3 不同交通路段指标对比

表6 不同交通组成上下行RQI和IRI差异性参数表

由图2可得，在图2(b)中K249+400至K249+500路段，上行RQI评定值比下行RQI评定值高62.2。选取路段中，下行RQI与上行RQI评定结果相差在10～100的有10.097 km，占比27.34%。表6可得，RQI和IRI普通交通组成的P值分别比特殊交通的高1.25E+08和1.04E+09，其特殊交通路段较PCI的特殊交通组成路段分别低了4.48E+03和1.03E+01，特殊路段的标准差也都比PCI小，说明数据的离散性也较PCI小。由图3 可知，PCI的评定中普通交通组成路段上行与下行评定结果相差0.04，在特殊交通组成路段评定中，下行的PCI评定结果比上行低13.04，在RQI评定结果对比中，普通交通上下行的评定结果相差0，特殊交通组成路段下行的评定结果比上行低6.01，下行的IRI评定结果比上行高0.88。结果表明，不同路幅RQI评定结果较PCI的评定结果差异性减少，主要由于S209蒙铁线路面裂缝类病害占比较多坑槽类病害较少，对路面平整度的评定结果影响不大。

2.3 路面技术状况指数PQI

沥青路面技术状况指数PQI(在公式中用PQI表示)是各单项指标乘以各自的权重并相加计算得到的[14-15],按式(3)计算，各分项指标的权重见表7。

表7 分项指标的PQI权重一览表

PQI=wPCIPCI+wRQIRQI+wRDIRDI+wPBIPBI+

wPWIPWI+wSRISRI+wPSSIPSSI

(3)

式中：wPCI为PCI在PQI中的权重，按表7规定取值；wRQI为RQI在PQI中的权重，按表7规定取值。

S209蒙铁线的不同路幅各评定单元的PQI结果以及各路线不同路幅PQI结果的里程差异图如图4、图5所示，不同交通组成上下行PQI差异性参数表见表8。

(a)S209的K228+800～K240+800不同路幅PQI数据

图5 路线上下行PQI等级里程差异图

表8 不同交通组成上下行PQI差异性参数表

由图4可知，图4(a)中，K234+700至K234+800路段下行PQI评定结果较上行PQI评定结果低59.02，图4(b)中，K249+200至K249+900路段下行PQI评定结果比上行PQI评定结果低62.66，下行PQI评定结果与上行评定结果差值在10-100区间内路段里程总里程的54.5%。整条路段，下行PQI评定结果与上行PQI评定结果差值在10-100区间内的有20.127 km，占比55.5%，差值在10以下的有16.8 km，占比45.5%。

由表8可得，S209蒙铁线的普通交通组成路段上行与下行的PQI均值和标准差都基本相同，而特殊交通组成路段下行PCI结果比上行低10.23，标准差高6.85，说明下行数据离散性比上行大，特殊交通组成路段上下行的P值也比普通交通组成的P值小3.98E+13，数据的组间差异较普通交通组成的明显增大。图5 可得，S209蒙铁线仍是差异性最大的路线，被评定为优等路、良等路和中等路的里程中，上行比下行分别少8.51、11.86、2.1 km，其标准差分别为3.53、4.89和0.96。被评定为次等路和差等路的里程中，上行比下行分别多9.16、13.31 km，标准差分别为3.76和5.43。其余路线不同等级下行与上行的评定里程差值在5 km以内，不同路幅的标准差在2上下浮动。

综上可得，无特殊交通的路段，不同路幅的等级评定里程差和标准差的差异性都较小，但是S209蒙铁线各评定指标在路段级评定中，上行与下行间都存在差异性，尤其指标PCI，最终汇总到PQI指标时，上下行基本单元检测评定结果仍存在较大差异，在PQI等级对应公里数差异对比中也得到体现，S209蒙铁线各等级下行与上行间里程差值最大，标准差也最大，所以在路段级路面技术状况指标评定中，对于特殊交通组成路段，以单幅检测数据代替全幅检测数据，有较大差异性。

3 路网级路面技术状况评定

3.1 分项指标PCI路网级评定

一个地区，根据交通运输的需要由各级公路组成一个四通八达的网状系统就叫做路网，在路线公路技术状况评定时，应该采用路线内所有评定单元的算术平均值作为该路线的指标评定值。现将各条路线不同路幅的PCI算术平均值汇总见表9，各路线PCI评定等级比较见图6。

图6 各路线PCI评定等级比较

表9 各路线PCI评定等级一览

由图6可得，G248兰马线、S206永召线和S209蒙铁线各路幅的PCI评定等级不一致，其中S209蒙铁线的全幅(中等路)PCI评定结果比上行(良等路)的PCI评定结果低3.99。永召线的上行(良等路)与下行(优等路)低3.09。G248兰马线的上行(优等路)PCI评定结果比全幅(良等路)的PCI评定结果高0.74，差异性十分微弱。其他路幅虽评价值大小不同，但评价等级皆相同。

结果表明，虽然在路段级技术状况评定中，不同路幅各评定单元的PCI评定结果差异性较大，但是在路网级的PCI等级评定中，各路线不同路幅的间评定结果的最大差值为3.9，为S209蒙铁线这段特殊交通组成路段，可见对于二级及以下沥青路面路网级的PCI等级评定，随着里程桩号的增加，特殊交通组成路段在路段级出现的差异性会在路网级评定被弱化。

3.2 分项指标RQI路网级评定

各路线不同路幅的RQI值汇总如表10所示，各路线RQI评定等级比较见图7。

图7 各路线RQI评定等级比较

表10 各路线评定指标RQI等级

由图7和表10可得，在路网级的RQI等级评定中，S240以维线不同路幅等级评定结果的差异性最大，其上行RQI评定结果为差等路，下行的RQI评定结果为次等路，下行评定值比上行高5.18。S307东越线上行评定结果为良等路，下行评定为优等路，下行RQI评定值比上行RQI的评定值高4.05，其他路线不同路幅的RQI评定值虽不同，但评定等级一致。

由此可得，在路段级的RQI等级评定中，S209蒙铁线较其他普通交通路段不同路幅的评定结果差异性较大，但是在路网级RQI等级评定中，特殊交通组成路段S209蒙铁线不同路幅的RQI评定等级是一致的，可见二级及以下沥青路面在路网级的RQI等级评定中，特殊交通组成路段中在路段级随着里程桩号的增加，会弱化在路段级出现的差异性。

3.3 分项指标PQI路网级评定

现将各条路线各路幅所有评定单元的PQI算术平均值汇总如表11，各路线PQI评定等级比较见图8，不同路幅PQI评定等级里程比较见图9。

图8 各路线PQI评定等级比较

图9 PQI评定等级里程比较图

表11 各路线评定指标PQI等级

由图8可得，各路线不同路幅的PQI评定值曲线几近重合，从表11也可看出，所有路线不同路幅的PQI评定等级都相同，虽然S209蒙铁线在路段级技术状况评定中，下行与上行的评定结果显现出较大差异性，但是在最终的PQI等级指标评定中，下行与上行的评定值相同，且仅比全幅的评定值低3.5，其他路线不同路幅的PQI等级评定等级也皆一致。

图9能够看出，各路线不同路幅间的评定里程数也十分接近，优等路不同路幅里程的标准差为7.56，虽然相比路段级评定的标准差稍大，但是下行被评定为优等路的里程比全幅多18.33 km，路段级评定差值最为14.73 km，仅相差3.6 km，并且路网级的评定里程相对于路段级的评定里程增加约431.66 km，差值也仅占评定里程的3.83%，而路段级占39.13%。

综上可得，特殊交通组成路段在路段级指标评定中的差异性在路网级评定中得到了较大程度的弱化。

4 结论

a.针对二级及二级以下特殊交通组成路段的沥青路面技术状况评定，以单幅检测评定数据代替全幅检测评定数据有较大差异性，尤其体现在PCI等这样表征路面损坏状况的指标。

b.在二级及二级以下特殊交通组成路段的沥青路面技术状况评定，如路面裂缝类病害较多，坑槽类少，则在RQI指标评定时，不同路幅间的差异性会弱化。

c.在路网级的路面技术状况评定中，二级及二级以下沥青路面不管是对单幅还是对全幅进行路面技术状况指标的评定，最终的评定等级都相同，也就代表特殊交通组成路段，随着检测总里程的增加，在路段级检测数据评定的差异性会被弱化。