基于高速公路路面性能衰减的养护费用控制分析

摘要 为研究高速公路服役过程中路面性能退化特点对公路养护费用的影响，该文探讨了高速公路路面沉陷与裂缝宽度的扩展过程，建立了高速公路路面维护成本与路面沉陷－裂缝衰减的关系模型，研究结果表明：（1）高速公路路面养护过程中，通过针对性预防性养护、优化养护流程、提升养护技术水平等，降低因路面性能衰减带来的养护成本。（2）路面裂缝深度随着交通量的增加逐渐增大，然后趋于稳定，路面深陷深度为15 mm和裂缝宽度为3cm时为路面维护效益最大化的临界值。（3）在轻交通和中等交通水平下，薄热拌沥青加铺覆盖层和微铺面处理的成本效益比优于厚热拌沥青加铺层和就地热处理两种方式。

关键词 高速公路；路面沉陷；性能衰减；养护管理；费用控制

中图分类号 U418 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）18-0144-03

0 引言

高速公路作为现代社会经济发展的重要基础设施，其性能衰减不仅直接关系到行车安全和道路使用寿命，而且与养护费用密切相关，有效控制高速公路路面的养护费用，提高养护效率，成为交通运输领域亟待解决的问题[1]。通过对高速公路路面性能衰减的深入分析，可以找出影响养护费用的关键因素，提高路面的使用性能，延长使用寿命，还能降低养护成本。

高速公路养护费用控制研究主要集中在建立预测模型[2]、优化养护策略以及成本控制方面，陈亮等[3]指出目前预测模型多基于数据分析与机器学习算法，用于预测路面性能的后续衰减趋势，养护策略则侧重于预防性养护，通过提前干预减少大修需求。刘志超等[4]则尝试采用全寿命周期成本分析等方法，以优化投资决策，然而现有的预测模型缺乏对路面性能衰减机理的深入研究，导致预测精度不高，难以准确反映路面的实际情况。徐建民等[5]认为不同地区、不同路段的路面性能衰减规律存在差异，而现有的研究成果往往缺乏针对性和适用性，需深入探索和创新，以更好地解决高速公路路面性能衰减和养护费用控制问题。

针对以上问题，需要进一步加强高速公路路面性能衰减的基础研究，该文通过对不同路面材料、结构和使用环境进行长期监测，评估路面性能衰减的程度和速率，同时分析性能衰减的主要影响因素，如气候、交通量、材料老化等。在此基础上，研究提出针对性的养护策略，以控制养护费用并延长路面使用寿命，研究成果将为高速公路管理部门提供决策支持，实现经济效益和社会效益的双赢。

1 路面病害养护处理及路面性能评价指标

1.1 高速公路流量和轴载情况

为更准确地评估交通状况，该文利用自2023年起山东省内高速公路动态称重站收集的轴载数据，计算了每条高速公路的累积荷载作用次数，截至2023年的计算结果，这些数据为评估各条高速公路的交通水平提供了重要依据，如表1所示。

1.2 性能指标和阈值的选择

为评估路面养护处理效果，选择裂缝宽度和路面沉陷深度两个关键的路面性能指标进行评价，随着时间的推移，两个指标都会逐渐增大，通常需要达到更高的性能阈值才会导致路面维护处理成本的上升，因此该研究确定了15 mm路面沉陷深度和3 cm裂缝宽度作为路面维护效益最大化的临界值。

累积荷载作用次数是影响路面性能的重要因素，不同交通量路面累计荷载作用次数下，路面沉陷深度和裂缝宽度与维护成本的关系，如图1所示。由图中可以得出，当裂缝达到如图1（c）和（d）所示的重型和超重型路段的阈值（15 mm）时，裂缝宽度值通常仍远低于处理触发阈值（3 cm），因此路面沉陷深度是一个更为关键的性能指标，将在后续研究中作为性能指标。

1.3 路面维护成本效益分析

通常，成本效益表示为成本与收益之比，成本是以单位成本计算，不同路面路段的维修工程通常在不同年份进行，为了除去它们的成本，计算现值是为了考虑通货膨胀的影响。

2 高速公路维护案例分析

在经过对山东省维修部门所执行的历史维修项目深入调研之后，该研究在假定地基、路基、交通和环境条件相同的前提下，设定了20 mm的维护阈值，并通过路面裂缝宽度模型确定了路面的使用寿命，为统一比较标准，该研究将所有维修费用均折算为2023年的现值。

不同维护处理的成本－效果分析结果，如表2所示。在不同交通流量下各种维护处理的效益成本比，如图3所示。由表2和图3可以观察到，不同交通水平下效益成本比的显著差异。具体来说，在轻交通和中等交通水平下，由于成本相对较低，薄热拌沥青加铺覆盖层和微铺面处理的成本效益比优于其他两种处理方式，然而在繁忙或额外繁忙的交通环境下，热就地回收和厚热拌沥青加铺覆盖因其更长的使用寿命和更高的成本效益而表现出优势。

3 结论

该研究围绕高速公路路面性能衰减与养护费用控制进行了深入的分析和探讨，通过对高速公路路面性能衰减的原因、机理及其对养护费用的影响进行了系统的研究，得出以下结论：

（1）高速公路路面性能衰减受多种因素影响，主要包括交通量增长、重载车辆比例增加、自然因素（如降雨、温度变化）以及材料老化等。这些因素综合作用，导致路面结构损伤、路面平整度下降、抗滑性能减弱等问题，进而影响了路面的使用性能。

（2）高速公路路面性能的衰减与养护费用之间存在密切的关系，路面深陷深度为15 mm和裂缝宽度为3 cm时为路面维护效益最大化的临界值。随着路面性能的下降，养护费用逐渐增加，及时采取养护措施，可以有效延缓路面性能衰减，降低养护成本。

（3）在轻交通和中等交通水平下，薄热拌沥青加铺覆盖层和微铺面处理的成本效益比优于厚热拌沥青加铺层和就地热处理方式。高速公路养护过程中，应根据路面性能的变化规律，建立科学、完善的养护管理体系，对高速公路路面性能进行定期检测和评估。

参考文献

[1]李明，张晓飞.高速公路路面性能衰减规律及养护费用优化研究[J].公路工程，2021（2）：173-178.

[2]王强，王志坚.基于路面性能预测的高速公路养护费用分析[J].交通科技与经济，2020（6）：72-76.

[3]陈亮，赵云.高速公路路面性能衰减与养护费用关系研究[J].公路交通科技（应用技术版），2022（1）：322-325.

[4]刘志超，刘伟.基于性能预测的高速公路养护费用决策分析[J].公路交通技术，2021（5）：24-28.

[5]徐建民，李立寒.高速公路路面性能衰减规律与养护费用效益分析[J].交通科学与工程，2023（2）：57-63.