1高速公路沥青路面早期性能评价模型
第２９卷第２期２００９年３月
长安大学学报（自然科学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈａｎｇ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
Ｖ０１．２９Ｎｏ．２
Ｍａｒ．２００９
文章编号：１６７１—８８７９（２００９）０２－０００１—０４
高速公路沥青路面早期性能评价模型
支喜兰１，王威娜１，张超１，王玉顺２，杨书祥２
（１．长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室，陕西西安７１００６４；
２．河北省京秦高速公路管理处，河北秦皇岛０６６００１）
摘要：针对沥青路面早期破坏现象，结合京秦（北京一秦皇岛）高速公路及河北省部分高速公路连续几年路面调查数据，提出了基于预防性养护的评价模型。该模型以路面裂缝、车辙、破损、平整度、抗滑性和结构强度作为评价内容，以路面早期性能指数作为综合评价指标，给出了路面预防性养护单项指标裂缝率指数、车辙深度指数、道路行驶质量指数、路面状况指数（除去裂缝和车辙）、路面抗滑性能指数和路面结构强度指数的预防性养护范围，并确定了各单项指标在综合指标中所占权重。该模型已在京秦高速公路养护工作中进行了验证。结果表明，该模型能较为准确地预测沥青路面的早期性能，当评价指标为７５～９０分时，应采取路面预防性养护措施。
关键词：道路工程；高速公路；沥青路面；早期性能；预防性养护；评价模型
中图分类号：Ｕ４１６．２１７文献标志码：Ａ
Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｅａｒｌｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｆｒｅｅｗａｙａｓｐｈａｌｔｐａｖｅｍｅｎｔ
ＺＨＩＸｉ－ｌａｎｌ，ＷＡＮＧＷｅｉ－ｎａｌ，ＺＨＡＮＧＣｈａ０１，ＷＡＮＧＹｕ－ｓｈｕｎ２，ＹＡＮＧＳｈｕ－ｘｉａｎ９２（１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＳｐｅｃｉａｌＡｒｅａＨｉｇｈｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，
Ｃｈａｎｇ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００６４，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ；２．ＨｅｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＪｉｎｑｉｎ
ＥｘｐｒｅｓｓｗａｙＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｖｅＯｆｆｉｃｅ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ０６６００１，Ｈｅｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｄａｔｕｍｏｆＪｉｎｑｉｎ（Ｂｅｉｊｉｎｇ—Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ）ａｎｄｏｔｈｅｒｈｉｇｈｗａｙｓｉｎＨｅｂｅｉｐｒｏｖ—ｉｎｃｅ，ａｎｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｅａｒｌｙｄａｍａｇｅｏｆａｓｐｈａｌｔｐａｖｅｍｅｎｔ．Ｉｔｔａｋｅｓｔｈｅｃｒａｃｋｓ，ｒｕｔｔｉｎｇ，ｏｔｈｅｒｄａｍａｇｅｓ，ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ，ｓｌｉｄｉｎｇａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｔｒｅｎｇｔｈｆｌＳｔｈｅｅｖａｌ－ｕａｔｉｏｎａｎｄｔａｋｅｔｈｅｐａｖｅｍｅｎｔｅａｒｌｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｄｅｘａｓｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ．Ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｓｕｃｈａｓｃｒａｃｋｒａｔｉｏｉｎｄｅｘ，ｒｕｔｔｉｎｇｄｅｐｔｈｉｎｄｅｘ，ｒｉｄｉｎｇｑｕａｌｉｔｙｉｎｄｅｘ，ｐａｖｅｍｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｄｅｘ，ｐａｖｅｍｅｎｔｓｋｉｄｄｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｉｎｄｅｘａｎｄｐａｖｅｍｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈｉｎｄｅｘａｒｅａｌｓｏｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｔｈｅｉｎｔｅｒｖａｌｓ．Ｔｈｅｗｅｉｇｈｔｓｏｆｓｉｎｇｌｅｉｎ
ｄｅｘｉｎｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎｄｉｃａｔｏｒｓａｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．ＴｈｉｓｍｏｄｅｌｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｉｎｔｈｅｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｏｆＪｉｎｑｉｎｆｒｅｅｗａｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｉｔｃａｎｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｅａｒｌｙｄａｍａｇｅｓｏｆａｓｐｈａｌｔｐａｖｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．Ｗｈｅｎｔｈｅｉｎｄｅｘｉｓｆｒｏｍ７５ｔｏ９０，ｓｏｍｅｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｍｅａｓｕｒｅｓｓｈｏｕｌｄｂｅｔａｋｅｎ．２ｔａｂｓ，９ｒｅｆｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏａｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｆｒｅｅｗａｙ；ａｓｐｈａｌｔｐａｖｅｍｅｎｔ；ｅａｒｌｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅｍａｉｎｔｅ—ｎａｎｃｅ：ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ
●－－＿＿＿＿－●＿＿＿＿－＿－＿＿＿＿●Ｉ－＿－’●●＿＿●－＿●＿－＿一
收稿日期：２００８—０４—１０
基金项目：河北省交通科技项目（Ｙ－０５０１２２）
作者简介：支喜兰（１９５７一），女，河北衡水人。教授，工学博士，Ｅ—ｍａｉｌ：９１１９＠ｃｈｄ．ｅｄｕ．ｃｎ。
万方数据
２长安大学学报（自然科学版）２００９生
Ｏ引言
中国的名胜古迹随着中国高速公路建设的迅速发展，高速公路里程总量已居世界前列。但由于种种原因，中国高速公路沥青路面早期破损比较严重，影响了道路的服务质量，使高速公路提前进入中修或大修状态。中国许多高速公路沥青路面的使用寿命仅为６～８年，只有美国和加拿大标准一半左右。如何保持高速公路沥青路面良好的使用性能，延长沥青路面的使用寿命，减少养护维修费用，已经成为摆在广大道路设计、施工、养护和管理工作者面前的严峻问题【ｌ。２］。传统的沥青路面养护包括局部破损的修补、中修罩面和大修补强措施等。国内外大量工程实践表明，传统的路面养护观念是被动的，而且经济效益不好。预防性养护就是在总结经验的基础上应运而生的一种路面养护新理念。美国、法国、德国等都十分重视高速公路路面的预防性养护的研究与实践，且其实施效果显著。路面预防性养护目前在中国的应用范围并不广泛，正处于尝试阶段。预防性养护需要一定的技术和理论支撑，然而中国现有的养护规范［３１不适用。为了使预防性养护具有针对性、可操作性，有必要对高速公路沥青路面的早期性能的评价体系进行研究。为此，本文经过大量数据调查，分析了高速公路沥青路面早期损坏的特点，提出了沥青路面早期性能的评价指标与评价方法，为预防性养护的决策提供了科学依据。
周杰伦 夜曲
１中国现行沥青路面性能评价模型１．１文献［３］的评价模型
文献［３］中对路面现有使用质量评价的内容包括：路面破损状况、行驶质量、强度及抗滑性能。路面的综合评价采用ＰＱＩ（路面养护结构质量指数）作为评价指标，ＰＱＩ用上述４个分项指标按评价等级赋于相应的百分值后加权计算得出，其数值范围为０～１００。高速公路沥青路面状况指数、行驶质量指数、强度指数和横向力系数４个分项指标的权重分别为ｏ．２５、０．３５、ｏ．１０和ｏ．３０。
这种评价方法是一种确定性的评价方法，优点是评价模型简单，路面综合评定指标的各分指标清楚、直接，数据易于采集；缺点是４个分项指标的数值范围不统一，不便于操作。
１．２文献［４］的评价模型
文献［４］规定：路面养护结构质量指数（ＰＯＤ由路面状况指数（ＰＣＩ）、道路行驶质量指数（ＲＱＩ）、路面结构强度指数（ＰＳＳＩ）和路面抗滑性能指数（ＳＲＩ）加权计算，其沥青路面的各指标权重分别为０．３５、０．３５、０．２０和０．１０。
４个单项指标和路面养护质量指数的取值范围均为０～１００，对分项指标的权重作了调整，提高了路面状况指数和结构强度指数的权重。
以上两个对沥青路面性能的评价模型。都是基于公路沥青路面的整个寿命周期或使用年限内的路面性能所提出的评价方法，适用于传统的沥青路面养护方法。
２沥青路面早期性能评价模型
高速公路沥青路面的使用性能会随着行车荷载的重复作用、环境因素的循环交替而衰减，但是，在不同阶段，路面的损坏形式不同，路面使用性能的衰变规律也不尽相同。为了使沥青路面的预防性养护更有针对性，就要了解沥青路面的使用性能所处的状态，就必须对高速公路沥青路面早期性能开展研究。因此，本文在借鉴现行沥青路面评价模型的基础上，结合对沥青路面早期损坏的调研成果，提出了一种基于高速公路沥青路面预防性养护的早期性能评价模型。
参照文献［４］，对评价指标采用了统一的值域为Ｏ～１００分。当路面评价指标小于等于７５分时，认为路面状况不足以维持道路的正常使用状态，在此状态下道路需要进行路面维修。本文认为，当路面评价指标大于等于９０分时，路面状况处于优良状态，不需要采取养护措施；当路面评价指标为７５～９０分时，采取预防性养护措施才是有意义的。
２．１沥青路面早期性能单项评价指标
研究表明，在中国高速公路沥青路面早期损害现象中，裂缝和车辙破损在总的路面破损中可占到８０
％～９０％，这两种破损形式对路面结构的危害性和行驶质量影响都较大［５］。在实际工程中，目前许多高速公路沥青路面采取的养护措施都是针对裂缝和车辙进行的。因此，将裂缝和车辙分别作为沥青路面早期性能单项评价指标，对预防性养护具有重要意义。本文通过理论分析和实测数据分析，建立了各种测试指标与评价指标的关系曲线，所建模型能有效地反映测试指标与评价指标的关系。２．１．１裂缝率指数
裂缝是中国沥青路面最普遍的损坏现象之一，也是沥青路面早期损坏的一种主要形式。它是沥青路面最早产生的病害，其发生发展是从细缝变宽缝，从短缝变长缝，从个别裂缝到裂缝布满整个路面。如果不对裂缝采取预防性养护措施，那么由于裂缝
万方数据
第２期支喜兰，等：高速公路沥青路面早期性能评价模型３
处渗水，在行车作用下，极易引起唧浆等其他病害的发生，当裂缝迅速扩展时，就会导致路面结构破坏。所以，将裂缝率作为沥青路面早期性能评价模型中的测试指标，对预防性养护是有意义的。
由于中国对裂缝率的等级划分并没有一个明确的标准，所以本文参照Ｅｌ本道路养护技术规范，并结合中国实际情况，规定裂缝率的预防性养护范围为１％～３．１４％。
本文引入裂缝率指数（ＣＲＩ）作为裂缝率的评价指标，ＣＲＩ计算式为
ＩｃＲｌ＝１００／（１＋ｎｅ删）
ａ
式中：Ｊｃ。Ｉ为ＣＲＩ的值；Ｍ为裂缝率（％），Ｍ＝导Ｘ
．）ｏ
１００％，Ｓ－为裂缝面积，即纵缝、横缝与网裂面积之和（其中裂缝面积的计算见文献Ｅ３３），Ｓ。为被测路面面积；口、ｂ均为标定系数，ａ＝０．０９９６，ｂ一０．３８４。２．１．２车辙深度指数
车辙是国际上常见的沥青路面损坏现象。中国已建成的高速公路中，沥青路面的车辙是主要病害之一。车辙不仅影响行车的舒适性，也影响行车的安全性。车辙达到一定深度后，车辙内的积水不容易排出，一方面降低路面的抗滑性能，容易引发交通事故；另一方面积水向下渗入路面，如果不及时排出，在行车荷载和冻融循环的作用下，极易引发其他病害的发生。车辙深度越深，对沥青路面的危害就越大，因此，将车辙深度作为评价模型的测试指标是合理的。
参照各国规范中规定的车辙深度，结合中国道路的实际情况，本文规定，当车辙深度小于１０ｍｍ时，路面不会发生车辙积水；当车辙深度大于２５ｍｍ时，行车晃动不稳定，影响行车的舒适性，因此，车辙深度的预防性养护范围为１０～２５ｍｍ［６］。
本文引入车辙深度指数（ＲＤＩ）作为车辙深度的评价指标，ＲＤＩ计算式为
ＪＲＤＩ＝１００／（１＋口ｅ酬）
式中：ｆ贼为ＲＤＩ的值；Ｎ为车辙深度ＲＤ（ｍｍ）；口一０．０９５７；ｂ一０．０４９９。
２．１．３道路行驶质量指数
平整度是路面使用性能的一个重要评价指标，它不仅影响驾驶人及乘客行驶舒适性，而且还与车辆振动、运行速度等有关。长期路面性能（ＬＴＰＰ）的研究表明，路面平整度特别是初始路面平整度，严重影响路面的使用寿命［７］。目前，国内外大多采用国际平整度指数（ＩＲＩ，其值用Ｕ表示）作为路面平整度评价指标。沥青路面的平整度预防性养护区间的确定主要是从行车舒适性角度考虑的，当Ｕ≤
３．４２时，人的主观感受没有觉得不舒适，行车舒适性最好；当Ｕ≥６．６时，人的主观感受明显不舒适，行车舒适性相对较差［８］。所以，ＩＲＩ的预防性养护范围为３．４２～６．６。
本文采用文献［４］中道路行驶质量指数（ＲＱＩ）的计算方法，ＲＱｌ计算式为
ＪＲＱＩ＝ｌｏｏ／（１＋ｎｅ…）
式中：ＪＲＱＩ为ＲＱＩ的值；口＝０．０１８５；６—０．４３７。２．１．４路面状况指数（除去裂缝和车辙）
本文提出的路面破损是除去裂缝和车辙后其余的路面破损，包括坑槽、拥包、泛油、松散和唧浆等。如前所述，车辙和裂缝在中国高速公路沥青路面的破损面积中占８０％～９０％，而其他病害占１０％～２０％，可近似按１５％计算。根据文献［４］可推算出，除去裂缝和车辙的破损面积（Ｋ）的预防性养护范围为０．０５６％～Ｏ．５２５％。
路面状况指数（ＰＣＩ’，除去裂缝和车辙）的计算式为
ＩｐｃＩｒ＝１００一ｎ（Ｋ）６
式中：ｆＰｃｒ为ＰＣＩ’的值；Ｋ为除去裂缝和车辙的破损面积（％）；其他破损面积的计算见文献Ｅ３］；口＝３２．６５；ｂ一０．４ｌ。
２．１．５路面抗滑性能指数如何查询商标注册情况
目前，中国是世界上道路交通事故万车死亡率最高的国家之一。交通事故频繁发生与道路路面的技术性能有着密切关系，尤其是路面的抗滑性能。中国对高速公路沥青路面抗滑性能的评价采用横向力系数（ＳＦＣ，其值用Ｆ表示）。有关研究资料表明，当Ｆ＜４５时，雨天道路交通事故有急剧上升的趋势；要求过高的抗滑能力没有不必要，也不经济，将ＳＦＣ的值控制在５０左右是经济合理的［９］。所以，ＳＦＣ的预防性养护范围为４５～５０。
本文采用路面抗滑性能指数（ＳＲＩ）的计算方法，ＳＲＩ计算式为
ｌｓＲＩ＝（１００一Ｒｍｉ。）／（１＋ａｅｂＦ）＋ＲＩｎｉｎ
式中：ｊｓＲ，为ＳＲＩ的值；Ｆ为横向力系数ＳＦＣ；Ｒ而为抗滑性能限值，Ｒ。．ｎ＝２５；口＝２６６．０；６＝一０．１３９。２．１．６路面结构强度指数
在沥青路面的早期使用性能变化中，路面结构强度也会有所衰减，降低了路面的综合性能。因此，必须将强度指标列入沥青路面的早期性能评价模型中。目前，中国对沥青路面养护的结构强度评价，通过检测路面弯沉值，计算得到结构强度系数（ＳＳＩ）作为沥青路面结构强度评价指标。根据文献［４］推算得到，对ＳＳＩ的预防性养护范围为０．７４２～０．９５４。
本文采用文献Ｅ４］中路面结构强度指数（ＰＳＳＩ）
万方数据
４长安大学学报（自然科学版）２００９生
的计算方法，ＰＳＳＩ计算式为
ｊ嘲＝ｌＯＯ／（１＋口∥）
式中：Ｊ躅。为ＰＳＳＩ的值；Ｈ为结构强度系数，Ｈ＝
，
等，ｌ一为路面设计弯沉，ｚ。为实测路面弯沉；口＝‘０
１５．７１；ｂ＝一５．１９。
２．２沥青路面早期性能指数
高速公路沥青路面早期性能指数（ＰＥＱＩ）计算公式为
ＩＰＥＱＩ＝ＷｃＲＩ／ｃｍ＋ＷＲＤＩ工刚＋ＷＲＱＩＩＲＱ！＋效益分析，确定最佳预防性养护时机，并选出技术经济合理的预防性养护方案。
（４）该模型有利于道路管理部门对高速公路沥青路面早期性能的量化分析，为高速公路沥青路面预防性养护的决策提供理论依据，是路面管理系统的重要组成部分。
参考文献：
Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ：
［１］沈安金．高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策
ＴｙＰｃＩ，ＪＰｃＩ，＋ＷｓＲｌＩｓＲ，＋ＷＰｓｓｌ，ＰＳｓｌ
式中：，雎Ｑｌ为ＰＥＱＩ的值；ＷｃＲＩ、ｗＲＤＩ、ＷＲＱＩ、ＷＰＣｒ、［２］ⅣｓＲＩ、ⅣＰｓＳｌ分别为ｆｃＲｌ、ｆ砌、ＩＲＱＩ、ＪＰｃｒ、ＪｓＲＩ、ｊＰｓＳＩ在计
算Ｊ盹ｏ，时的权重。
为了确定高速公路沥青路面基于预防性养护的
路面性能评价分项指标权重，本文进行了专家问卷
怎样扎好看的头发
调查，根据德尔菲专家评分法，得到了高速公路沥青
，。、路面ＰＥＱＩ权重系数，如表１所示。ｒ．］裹１高速公路沥青路面早期性能指数ＰＥＱＩ权重系数
ＷｃＲＩｗＲＤＩＷＲＱＩＷＰｃｌ＋ＩＷｓｍＷｅｓｓｌ［５］０．２５０．２００．１８０．１５０．１２０．１０
３沥青路面早期性能评价方法。。
高速公路沥青路面早期性能评价方法是基于上
述评价模型给出的。评价指标的分级如表２所示。
表２高速公路沥青路面早期性能评价指标分级
和谐社会的特征分数ｌ≥９０８０～９０７０～８０６０～７０≤６０
竺墨ｌ堡垦！茎姿
当路面评价指标小于等于７５分时，应该参考文［７］献［３９进行路面维修；当路面评价指标大于等于９０
分时，不必采取养护措施；当路面评价指标为７５～
９０分时，可考虑采取预防性养护措施。
４结语
（１）利用调查的数据，结合中国高速公路沥青路。。面早期损坏特点，建立了基于预防性养护的高速公
路沥青路面早期性能评价模型。
（２）评价模型以路面裂缝、车辙、破损、平整度、
抗滑性和结构强度作为评价内容，以路面早期性能
指数作为综合评价指标，并明确了预防性养护的指［９］标范围。
（３）运用高速公路沥青路面早期性能评价模型
进行预防性养护决策时，首先判断最先达到预等性
养护区间的单项指标，再结合综合指标的预防性养
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万方数据

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