【原】农村公路预防性养护决策与措施研究

职称申报 2022-06-04 发布于河南

展开全文

杨光华彭东黎

湖南交通职业技术学院

摘要：公路预防性养护作为主动科学的养护方式，对农村公路养护具有指导作用。根据农村公路预防性养护特点，本文提出农村沥青公路与水泥混凝土公路预防性养护决策树式决策方案，并就决策树中裂缝修补、坑槽修补、翻浆修补等具体养护技术措施进行说明。

关键词：预防性养护;农村公路;措施;

作者简介：杨光华(1971-)，男，教授，主要研究方向:交通运输工程。;

基金：湖南省交通运输厅科技项目(201703);

引言

随着公路里程总量日益增加，以及交通流量不断增多与交通荷载持续增大，农村公路养护工作需要不断提高养护水平，采用科学合理的养护方式[1]。但现在部分农村公路养护还是事后养护，存在三个弊端:一是对交通影响时间较长，养护应对迟缓;二是修补费用较高;三是有损路面美观。公路预防性养护作为主动科学的养护方式，做到事前养护，对农村公路养护具有重要指导作用。

预防性养护是指养护部门在公路路面结构良好或路面病害初期，当使用性能降低到某一水平值时，就可以对路面采用一系列预养护措施，如微表处、裂缝修补、稀浆封层、薄加铺层等，通过这些措施恢复路面使用功能，防止各项技术指标进一步降低[2]。农村公路预防性养护不但延长公路使用寿命，还可节省养护费用，也顺应“四好农村公路”建养发展需求。国内对农村公路预防性养护研究主要侧重于沥青路面[3]，由于其养护决策复杂[4]，并不适合农村公路预防性养护具体情况，因此本文运用简单明了的决策树和具体养护技术措施对农村公路预防性养护进行分析。

1 农村公路预防性养护决策分析

1.1 影响养护决策因素

公路路面养护决策时需要考虑很多因素，决策过程比较综合和复杂。对于农村公路来说，主要考虑的决策因素有以下几个方面:(1)路面结构承载能力。路面在自然环境，特别是车辆荷载的影响下，路面结构承载能力会逐步降低，从而造成其路面病害逐步增多，以及使用性能指数降低，影响车辆正常行驶。(2)路面病害情况。一般用路面状况指数和路面主要病害情况反映，路面状况指数大小确定路面大中修措施，如是不是罩面、加铺等，路面病害的主要类型一般决定着在大中修前路面需采取的预防性养护措施等。(3)交通流量。路面上车流量的大小常使路面结构的承载能力下降，并使路面病害不断加剧，在养护决策的时候，交通流量的多少也需引起决策重视。(4)其他。其他因素中养护人在实际养护中的决策经验也对决策结果有一定的监管作用。另外公路管理部门的行政因素也在一定情况下影响其养护决策。对农村公路预防性养护而言，主要是简化考虑因素，一般只考虑路面技术状况评价指数(PQI)的因素。

1.2 农村公路路面技术状况指数

农村公路路面主要是沥青和水泥混凝土路面。沥青路面技术状况评定应包括路面损坏(PCI)、路面行驶质量(路面平整度RQI)、路面车辙深度(RDI)、路面跳车(PBI)、路面磨耗(PWI)、路面抗滑性能(SRI)和路面结构强度(PSSI)七项内容。水泥混凝土路面技术状况评定应包括路面损坏、路面平整度、路面跳车、路面磨耗和路面抗滑性能五项内容。鉴于农村公路设计速度低、道路等级低、行驶车辆少的特点，以及PQI各分项指标权重中二、三、四级公路采用PCI(权重占0.6)和RQI(权重占0.4)二个指标。因此本文采用主要的路面损坏状况(PCI)与路面行驶质量(平整度RQI)二个评价指标，来评价农村公路路面的性能情况。

1.2.1 路面损坏状况指数

用路面损坏状况指数(PCI)来评价路面结构完好度和路面破损度，其计算公式如下[5]:

式中:DR为路面破损率(%);a0为路面系数，沥青路面采用15，水泥路面采用10.66;a1为路面系数，沥青路面采用0.412，水泥路面采用0.461;A1为第三类路面的损坏的累计面积(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，水泥混凝土路面取20。

计算出来的PCI值根据《公路技术状况评定标准》，农村公路将其分为:优(≥90)、良(≥80,<90)、中(≥70,<80)、次(≥60,<70)和差(<60)五个等级。

1.2.2 路面行驶质量指数

农村公路路面行驶质量(路面平整度)评价指数(RQI)，其计算公式如下[5]:

式中:IRI为国际平整度指数(m/km);a0为模型参数，农村公路采用0.0185;a1为型参数，农村公路采用0.58。

计算出来RQI值，根据《公路技术状况评定标准》，农村公路将其分为:优(沥青≥90;水泥≥88)，良(≥80，沥青<90;水泥<88)，中(≥70,<80)，次(≥60,<70)，差(<60)。

1.3 预防性养护决策树决策

对预防性养护决策优化的方法有很多，但大部分采用数学规划方法和优化算法，这些方法在进行养护决策时，虽然比较精准，但运行比较复杂，约束条件较多。而决策树作为一种项目级决策，具有简单明了的特点，因农村公路在养护决策时考虑的评价指标较少，适合用决策树对农村公路路面进行项目级养护决策。在使用时可结合养护人员的经验灵活运用，也便于工作人员理解。因此将决策树应用于农村公路的项目级养护决策是可行的。

1.3.1 沥青公路预防性养护决策树

图1给出了农村公路沥青路面预防性养护决策的思路流程。在决策时根据其情况采取相关预防性修补技术措施，主要是日常养护和局部罩面等。

图1 农村沥青公路预防性养护决策树

1.3.2 水泥混凝土公路预防性养护决策树

图2给出了农村公路水泥混凝土路面预防性养护决策思路图，在进行养护决策时根据其情况采取相应技术措施。主要是日常养护、填封接缝和裂缝，及其他病害修补等。

图2 农村水泥混凝土公路预防性养护决策树

1.4 不适合预防性养护的路面状况

以上两图利用决策树形式对农村公路的预防性养护决策进行了分析，但其中有些情况可能并不适合预防性养护，要视具体情况而定，主要有如下几种情况:(1)路面结构出现结构性裂缝;(2)路面龟裂程度处于大于10%的中等程度或2%的严重程度状况;(3)预防性养护前，路面呈现有大量裂缝，且大于5mm;(4)路面上中等以上补丁面积占20%以上严重补丁情况，或有大量补丁情况;(5)路面上有坑槽面积已大于0.1m2的严重坑槽状况;(6)沥青路面有深度大于15mm的车辙;(7)沥青路面表面有较多的推移式波浪拥包;(8)路基条件差，路面出现湿度损坏或者排水条件差等。上述情况中如果有一个或多个发生于路面，一般不建议使用预防性养护措施，则路面需要用修复性养护等措施来处理。

2 农村公路预防性养护主要技术措施

2.1 沥青路面预防性养护主要技术

2.1.1 裂缝修补

路面裂缝2～5mm:先使用高压空气器工具把裂缝里面吹干净，使其缝内无杂质尘土等，并清扫干净;后用工具把调制好的低稠度热沥青或乳化沥青按顺序灌入缝内，直至缝隙填满;再把干净石屑或砂填到缝中并捣实;随后清除修补溢出缝外沥青及石屑、砂等，恢复交通。

路面3～5mm裂缝:先把裂缝里和边缘的松动料、尘土、杂物等清扫干净，并保证缝内干燥;后用改性沥青(如SBS改性沥青)进行灌缝处理，灌缝后，表面应洒布粗砂或3～5mm的石屑;再清除干净现场缝外多余填封料，恢复交通。

2.1.2 坑槽修补

首先在施工作业现场按照要求设置相关安全标志;在路面修补坑槽处画好大小合适，并和道路中心线平行与垂直的方形修补轮廓线;在修补轮廓线内侧1cm位置进行切直开槽，如有基层损坏，开槽深度应20cm以上直至槽底稳定部分;一般在开槽后当天就回填、夯实、养生。其回填要层铺层夯，由外及内分层压实三遍，并注意边角压实程度。修补坑槽处进行油层摊铺:先清除干净养生土，把坑槽切齐刷油，油层边缘切齐，清理干净基层表面和油层边缘。然后刷边油、浇底油，抹油整齐均匀。把沥青混合料均匀摊铺在坑槽内，并找平压实，修补处需稍高于原路面。坑槽内摊铺的沥青混合料按基层碾压法碾压，需达到无轮迹印。修补面层碾压后，清理现场并恢复正常交通。

2.1.3 沉陷与翻浆修补

路基不均匀沉降引起路面沉陷，如果土基与基层稳定密实后不再沉降，一般可采用修补路面层法。修补时依路面破损程度采用不同修补措施，修补时在沉陷处先用粘层沥青喷洒或涂刷，再铺沥青混合料压实平整好。在路基含水量增大和行车的共同作用下，造成的翻浆。在修补时挖去面层和基层全部松软部分。将基层材料凉干后加入砂砾，分层填补并夯实，最后恢复面层。

2.2 水泥混凝土路面预防性养护主要技术

2.2.1 填封裂缝

对宽3mm以下的轻微裂缝采用扩缝灌浆法修补:先把修补裂缝扩宽扩深成沟槽，宽度1.5～2.0cm，深度依裂缝深度定，但深度低于2/3板厚。用工具清除干净缝隙里面杂物碎屑等，清除干净后，填入0.3～0.6cm大小的清洁石屑。把准备好的灌缝材料灌入扩缝内。达到通车条件，则开放交通。

对于路面裂缝宽度3～5mm贯穿全厚的中等裂缝，补缝可用条带罩面法:(1)在裂缝两侧约15cm处切缝，沿缝凿深度约7cm，清除两横缝内混凝土;(2)先沿裂缝两侧钻成对钯钉孔，钉孔对应垂直于裂缝且裂缝每一侧不少于10cm，深约7cm，同侧孔间隔约50cm。在成对钯钉孔间打一对和钯钉直径约一致的钉槽;(3)用Φ16的螺纹钢弯制成长约20cm、弯钩长约7cm的钯钉;再将钯钉插入已填满砂浆的孔内并安装好;(4)缝内壁切割好并凿毛清理干净，修补面先刷同比水泥沙浆，浇筑混凝土并振捣密实抹平、喷洒养护剂等;(5)在修补块面板两侧用切割机开伸缩缝，灌注填缝剂;(6)开放交通。

2.2.2 填封接缝

清理干净接缝中旧填缝料、杂物和灰尘。在接缝修补养护前，先用热沥青涂刷缝壁，缝内压进接缝板。再用沥青或其他填缝料填实抹平接缝板接头、接缝板和传力杆之间的间隙。如用加热式填缝料修补，先加热填缝料，再灌入填满，同时用铁钩来回钩动使缝壁的粘结及接缝填灌饱满。如气温较低季节施工，应将接缝预热。

2.2.3 其他病害修补

1)沉陷处理

沉陷处理需设置排水设施:在路面与路肩需保持设计横坡;路面的裂缝、接缝需密封;安置纵向积水管与横向出水管。

根据路面沉陷情况，能采取面板顶升的，采取面板顶升。基本要求:(1)顶升面板之前，在面板下沉板处约50m距离用水准仪测量下沉量，由纵断面算出升起值;(2)在路面下沉混凝土面板处钻深度大于板厚2cm的孔;(3)用起重设备或千斤顶顶升板块;(4)可采用水泥砂浆做灌注材料;(5)每孔的灌注材料通过钻孔压入后用木楔等堵住灌孔，压浆全部完成后拔出木楔，再用高强度水泥砂浆堵孔;(6)当抗压强度达到6MPa可开放交通。

2)坑洞修补

对单个坑洞修补，把坑洞清理干净，填充水泥砂浆材料后密实平整好。

对成片的多个坑洞区，用水泥混凝土薄层法修补。在坑洞区切割出相关面积的图形边线，线型与路中心线平行或垂直，深度达6cm以上。取出切割修复区内混凝土清除后，把切割面内的光滑面凿毛，扫除干净槽内混凝土碎屑杂质。振捣密实好补入槽内混凝土拌和物，使其与原混凝土面板高度相一致，再压纹处理。喷洒养护剂等养生。

对深度3cm内的较大面积成片区坑洞，用沥青混凝土来修补。(1)坑洞区凿出治理区，其图形边线和道路中心线平行或垂直，深度一般为2～3cm，再清除干净混凝土碎屑。(2)先槽底面及槽壁层涂洒好粘层沥青，再铺筑沥青混凝土并碾压密实平整好。

3 结语

在当前农村公路养护工作提出新要求的情况下，采用主动性的预防性养护是一种较科学的养护方法，根据农村公路养护的实际情况，需提供一套简单明了的决策方式和具体技术措施。通过运用决策树决策等进行农村公路预防性养护，从实践情况来看，养护过程操作简单，运用效果显著。预防性养护在农村公路养护中具有施工期短和方便、经济和社会效益良等优点，因此，缓解农村公路养护压力具有重要意义。