内蒙古自治区沥青路面技术状况评定优化及验证

张艳红，侯 芸，董元帅

(1.中国公路工程咨询集团有限公司，北京 100089； 2.公路建设与养护技术、材料及装备交通运输行业研发中心，北京 100089；3.中国交建公路路面养护技术研发中心，北京 100089)

0 引 言

2018年底，交通运输部修订颁布了《公路技术状况评定标准》(JTG 5210—2018)(以下简称《标准》)，在原有标准基础上对评定内容、评定标准等进行了修订。沥青路面是内蒙古自治区高等级公路的主要结构形式，路面技术状况的评定依附于对路面损坏类型的准确界定及判断[1]。近年来，由于检测技术的进步及养护管理需求的增长，《标准》中关于沥青路面的部分技术指标、病害识别标准、病害类型等均与内蒙古地区的实际情况有所偏差或不够全面，导致内蒙古区域内的沥青路面技术状况评价不够准确、客观、科学，进而影响了公路养护需求的分析及养护对策的制定。国内相关科研机构也对辽宁、北京、四川等地的路面使用性能指数进行了研究[2-10]，提出基于客观赋值方法、动态权重法、遗传-神经网络法等计算路面性能指数。现有研究对内蒙古地区无针对性且偏于理论分析，因此，本文结合内蒙古自治区的气候、环境及交通特点，深入分析内蒙古沥青路面典型病害，建立适合内蒙古的沥青路面技术状况评定优化体系；同时以4个高速公路工程为例，采用现行标准方法与本评定方法进行对比分析，印证方法的适用性及合理性，对内蒙古地区路面养护科学决策及养护资金合理提前安排有重要指导意义。

1 沥青路面典型病害分析

1.1 路面典型结构

内蒙古地区路面结构以半刚性基层沥青路面为主，调查发现各级公路路面典型结构见表1。

表1 内蒙古路面典型结构

内蒙古高等级公路仍以传统的半刚性路面为主要结构型式，典型结构为(16～18) cm AC、(48～56) cm半刚性基层，一级公路的典型结构为(7～9) cm AC、(48～56) cm半刚性基层，而二级及以下公路则通常采用(2～5) cm AC或沥青表处及沥青贯入式。

1.2 沥青路面病害分析

内蒙古自治区地域辽阔，呈东西向狭长形分布。区内地形较为复杂，阴山山脉、大兴安岭将全区分成三大片，即丘陵平原、山地及高原。自治区内水文、地理、地质等条件复杂多样，路面损坏呈现明显的季节性。

(1)损坏分类。参照现行《标准》，结合内蒙古地区路面病害特点，将沥青路面损坏分为裂缝类、变形类、松散类和其他类，共4类11种损坏形式。

表2 沥青路面损坏分类

(2)拱胀。拱胀是内蒙古自治区沥青路面特有的一种病害形式(图1)，通常是基层拱胀所导致，该病害对路面使用性能、技术状况都有较大影响。拱胀效应每年夏季6～8月最为严重，随温度呈周期性变化，拱胀分布的间距规律性不明显，间距大者可达300～500 m，有些间距甚至不足50 m。在构造物较少的路段，基层拱胀连续长度可以达到5～10 km。构造物的缺失导致基层内部变形无法释放，此时拱胀会相对严重一些。

图1 S312挖方段路面起拱

根据成因的不同，拱胀裂缝可分为盐胀裂缝和冻胀裂缝。

2 沥青路面技术状况评定分析

2.1 现有标准在内蒙古自治区应用不足

现有《公路技术状况评定标准》在原有标准的基础上增加了路面跳车指标及计算方法，调整了部分分项指标的相关权重和扣分标准，但并未对沥青路面各项损坏的权重进行调整。经过多年的实践，《标准》中对沥青路面损坏的分类及技术状况评定应用于内蒙古自治区主要呈现以下不足。

(1)未考虑西北高寒地区裂缝的普遍性。横向裂缝是北方地区沥青路面最常见的损坏之一。内蒙古自治区沥青路面的横向裂缝主要包括反射裂缝和温缩裂缝，2种裂缝的产生均与半刚性路面结构形式密切相关。内蒙古自治区的总体气候特点是春季气温骤升，多为大风天气；夏季短促而火热，降水集中；秋季气温剧降，伴随霜冻；冬季漫长严寒，多寒潮天气。由于气候干燥，雨水较少，内蒙古地区冬季产生的温缩裂缝并不会因为雨水的下渗而产生裂缝扩散或恶化。现行标准没有考虑全国不同气候地区的裂缝特点，而是进行全国均一化处理，横向裂缝对应轻度、重度的计算权重高达0.6、1.0，修补的权重也高达0.1，由此将裂缝、修补对路面技术状况的影响放大。这造成评定后的路面损坏状况指数PCI值较低，需要采取修复养护，而实际道路运营状况相对良好，因此使养护方案过于保守，养护资金分配不合理。

(2)未考虑内蒙古的特殊病害形式。拱胀作为内蒙古地区沥青路面特有的病害形式，包括冻胀裂缝、盐胀裂缝。冻胀裂缝是指由冬季土基下部的水分向上集聚并冻结成冰引起膨胀，造成地表或路面隆起开裂。盐胀裂缝是含有硫酸盐的盐渍土，由温度变化引起体积变化导致公路路基、路面产生开裂[11-14]。现有标准规定的21项沥青路面损坏类型未包括内蒙古地区特有的拱胀，评定时未涵盖所有的病害形式，导致技术状况评定结果不准确。

(3)PQI加权均一化处理弱化路面破损的影响。现行《公路技术状况评定标准》中，PQI是由分别表征路面破损、路面平整度、路面车辙、路面磨耗、路面跳车及路面抗滑等的相关指标进行加权平均后计算得到的，6个指标各自表征的路面性能不同，各自评价标准亦不相同。通过实际调研发现，在路面破损状况很差的情况(即PCI很低)下，由于其余3个指标均较高，同样能得到较高的PQI。由此，对一条路面破损状况很差的路，由于评定后的PQI较高，导致养护决策时无法将其列入大修计划，使路况进一步恶化，而养护资金越来越无法满足这种次差路段的养护需求，进而造成“路况恶化—养护缺失”的恶性循环。

2.2 内蒙古自治区沥青路面技术状况评定优化

基于对现有标准在内蒙古地区应用不足的分析，本文从损坏权重调整、损坏形式新增、动态权重计算等方面对内蒙古地区沥青路面技术状况评定进行优化。

(1)调整横向裂缝判定标准，降低破损计算权重。结合对内蒙古自治区代表性公路的横向裂缝调查，以缝宽5 mm作为横向裂缝轻、重的判别，弱化其对路面破损的影响。同时，将重度横向裂缝在路面损坏状况指数PCI的权重由1.0降低为0.8；将修补的权重由0.1降低为0.05。

(2)在“其他类”损坏中增加“拱胀”。通过大量的实地调查，按拱胀隆起高度不同，将内蒙古地区的拱胀分为轻、重2个等级。2种拱胀的特征及判断方法如表3所示。

表3 拱胀等级及特征判定

(3)建立浮动权重PQI计算法。高速公路、一级公路的沥青路面技术状况指标包括PCI、RQI、RDI、PBI、PWI及SRI，其中，PWI与SRI可相互替换。考虑到路面跳车主要是沿海地区有软基等特殊路基路段情况下产生的病害形式，因此，本文暂不考虑PBI指标，对高速公路、一级公路的PQI各指标权重系数采用浮动算法计算，突出路面破损的影响，使其避免病害的平均化。具体而言，即根据PCI与RQI、RDI及SRI三个指标的相对关系，采用动态的权重系数。同时，随着PCI指标的降低而加大PCI指标在计算PQI时的权重，并兼顾其他指标，尽量用数值关系平衡。

情况1：若PCI不小于RQI、RDI、SRI三者的平均值，PQI分项指标权重取值见表4。

表4 情况1的PQI分项指标权重

情况2：若PCI在3个指标平均值的1～8倍之间，PQI分项指标权重取值见表5。

情况3：若PCI在3个指标平均值的0.5～0.8倍之间，PQI分项指标权重取值见表6。

情况4：若PCI小于3个指标平均值的0.5倍，PQI分项指标权重取值见表7。

表5 情况2的PQI分项指标权重

表6 情况3的PQI分项指标权重

表7 情况4的PQI分项指标权重

3 工程实例验证

选取4条高速公路，对应于以上所述的PCI与其余3个指标平均值的数值关系，分别采用现行标准与本文提出的评定方法进行PQI的计算，对比结果如图2～5所示。

图2 情况1路况明细分布对比

图3 情况2路况明细分布对比

图4 情况3路况明细分布对比

图5 情况4路况明细分布对比

与现行《公路技术状况评定标准》相比，当PCI不小于3个指标平均值时，按本文方法计算的PQI评定结果与现行规范一致；当PCI介于平均值与0.8倍平均值之间时，本文计算PQI评定结果略低于现行规范或基本相当；当PCI介于0.8倍平均值与0.5倍平均值之间时，本文计算PQI评定结果低于现行规范；当PCI低于0.5倍平均值时，本文计算PQI评定结果明显低于现行规范。也就是说，PCI越差，与现行规范相比，按本文方法评定的PQI值相应越低，由此真正突出了路面破损对路面总体技术状况的影响，使评定结果更具内蒙古地区的适用性及指导性，对后续养护科学决策及养护资金合理安排有重要指导意义。

4 结 语

本文分析了内蒙古自治区沥青路面的典型病害，对比现行标准总结其在内蒙古地区应用的不足，有针对性地提出评定优化方法，并以工程案例进行应用对比，得出以下结论。

(1)内蒙古高等级公路仍以传统的半刚性路面为主要的路面结构型式。高速公路的典型结构为(16～18) cm AC、(48～56) cm半刚性基层，一级公路的典型结构为(7～9) cm AC、(48～56) cm半刚性基层。

(2)内蒙古地区沥青路面损坏分为裂缝类、变形类、松散类、其他类，共4类11种损坏形式。

(3)拱胀是内蒙古自治区沥青路面特有的一种病害形式，根据拱胀裂缝产生的成因不同，可分为盐胀裂缝、冻胀裂缝。

(4)现行标准未考虑西北高寒地区裂缝的普遍性，将裂缝、修补对路面技术状况的影响放大，建议调整横向裂缝判定标准，降低横向裂缝、修补的破损计算权重，以缝宽5 mm作为横向裂缝轻、重的判别。

(5)现行标准未考虑内蒙古特殊的拱胀病害形式，导致技术状况评定结果不准确。建议在损坏类型中增加拱胀，并按拱胀隆起高度不同，将内蒙古地区的拱胀分为轻、重2个等级。

(6)现行标准对PQI进行加权均一化处理弱化了路面破损的影响，与真实的养护需求存在一定偏差。建议针对高速公路、一级公路PCI与其余3个主要指标的平均值关系，采用浮动算法计算PQI各指标权重系数，突出路面破损对路面使用性能指标的影响，使其避免病害的平均化。

(7)以4条高速公路为例，采用现行标准与本文提出的评定方法进行PQI计算，对比可知，PCI越差，与现行规范相比，按本文方法评定的PQI值相应越低，突出了路面破损的影响，在内蒙古地区具有较好的针对性。