天津高速公路沥青路面预防性养护技术应用研究 72页

硕士学位论文（工程硕士）天津高速公路沥青路面预防性养护技术应用研究RESEARCHONTHEAPPLICATIONOFASPHALTPAVEMENTPREVENTIVEMAINTENANCETECHNOLOGYONTIANJINFREEWAY刘烝刘烝刘烝哈尔滨工业大学2017年10月 国内图书分类号：U418.6+2学校代码：10213国际图书分类号：625.7密级：公开工程硕士学位论文（工程硕士）天津高速公路沥青路面预防性养护技术应用研究硕士研究生：刘烝导师：谭忆秋教授申请学位：工程硕士学科：交通运输工程所在单位：天津市公路工程总公司答辩日期：2017年10月授予学位单位：哈尔滨工业大学 ClassifiedIndex:U418.6+2U.D.C:625.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHEAPPLICATIONOFASPHALTPAVEMENTPREVENTIVEMAINTENANCETECHNOLOGYONTIANJINFREEWAYCandidate:LiuZhengSupervisor:Prof.TanYiqiuAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:TransportationEngineeringAffiliation：TianjinFreewayEngineeringCorporationDateofDefense:October,2017Degree-Offering-Institution:HarbinInstituteofTechnology 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要随着天津市高速公路建设的飞速发展，预防性养护逐步得到重视。如何通过对沥青路面性能的合理评价后确定最佳预防性养护时机、选用适当的预防性养护技术措施，达到遏制路面早期病害发展、有效延长使用寿命并保持较高的服务水平的目的，实现维修养护费用明显下降，具有重要的现实意义。在对天津市高速公路路面早期病害调查基础上，结合预防性养护的定义和现有规范标准评价方法，确定了适用于高速公路沥青路面预养护的路面状况评价指标，并赋予各项指标适用于预防性养护的指标标准值、临界值和极限值。结合调研和工程施工经验，本文从技术性能特点、材料、技术经济特征、施工设备、使用寿命、适宜性等方面系统分析了目前比较常用的各种预防性养护技术的适用性，为正确地选择预防性养护措施提供了保障。建立了包括了11种常用的预防性养护技术措施的预防性养护措施选择全决策库。以指标控制和病害类型分类综合控制为基础，形成了基于需求的预防性养护措施决策流程，过程清晰、直观，易于使用。确定了高速公路沥青路面预防性养护路面状况评价指标，提出了确定预防性养护路段范围的方法，并通过工程实例进行了验证。关键词：沥青路面；预防性养护；路面病害；路面性能；养护措施；养护时机-I- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractInrecentyears,freewayconstructionhasmadegreatdevelopmentintianjin,preventivemaintenanceisbecomingmoreandmoreemphasis.Byreasonableevaluattopavementperformance,determinetheoptimaltimingofpreventivemaintenance,choosetheappropriatepreventivemaintenancecanpreventdiseasedevelopmenttrendintime,sothattheroadalwayskeepgoodservicecondition,prolongtheservicelifeofpavement,savethemaintenancecost,thisstudyhasimportantpracticalsignificance.Basedontheanalysisofpavementevaluationmodel,methodandtheconnotationofpreventivemaintenance,establishedpavementconditionevaluationindexesaccordingtoactualdemandoftianjinfreewayasphaltpavementpreventivemaintenance.andgivedtheindexvalues,thecriticalvalueandlimitvalue,usedtodeterminethereasonablepreventivemaintenancedecisionshallapply.Fromthetechnicalcharacteristics,material,economiccharacteristics,constructionequipment,andservicelife,Combinedwiththeresearchandengineeringconstructionexperience,thisarticleanalyzedtheapplicabilityoftheofpreventivemaintenancetechnicalmeasurescommonlyused.whichguaranteesproperpreventivemaintenancemeasures.Throughanalyzingthesuitabilityofthevarioustypesofpreventivemaintenancemeasures,includingthe11kindsofpreventivemaintenancetechnologymeasurescommonlyusedtoselectalldecisions.Toindexclassificationtypecontrolanddiseaseintegratedcontrolasthefoundation,formedthedemandbasedonthepreventivemaintenancemeasuresofdecision-makingprocess,processclear,intuitiveandeasytouse.Basedonthestudyoftheoptimalpreventivemaintenancemeasures,exploredfortheoptimaltimingofpreventivemaintenance,thedeterminationmethodofpreventivemaintenancetimecategory,thebestimplementationperiod;Combinedwithengineeringexample.Keywords:asphaltpaverment,preventivemaintenance,earlydisease,pavementperformance,maintenancemeasures,maintenancetiming-II- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文目录摘要.......................................................................................................IABSTRACT..............................................................................................II第1章绪论.............................................................................................11.1研究背景及意义..............................................................................11.2国内外应用研究概况......................................................................21.2.1国外应用研究状况...................................................................21.2.2国内应用研究状况...................................................................31.2.3存在的不足...............................................................................81.3主要研究内容及技术路线...............................................................91.3.1研究内容..................................................................................91.3.2研究方法及技术路线..............................................................10第2章预防性养护适用的路面状况指标及标准...................................112.1天津高速公路路面早期病害特征..................................................112.1.1裂缝........................................................................................112.1.2车辙........................................................................................132.1.3泛油........................................................................................152.1.4其它病害................................................................................152.2预防性养护路面状况四级评价指标..............................................152.2.1判断性指标——一级指标......................................................162.2.2控制性指标——二级指标......................................................162.2.3综合性指标——三级指标......................................................162.2.4安全性指标——四级指标......................................................172.3预防性养护适用性指标标准确定..................................................172.3.1判断性指标标准——一级指标标准.......................................172.3.2控制性指标标准——二级指标标准.......................................192.3.3综合性指标标准——三级指标标准.......................................222.3.4安全性指标标准——四级指标标准.......................................232.4本章小结.......................................................................................24第3章预防性养护技术措施适用性研究..............................................253.1裂缝填封类预防性技术适用性.....................................................25-III- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文3.2表面涂刷（喷洒）类预防性养护措施适用性...............................263.3表面封层类预防性养护措施适用性..............................................273.4薄层罩面类预防性养护措施适用性..............................................293.5本章小结.......................................................................................30第4章预防性养护措施和养护时段选择..............................................314.1基于病害处治需求的预防性养护措施选择..................................314.1.1预防性养护措施选取原则......................................................314.1.2基于病害处治需求的预防性养护措施选择库........................314.1.3基于病害处治需求的预防性养护措施选择流程....................324.2预防性养护时段范围的确定.........................................................384.3实例分析.......................................................................................404.3.1工程概况................................................................................404.3.2路面单指标衰变曲线..............................................................414.3.3预防性养护时间段范围的确定...............................................434.3.4预防性养护关键评价指标确定...............................................444.3.5零养护下的寿命确定..............................................................454.3.6预防性养护措施方案确定......................................................464.3.7预防性养护措施方案实施后的寿命期确定............................464.3.8费用计算效益分析方案选择..................................................474.4本章小结.......................................................................................47第5章多时段多周期预防性养护策略..................................................485.1多周期养护策略模式及影响因素..................................................485.2回归分析法确定多周期养护策略宏观控制指标............................495.3多周期养护策略步骤.....................................................................515.3.1效益确定.................................................................................515.3.2费用确定.................................................................................515.3.3最佳策略选择..........................................................................525.4实例分析........................................................................................525.4.1在策略期实施一次预防性养护...............................................535.4.2在策略期实施二次预防性养护...............................................545.4.3在策略期实施三次预防性养护...............................................545.5本章小结........................................................................................55-IV- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文结论.....................................................................................................56参考文献.................................................................................................57攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果............................................61哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限.................................62致谢.....................................................................................................63个人简历.................................................................................................64-V- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第1章绪论1.1研究背景及意义近几年，随着国家基础建设投资力度的不断加大，我国的高速公路的数量和总里程数日新月异，逐步建成一个相当规模的公路体系。截止2014年年底，我国高速公路总里程为11.19万公里，公路总里程突破440万公里，达到446.39万公里。大量新建成的高速公路陆续投入使用，从工程建设阶段进入到了养护管理阶段。美国通过对高速公路路面长期性能进行研究后得出，高速公路的服务寿命最初75%的时间内其使用性能下降40%，倘若养护不及时，在后期12%[1-3]的服务寿命时间内，再次降低使用性能40%，直接增加养护成本3～10倍。除此之外，较低的路面使用性能水平将直接影响行车安全性，从而造成交通事故率的上升，严重时甚至会导致连环追尾事故的发生。近年来，我国道路工作者已经开始高度重视如何预防和延缓高等级公路病害的出现。因此，如何使用最少的资金，使路面结构保持最佳的使用性能的同时具有最长的服务寿命，实现效益--费用比最大化，已经成为当前公路研究人员广泛关注的领域。因此“预防性养护”这种先进的养护理念，被广泛的关注并不断得到认可，并且随着研究的不断深入，“预防性养护”的价值及前景也逐渐体现出来。美国各州公路与运输工作者协会（AASHTO）于20世纪80年代对“预防性养护”的概念进行了定义。预防性养护是指：在路面结构承载能力良好的前提条件下，有计划的针对路面功能性问题（仅面层出现轻度病害）采取的一[4]种基于效益—费用关系的养护行为，其主要作用在于延缓路面性能的衰减，尽可能防止路面病害由功能性向结构性转化，通过推迟道路大中修和改扩建来延长路面使用寿命，节约养护维修资金。预防性养护可以改善道路状况，提高行车质量，延长道路使用寿命，降低生命周期成本。研究表明：相比不采取任何养护措施的情况，采取预养护路面措施的效益-成本比是其6～10倍。在预防性养护上每投入1美元，可以[5-8]节省4～6美元的其它养护和改建费用，而道路的服务性能更好。天津市近年来的公路建设发展迅猛，也越来越重视预防性养护，因此，合理评价路面使用性能，确定最佳养护时机及措施、制定及时有效的预防性-1- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文养护计划，能够及时阻止病害发展，使沥青路面始终维持较好的服务水平，显著延长路面使用寿命，节省维修养护费用。这将是我国道路建设养护管理领域面临的一个重要课题，具有重要的实际意义。1.2国内外应用研究概况依据国内外预防性养护的特点，将研究方向分为以下几个方面：预防性养护的效益评价、预防性养护最佳时机确定、预防性养护措施选取和预防性养护技术施工工艺等。1.2.1国外应用研究状况加拿大于70年代就认识到公路预防性养护的好处，安大略省运输部实施了路面管理计划，以系统地应用预防性养护的理念。70年代末，美国运用运筹学理论和系统工程开发了路面养护管理系统（PMS）。随后，网级路面管理系统在美国和加拿大的许多州和省陆续建立实施。在80年代中期，约35个[9,10]州、省已经完成或基本完成了路面管理系统建设。这对于路面养护时机与对策的确定具有重要意义。美国于90年代首次提出预防性养护概念，它不同于传统的道路养护概念。它是在正确的时间，用适当的方法，对适当的路段进行养护，在不提高路面的结构性能的前提下，还能够使路面在良好的服务水平下维持较长时间，[11,12]在某种意义上降低维护费用。1987年，美国启动了一项公路研究项目（SHRP计划），总投资为1.5亿美元，其中第三子项目“养护费用-效益研究”从费用—效益的角度来对各种养护措施进行了研究。1993年上述计划结束后，SHRP的第二个子项目“路面长期性能研究”在美国联邦公路管路局（FHWA）的资助下得以开展。研究发现，在整个生命周期中进行3～4次预防性养护，可以减缓路面使用性能的恶化，延长路面使用寿命10～15年，养[13]护费用可节约45%～50%。根据美国密歇根州运输部（MDOT）的估算，自1992年在密歇根实施预防性维修计划以来，至1998年维修基金节省了7[14]亿美元。近年来，美国道路管理局，如公路养护机构，联邦公路管理局和美国公路工作者协会，已经发起了道路预防性养护推动活动。大量的子课题以不同[15]的方式得到了资助，并举行了很多次预防性养护的论坛和研讨会。联邦公路管理局在2000年资助了NCHRPP14-14项目，对如何确定预防性养护时机-2- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文进行了研究。除此之外，美国有关公路管理部门又对预防性养护时机选择的研究项目三年内进行了350,000美元的资金支持。DI（DistressIndex）—破坏指数，RQI（RideQualityIndex—行驶质量指[16-18]数，是道路管理评价体系中的两个重要指标。密歇根州运输部（MDOT）判断预防性维护时间的标准是RQI。当前，DI是道路维修和预防性养护决策的主要依据。当行车质量很差时，DI所能达到的界限值才作为路面大修的决策。在这种情况下，RQI应用相对消极。密歇根州立大学基于行驶质量指数RQI，研究不同类型的路面预防性养护的阈值（PQI阈值），一套采取最佳预防性养护时间的模式已被开发出来——综合PQI与实际路面PQI增长值来确定路面预防性养护的最佳时间。有了这个新的PQI界限，预防性维护措施可以提高路面整体平整度和减小动载荷对路面的影响，延长使用周期。为了实现这一目标，密歇根州立大学开发了一套最佳的预防性养护时间为标准的可靠模式——通过新的PQI阈值和实际情况中路面PQI增长值去确定这种平整度阈值。密歇根州立大学以PQI值为指标，寻求预防性养护时机的模式仅适用于水泥混凝土路面，只有路面平整度[19,20]与车辆动荷载造成的破坏的情况下，确定预防性维护时间比较准确。然而，该方法并没有解决路面水损害、路面裂缝、抗滑等其他主要道路问题的预防性养护问题。在预防性养护的决策方面，决策矩阵被有些美国公路管理部门所采用。密西根州运输部认为：一些薄层罩面不是以增强沥青道路的路面结构强度为目的，因此，应将其归入到预防性养护措施之中。当路面破坏较为严重[21]时（平整度下降严重，出现疲劳裂缝），使用薄层罩面进行处理。除美国外，预防性养护在欧洲列国、日本、加拿大等国家得到了广泛应用。不但制定了相应的研究和应用方案，还将其广泛的应用到了各高速公路[22]的的养护管理工作中。1.2.2国内应用研究状况相对于发达国家，我国对预防性养护相关研究起步较晚，随着国民经济的快速发展，我国的公路事业进入了一个高峰期，但问题随之而来，主要是路面损坏较为严重，大部分地区仍采用被动养护，养护成本大。为了改变被动养护的现状，国内一些科研机构和公路管理部门把注意力放在了预防性养护上，并进行了一些研究。-3- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文1996年，交通部颁发《公路养护技术规范》（JTJ073-96），要求公路养护管理应采取“预防为主，防治结合”的方针。在2001发布的《公路养护与管理发展纲要（2001-2010年）》，提出公路养护要坚持“建养并重”（建设是发展，养护管理也是发展）的理念。同年，交通部颁发的《公路沥青路面养护技术规范》（JTJ073.2-2001）进一步规定必须预防性、经常性和周期性养护沥青路面。2004年，受广东高速公路股份有限公司委托，华南理工大学道路工程研究所开展沥青路面预防性养护和资产保值成套技术研究。2005年9月，交通运输部发布《公路水路交通中长期科技发展规划纲要（2006-2020）》，预防性养护技术是规划期内交通科技发展战略确定的六大重点研发领域中的研发重点之一；上海市公路管理处和同济大学合作完成了“公路沥青混凝土路面预防性养护技术研究”。2006年8月，在内蒙古呼和浩特市召开的“第二十次各公路局座谈会”上，与会代表呼吁各地要抓紧研究预防性养护的关键技术、制定相关制度、提炼整合出与我国国情相适应的预防性技术与工艺，并制定资金投入机制和研制养护设备。2006年9月，交通部发布《十一五公路养护管理事业发展纲要》，“十一五”时期要坚持“建养并重，协调发展”，转变观念，树立全生命周期的道路养护成本的理念，通过预防性维护措施减少路面寿命周期费用，将预防性的维护和周期性养护相结合，实现良性循环。2007年9月在济南召开了“全国公路预防性养护技术研讨会”，与会人员广泛而深入的交流，讨论我国公路预防性养护工作的实际情况，促进了中国预防性养护工作的发展。（1）预防性养护技术措施稀浆封层、雾封层、薄层罩面和微表处在我国高等级沥青路面的预防性养护中应用广泛，但大多数的预防性养护材料是进口的或引进技术，国内加工，与国外相比我们自主研发的生产设备、关键材料的技术性能还很落后，还未出台预防性养护相关的技术标准，在一定程度上阻碍了预防性养护技术的发展。展宏图等研究京秦高速公路沥青路面预防性养护技术，研究预防性养护技术应用的材料的路用性能，提出了基于沥青路面老化指标、路面行车安全性指、标路面渗水材料、抗油污侵蚀性能指标等沥青路面功能性能的预防性-4- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文[23]养护指标体系，并对表面涂刷类材料进行了室内试验。[24]赵佳军等通过沪宁高速苏州段坑槽和横向裂缝的统计数据，采取灌缝、热补、稀浆封层的预防性养护措施对沪宁高速公路沥青路面的预防性养护技术进行研究。赵卫东对沥青路面使用特性进行分析，指出采用预防性养护方法和措施，能够保证路面结构的使用年限和使用质量，并针对不同道路情况给出了相应的养护机械性能和特点。[25]朱宏伟和项琴等通过分析病害损坏的类型及其原因，提出了沥青路面预防性养护的概念，将国内外各种沥青路面的预防性养护措施和技术特点一一介绍，指出预防性养护具有重要意义。吉增晖在对预防性养护的内容、特点和措施的介绍的基础上，提出了路面预防性养护的关键技术，阐述了沥青路面预防性养护的方法和长期观测机[26]制，并分析了预防性养护的经济效益。韩进辉从我国公路沥青路面早期损坏严重且多为功能性损坏的特点出发，介绍了一种方便和成本合理的缓解沥青路面早期病害的技术，并提出了在我国实施的具体措施。王志科分析了沥青路面预防性养护工作的重要性，从沥青路面预防性养[27]护内容及特点出发，对相关预防性养护技术措施进行深入分析。[28]徐龙提出了用层次分析法确定路面性能评价的权重，通过属性数学模型和物元模型对典型路段进行了评价。采用灰色马尔代夫预测模型预测代表性路段的性能，确定合适的路段和预防性养护适宜时机，通过对国内外一些路面预防性养护技术的综合分析，可以使相关部门根据不同的路况选择最佳的预防性养护护措施，实现效益—费用比最大化。杨爱美依托S201线的预防性养护案例，探讨公路路面预防性养护的意义，介绍了沥青路面早期病害及路面维修的措施，以延长路面的使用寿命，保持路面的使用性能，确保提供良好的交通运输服务。张卫国从养护费用和路面性能影响出发，提出预防性养护是一种主动性的养护策略，是一种对公路周期性的强制养护措施，且预防性养护是项事半功倍的养护方法，具有良好的社会效益和经济效益。提出以建立养护信息管理体系和确定预防性养护方案为主的预防性养护体系。（2）预防性养护时机的研究预防性养护时机的确定是一个复杂的问题，国内外学者对其进行了一系-5- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文列研究，采用不同的理论提出不同的模型，取得了一定的成果。玉俊杰等在京秦高速公路沥青路面预防性养护对策研究中应用效益费用[29]评价法，认为路面使用寿命第四年进行稀浆封层养护是最佳的。东南大学的周岚基于沥青路面的老化，对预防性养护时机进行了研究，并进一步提出了判定方法。在室内老化试验的基础上，沥青路面老化模型的现场试验表明，沥青路面的老化主要是由于路面的氧化和内部老化造成的。室内模拟和现场试验结果表明，内部老化过程慢于表面老化。所以，如果路面表面具有良好的密实度，在一定的时间养护考虑内部老化的影响。研究结果为基于老化的预防性维修提供了重要的理论依据。基于所提出的预防性养护时机的判定方法提出第一次的养护时机在10~20hPAV老化度前，即路面竣[30]工后4~8年。徐德录等人对室内大粒径沥青混合料进行了疲劳试验，得到了沥青路面的疲劳开裂规律，提出了预测疲劳寿命的方法，并用费用-效应理论确定了预防性养护的最佳时间。根据MTS设备及试件的特点，采用试验温度为15℃，半正弦波加载，采用加载速率与加载频率的不同组合试验。根据疲劳损伤特[31]征和典型路面结构，最佳预防养护时间确定为第8年。李孝兵等人以预养护的费用——效益分析为基础，认为“决定预养护措施最佳实施时间的因素主要包括两方面：效益（即路面使用性能的改善程度）和相应的费用。对预养护方案实施效果的评价可从行驶质量、损坏状况和路面抗滑性，3个方面进行。选取合理的指标，如IRI、PCI、PSI或其他自定义指标对方案进行效益评价。以等额年费（EUAC）为指标，对预防性养护的费用进行评价。以物元理论为基础，建立了养护时机模型。通过上海地区高速公路预防性养护经验验证了该模型的有效性。道路通车后第三年认为是[32]微表处预养护的最佳时机。殷晗宇分析了预防性养护的作用和研究现状，提出了确定预防性养护时间方法——基于生命周期费用分析。建立了生命周期费用分析的费用计算框架，提出了一种定量分析方法，给出了确定权重系数的方法，通过计算效益[33]费用比最大化确定预防性养护最佳时间。曾峰等人基于现有的路面性能衰变模型，引入改善系数A和寿命系数B，建立了预防性养护后的路面使用性能衰变模型，并讨论了改善系数A和寿命系数B的内在意义；然后利用该衰变模型提出以费用效益比最大为准则确定[34]预防性养护时机的方法。-6- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文颜杏生和汪晓红分析了当前高速公路沥青路面养护工作中存在的认识误区。彭勇认为传统的路面养护是当路面损坏以后进行，路面预防性维护当其出现明显破坏之前进行养护，提出管理人员应改变传统观念。预防性维修的[35]关键是确定养护的最佳时机。过早实行预防性养护，会造成资金浪费，甚至引发其他道路问题。太晚应用是无法体现预防的目的，且造成资金浪费。方伟俊根据沥青路面使用性能的衰变规律以及国内预防性养护的的应用现状，指出了预防性养护对高速公路与经济发展的的意义，并确定沥青路面预防性养护时间的最佳方案：将分析期内（生命周期n年）不同时期所做的预防性养护的费用，按某一预定的折现系数折算现值之和与其他类型的方案[36]所需费用折算出的现值相比较，由此确定最合适的养护时机。基于国内外成熟的预防性养护研究方法和成果，李小川介绍了预防性路面养护措施的类型和影响因素，并提出选择养护方案的确定原则，基于生命[37]周期方法进行养护时机的选择，与支喜兰的课题方法相似，具有重要的参考意义。（3）预防性养护对策的研究季瑛提出在上海地区沥青路面的预防性养护采用PCI、SSI和PQI宏观标准，以及预防性养护对策选择的流程，在此基础上研究了预防性养护最佳实际措施的提出方法，提出了相应的设计理论和施工技术。凌建明等人通过借鉴国外比较成熟的研究方法和成果，根据预养护对策选择的原则，认为养护对策应包括预养护措施的制定、预养护措施的成本效益分析、项目级预养护措施的选择等3个方面。因此，预养护对策选择方法应包括3个方面：建立预养护对策库、预养护措施的费用效益分析和预养护措施的选择。其考虑了技术、经济和工程因素来确定选择预防性养护措施的[38]方法，具有一定的科学性和合理性。曾峰和张肖宁通过调查广东省某高速公路路况，在预防性养护路段划分的基础上，采用抗滑指数、横向裂缝宽度和路面车辙深度指标，根据聚类分[39]析方法确定了整个路段的预防维修措施选择过程。[40]李杰，胡国祥，何晓鸣针对目前沥青路面预防性养护对策确定方法，应用模糊优选理论建立并求解沥青路面预防性养护优化模型，根据模型的计算确定最优对策，有效减少了主观因素的不确定性。基于以上研究开发计算机程序极大地提高了效率，使模糊优选方法可以应用载预防性养护对策选择-7- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文的过程中。[41]喻翔以省级范围内的高速公路网级路面养护决策问题为研究对象，建立了高速公路网级路面养护管理系统决策优化研究的主要框架和路面养护资金分配优化模型，并讨论了模型的求解算法，结合四川省高速公路养护现状，进行了网级路面养护管理决策的案例分析。[42]俞先江采用目标规划的基本原理，建立网级决策模型；在项目级决策模型中，通过沥青路面的养护改建策略集的建立，考虑指标间的影响，分布合理权重，综合考虑多个决策因素得到评价优劣的系数，建立项目级决策模型。并通过经济指标对资金的优化配置进行了阐述，具有一定的参考价值。[43]张海英认识到高速公路沥青路面养护管理的实际问题，对高等级公路沥青路面状况调查、性能评估、性能预测、养护决策开展研究。提出了基于加权几何平均值的沥青路面综合评价模型PQI。此外，在模型参数中加入了抗滑性能指标SRI来提高评价模型的准确性。根据公路养护决策树，建立了一套高速公路沥青路面养护措施集，将路面分为60种状态，制定了各种状态对应的可行的养护措施。1.2.3存在的不足（1）理念不清在国内，虽然有大量的科学研究人员在预防性养护方面进行研究，但实际应用的工程还是很少。我国现行的路面养护技术规范对预防性养护的理念不够重视。长期以来，路面养护一直处于我国公路部门的被动地位。一般情况下，路面损坏严重时，采取对应的维修养护措施，而缺乏采取预防性措施的观念。（2）数据库建立问题中国的公路建设和管理起步晚，缺乏经验，数据采集期很短，大多是被动的收集。此外，数据采集不全面，准确性差，相关数据库系统尚未建立。通过数据分析，很难对路面的长期性能进行系统分析。（3）未解决关键问题在国内预防性养护的研究和实践主要集中在路面材料，关键问题不能彻底掌握。结合近年来的研究成果，提出了预防性养护的关键问题是：确定养护时间、选择养护路段和选取养护措施。（4）路面性能评价标准需要重新划分-8- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文在确定预防性养护时间问题上，以往的研究大多利用现有的沥青路面养护标准（《公路沥青路面养护技术规范》）推荐的标准，一定程度上这个指标比较直观反映道路状况的某个方面，有利于养护对策准确的选择。然而对于路面的早期性能，该指标不能全面反映。因此应针对沥青路面状况，结合早期使用性能的检测结果，按照公路实际状况重新划分使用性能评价标准，提出更加合理的综合评价指标和标准。针对上述不足及实际需求，本研究将以路面早期损害类型特征及机理分析为基础，提出了预防性养护适用性指标和指标标准，基于病害处治需要建立了的预防性养护措施选择库和选择过程，并考虑最佳养护时间段进行综合决策。为天津市沥青路面预防性养护技术的推广应用提供技术支持和决策依据。1.3主要研究内容及技术路线1.3.1研究内容从预防性养护的定义出发，用公路沥青路面预防性养护的关键技术——最佳时机确定和预防性养护措施的选择为切入点，进行了以下几个方面的工作：（1）国内外预防性养护应用状况调查研究在国内外沥青路面预防性养护的研究现状进行全面的调查总结分析的基础上，分析了国内沥青路面预防性养护应用中存在的问题，为进一步研究确定切入点和目标。（2）沥青路面早期损害类型特征及机理分析对沥青路面早期病害的影响因素：荷载、设计、材料、施工、养护、环境等进行综合分析，并且针对裂缝、车辙、泛油、磨光、松散、唧浆、泛浆、坑槽、剥落等不同早期损害类型进行调查及剖析机理特征分析，为形成科学合理适用养护决策体系打下了重要基础。（3）预防性养护技术措施适用性研究结合调研和工程实际经验，从技术性能特点、材料、技术经济特征、施工设备、使用寿命、适宜性等方面对目前各种预防性养护措施的适用性进行系统分析，为预防性养护措施的正确选择提供了依据。（4）预防性养护适用性指标体系及标准研究-9- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文在借鉴国内外路面评价模型及方法的基础上，结合预防性养护的定义，合理选择高速公路沥青路面预养护适用的路面状况评价的判断性指标（路面结构强度指数PSSI）、控制性指标（车辙深度RD、裂缝率CR、平整度指数IRI）、综合性指标（路面损坏状况指数PCI（除裂缝和车辙）′、安全性指标（横向力系数SFC）四级分级指标，并在指标体系建立的基础上赋予各项指标适用于预防性养护的指标标准值、临界值和极限值，用于确定适用合理的预防性养护决策。（5）基于需要的最佳预防性养护措施和养护时机选择研究深入分析、归纳总结出各类预防性养护措施的适用性基础上建立了基于需要的预防性养护对策库，并提出基于裂缝类、车辙、平整度差、抗滑性能差及其它类功能损坏处治需要的预防性养护措施选择流程。基于预防性养护对策库的建立和选择措施流程，探究最佳预防性养护时间段，定义了预防性养护的时间段概念，确立实施预防维修养护最佳时间段的实现方法；在最佳时间范畴内，确立基于多指标的养护时机及措施优化决策理念并进行单周期决策步骤研究；并结合工程实例验证。（6）多时段、多周期预防性养护策略研究研究提出适用于可以对道路进行长期规划的多周期决策法，确定宏观控制指标及标准，制定多周期养护策略方法及步骤，从而确定每一个养护周期的最佳措施和时机，最终形成完善养护策略。1.3.2研究方法及技术路线本文研究技术路线图如图1-1。国内外预防性养护状况调查研究高速公路早期损害的适用预防性养护路面类型特征机理状况指标体系确立判断性指标常用预防性养护技控制性指标术措施适用性综合性指标安全性指标最佳预防性养护决最佳预防性养护时策库和决策流程段范畴的确定基于措施和时间的综合决策实例验证分析图1-1研究技术路线图-10- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第2章预防性养护适用的路面状况指标及标准路面进行预防性养护的根本目和意义可以说是：在结构功能良好的前提下，修复不太严重的功能缺陷，从而保证道路良好的使用性能和服务水平，延长使用寿命。但是表征路面状况有若干指标，选取适宜预防性养护的路面状况指标、确定需求标准成为了预防性养护研究的重要前提。本章首先对天津高速公路早期病害特征进行了调研，进而对预防性养护适用的路面状况指标及标准进行了确定。2.1天津高速公路路面早期病害特征预防性养护适用于没有发生损坏或只有轻微缺陷和病害迹象的路面。因此，在沥青路面结构承载能力满足设计要求的前提下，分析沥青路面早期存在或潜在存在的损害类型特征及机理是预防性养护“对症下药”、“防微杜渐”，形成科学合理适用养护决策体系的重要前提。高速公路建成并通车后，随着时间和外界因素的影响，路面损坏日趋恶化。路面病害表现形式多种多样，各种损坏对路面结构的完好程度、路面的使用性能影响程度也不尽相同。宏观而言，造成路面早期损害的原因是多方面的，包括荷载、结构、材料、施工、环境、养护等多个方面。为使预防性养护有针对性的达到“对症下药”、“防微杜渐”的目的，有必要深入研究并分析高速公路沥青路面呈现的早期典型损害类型。由天津市高速公路沥青路面的表面损伤检测结果可以看出，裂缝和车辙是最广泛的早期损伤。相比之下，其他破损如坑槽、拥包、沉陷、泛油等病害所占比重较小。根据天津地区主要高速公路破损状况，及其病害形成机理将路面的早期损害分为：裂缝、车辙、其它损害。2.1.1裂缝裂缝是沥青路面损坏的一种常见形式。按照裂缝的方向，表现为纵裂、横裂、块状裂缝等（见图2-1）。纵裂方向基本平行于路面中心线，可能是由于路基压实度不均匀造成路面造成的，也可能是由于沥青路面摊铺过程中由于纵缝处理不到位造成的。高速公路早期病害调查中发现的纵裂，外观表现形式如图2-2所示。-11- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文裂缝横向裂缝纵向裂缝块状裂缝荷载性裂缝非荷载性裂缝面层温度裂缝基层反射裂缝图2-1裂缝的分类（a）路面纵向裂缝（b）纵向裂缝取芯图2-2纵向裂缝横向裂缝是病害调查中发现的主要裂缝形式，方向基本上垂直于路面中心线，高速早期病害调查中发现的横裂，外观表现形式如图2-3所示。图2-3横向裂缝块状裂缝一般发生在局部区域，可能是由于结构局部失稳或沥青面层老化造成的，京沪高速早期病害调查中发现的块状裂缝，外观表现形式如图2-4所示。-12- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文图2-4块状裂缝天津地区各主要高速公路的路表开裂分布比较广泛，裂缝表现形态多种多样。按照裂缝开裂程度区分，有些裂缝尚处于刚刚出现阶段，裂缝宽度细微、较短，不联通；有的裂缝处于发展阶段，裂缝宽，较长；少数裂缝处于破坏阶段，相互联通，深度较大，趋于碎裂。另外从裂缝总的调查情况看，裂缝开裂除具备或沿轮迹带纵向开展、或靠近轮迹带横向开裂的特征，还具备从沥青层的顶部向底部发展的重要特征。对于这种表现，在近几年的研究中引起了广泛的关注和猜测。人们对这种损坏提出了各种解释，有的认为是沥青表面层由于离析的原因，在底部聚集了过多的粗集料，形成了粗细集料交界处的薄弱界面，在荷载等原因的作用下，开裂呈向下发展趋势。对于路表开裂如不及时处理，横向裂缝将会发展成网裂，进而向下扩展，最终导致整个沥青面层破坏。2.1.2车辙渠化交通是高速公路沥青路面产生车辙的主要原因，重交通荷载和高温天气辅助作用下，会加深车辙的严重程度。此外，半刚性基层如不能成为板体，也可能导致车辙病害的产生和加剧，车辙见图2-5。图2-5车辙-13- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文由于车辙的分布范围广泛，对路面危害性较大，所以车辙病害是公路业界普遍关注的沥青路面主要早期病害形式之一。天津地区高速公路近几年的现场调查发现，虽然车辙的宽度和深度不一致，但一般情况下，行车道的车辙比超车道要更为严重，车辙深度较深的路面都会产生一定程度的泛油现象。对于车辙的破坏机理，同济大学孙立军教授用在直接在车辙病害处取横断面的方法做了较为深入的研究。研究发现：对于原始设计层厚为15cm的路面，车辙拥起最厚点的厚度为17.6cm，辙槽最底部的最薄厚度仅为12cm。与正常的设计厚度相比，辙槽内3cm厚的沥青混合料向两侧发生了横向流动，使两侧拥起2.6cm，高低落差达5.6cm，车辙形态非常的明显。通过图2-6可以看出，在发生车辙的部位，中间位置两侧的中面层沥青混合料厚度明显增加，车辙更加严重；表面层保持了较为均匀的厚度，产生的是整体的变形，没有发生横向厚度变化；中面层由于失稳产生了横向的厚度变化，在车辙中间位置，中面层厚度减薄到2cm左右，底面层也发生了少量的横向流动变形。图2-6车辙切面图从车辙的剖面表现特征分析，造成车辙产生的原因有如下几方面：（1）马歇尔设计方法是目前广泛采用的沥青混合料设计方法，严重车辙的产生一般会有带状泛油表明，对于现时条件下高等级、重交通道路混合料设计虽然提升了标准，但未充分考虑高速道路重载渠化交通特点。所以，在后续路面设计时可根据具体情况，适当降低用油量。（2）目前，新材料、新技术层出不群，沥青混凝土的性能得到了很大程度上的改善。但是表面层的进步反而使中、下面层的损坏更加严重的事实，不得不引起业界人士的关注。不同层次沥青混合料承担的功能、沥青层应力及温度分布特性、合理的厚度和组合方法需要在今后组合设计中考虑。（3）车辙病害的变形主要是中面层的厚度变形，这种情况下今后沥青混合料设计中除了要保证集料质量问题，重点关注中面层剪切应力的破坏极限-14- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文设计。2.1.3泛油泛油是高速公路上比较常见的早期损害，泛油使路表面构造逐渐被溢出的沥青填充，直至填满甚至覆盖表面集料颗粒，构造深度亦随之逐渐丧失。沥青混凝土设计、施工不当是产生泛油的主要原因。组合设计不当会导致泛油，我国路面面层组合习惯于采用密实型沥青混凝土铺筑表面层和中面层，所以沥青面层中的表、中两层是泛油病害的高危层次，而泛油在这两个层次内通常是整个厚度内的整体发生；另外，温度会影响泛油的产生，原理是夏季表面层和中面层的温度较高，分别达到60℃和50℃以上，沥青受热膨胀、体积变大，表现为泛油。上述传统意义上的泛油可以称为带状泛油，实际路上还经常出现点状油斑泛油。图2-7泛油2.1.4其它病害通过路面表面破损检测结果显示：天津地区各主要高速公路沥青路面早期损害以裂缝和车辙最为广泛，而其他破损如磨光、松散、唧浆泛浆、坑槽、拥包、沉陷、泛油等病害所占比重较小。因此在本文中不一一赘述。2.2预防性养护路面状况四级评价指标对于表征路面状况的若干指标而言，选取适合预防性养护的路面状况指标并建立合适的评价标准是预防性养护主要研究内容之一。本研究结合现有评价指标体系及实际情况，将判断性指标、控制性指标、综合性指标、安全性指标在内的四级指标作为沥青路面预防性养护的评价指标。-15- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文2.2.1判断性指标——一级指标路面结构强度指数PSSI：预防性养护措施只对路表的功能进行恢复，无法改善原路面的结构强度，预防性养护实施前提是路面的结构强度满足要求。在原路面结构强度不满足要求情况下，只能实施挖补、罩面、大中修等方法。因此，将PSSI作为预防性养护的初级评价指标。2.2.2控制性指标——二级指标（1）车辙深度RD由于路基材料不稳定或面层沥青混凝土材料的稳定性及压实不足，在受到反复车轮碾压或车辆超载，使材料产生竖向与侧向变形，而形成车辙。车辙作为沥青路面特有的破坏形式，不仅会影响车辆的方向操作性，而且车辙雨天积水会产生交通安全问题。车辙内雨水下渗还会引发路面其他病害的产生，因此将车辙深度作为适用预防性养护性路面状况评价重点考虑指标。我国对路面车辙严重程度用车辙深度RD表征。（2）裂缝率CR在道路投入使用早期，裂缝是路面病害的最主要形式，高速公路建设早期，受我国国情影响，我国的高速公路建设采用强基薄面的思想。所以大多采用半刚性基层和较薄的沥青面层。这种形式的路面不可避免的会产生裂缝。裂缝产生的过程是逐步发生的，从小到大，从少到多，由浅到深。轻微裂缝产生后，如果不及时进行处理，往往伴随着早期水损害的产生。雨水从裂缝中渗入，在行车荷载和水的共同作用下往往会形成坑槽，甚至半刚性基层的损毁。因此我们必须转变观念，只要发现裂缝就应该立即进行灌缝处理。因此，也应该把裂缝作为评价路面性能的一个重要指标。对路面裂缝状况评价以裂缝率（CR）为指标。（3）平整度指数IRI平整度直接表征路面的施工质量、服务水平。它不仅是公路建设养护工作者普遍关心的路况指标，也是路面行驶车辆人员最为关心的重要的指标，和驾驶者路面行驶舒适性、安全性息息相关。因此，将平整度指数IRI作为预防性养护控制指标具有重要的意义。2.2.3综合性指标——三级指标路面损坏状况指数PCI′（除裂缝和车辙以外）路面状况指数（PCI）被普遍认为是简单有效的路面损坏综合指标，可以有效表面路面损害的类型、程度。由于它能直接反映路面的路况水平，在世界各国得到广泛应用，我国也把PCI指标纳入了规范。而且对路面维修和-16- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文养护更为重要的是PCI的变化率能表征路面性能的变化情况。由于裂缝和车辙在高速公路早期病害中的重要性，本文将路面裂缝、车辙列为独立的检测评价控制指标。因此本文用PCI′表征除裂缝和车辙之外的路面破损状况，路面裂缝、车辙不再参与路面损坏状况（PCI）的计算与评定。2.2.4安全性指标——四级指标高速公路沥青路面需具有一定的抗滑性能，影响行车安全的主要因素就是路面抗滑性能。路面抗滑性能被国内许多省市和实际工程认为是路面性能评价指标，工程经验表明，通过实施合理的预防性养护措施，可以提高路面抗滑性能，并显著提高路面的抗滑性能，在实施这些预防性养护措施的情况下，需要有明确的路面状况指标标准。本文选取横向力系数SFC作为安全性指标。综上所述，结合高速公路沥青路面的早期损害类型及特点、预防性养护的目的及内在意义，本文将适用于高速公路预防性养护的路面状况指标列于如表2-1。该体系为以路面结构强度指数PSSI为判断性指标（一级指标），车辙深度RD、平整度指数IRI、裂缝率CR为控制性指标（二级指标），路面损坏状况指数PCI′（除裂缝和车辙以外）为综合性指标（三级指标），横向力系数SFC为安全性指标（四级指标）。表2-1预防性养护指标体系一级指标二级指标三级指标四级指标判断性指标控制性指标综合性指标安全性指标车辙深度RD路面损坏状况指数路面结构强度指数PSSI平整度指数IRI横向力系数SFCPCI′裂缝率CR2.3预防性养护适用性指标标准确定2.3.1判断性指标标准——一级指标标准《公路沥青路面养护技术规范》（JTJ073.2-2001）中对于高速公路沥青路面，采用路面强度系数SSI作为评价标准，用《公路技术状况评定标准》（JTGH20-2007）模型进行对应转换，转换后的路面结构强度指数PSSI示-17- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文于表2-2。表2-2沥青路面结构强度评价标准评价等级优良中次差路面结构强度系数SSI≥1.0[0.83,1.0）[0.66,0.83）[0.5,0.66）<0.5路面结构强度指数PSSI≥92[83,92）[66,83）[46,66）<46注：《公路沥青路面养护技术规范》（JTJ073.2-2001）路面结构强度指数PSSI标准在《公路技术状况评定标准》（JTGH20-2007）中的规定示于表2-3。表2-3沥青路面结构强度评价标准评价等级优良中次差路面结构强度指数PSSI≥90[80,90）[70,80）[60,70）<60注：《评定标准》（JTGH20-2007）虽然预防性养护不能提高强度，但是预防性养护必须在保证路面结构性能良好的前提下进行。因此，它必须应用于当路面强度指标的PSSI评价为“良”及以上。对于养护技术规范（JTJ073.2-2001）而言，路面强度系数SSI≥0.83（转换为路面结构强度指数PSSI≥83）时可进行预防性养护；《公路技术状况评定标准》（JTGH20-2007）规定，路面结构强度指数PSSI≥80时可进行预防性养护；另外，我国上海市市政工程管理局专业标准《公路沥青路面养护技术规程》（SZ-G-D01-2007）规定路面结构强度指数PSSI作为高速公路预防性养护宏观路况标准范围为85～100；广东交通运输厅发布的《广东省高等级公路沥青路面预防性养护技术手册》（试用）规定预防性养护路面结构强度指数PSSI≥80。为了确定适宜天津市高速公路预防性养护的路面结构强度标准，本研究收集了京沪高速天津段及津蓟高速路面结构强度指数衰减趋势，如图2-10、图2-11所示。图2-10京沪高速公路路面结构强度指数衰减趋势图-18- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文图2-11津蓟高速公路路面结构强度指数衰减趋势图图2-10所示为京沪高速运营期六年之内某未经过维修处理路段处路面结构强度指数随路龄的变化曲线，图2-11为津蓟高速运营期前6年某未经过维修处理路段处路面结构强度指数随路龄的变化曲线（之后进行结构补强处理）。由上述两图可以看出路面结构强度指数PSSI随路龄衰变趋势曲线为曲线，且为先慢再快的趋势。由此可见，在路面的初期阶段，路面结构强度较好，能有效抵抗环境因素、行车荷载的作用，损坏速度较为缓慢。但随着交通负荷的增加和时间的推移，在荷载和环境的共同作用下，路面逐步产生裂缝、车辙、疲劳和等路面损害，降低了路面结构的承载力，路面使用性能衰减越来越快。由上述两图可以看出，当PSSI≥85时，曲线缓慢下降，当PSSI下降到85以下时，PSSI的下降速率就会开始加快。因此，本文将PSSI=85看做一个临界转折点，将PSSI≥85作为实施预防性养护的标准范畴，PSSI<85不属于预防性养护实施范畴。该指标标准处于（JTJ073.2-2001）和（JTGH20-2007）等级为良的范畴之内，且更严格。2.3.2控制性指标标准——二级指标标准（1）车辙深度RD标准预防性养护措施只能用来处理的有一定的深度限制的车辙。当超过这个限制时，预防性养护措施就不宜用作处理车辙。因此，本文需要确定车辙深度的标准。《公路沥青路面养护技术规范》（JTJ073.2-2001）规定高等级公路沥青路面车辙容许深度为15mm，其他等级公路不做要求。车辙深度指数RDI在《公路技术状况评定标准》（JTGH20-2007）的规定和对应的车辙深度示于表2-4。-19- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文表2-4沥青路面车辙深度评价标准评价等级优良中次差车辙深度指数RDI≥90[80,90）[70,80）[60,70）<60车辙深度RD≤5（5,10）（10,15]（15,20]＞20注：《评定标准》（JTGH20-2007）预防性养护车辙深度标准在《广东省高等级公路沥青路面预防性养护技术手册》（试用）规定为（5，25]。大量研究表明，路面车辙深度指数衰变曲线一般是S型曲线，即初期车辙深度指数迅速下降，随后下降速度减慢，然后开始迅速下降，沥青路面的永久变形经历三个阶段。第一阶段：车辙的发展，塑性变形速率逐渐降低，这个阶段主要是由永久变形量的变化引起的；第二阶段：以体积变化为主要表现的车辙（变形）稳定发展阶段，剪切变形速率逐渐升高；前2个阶段称为车辙稳定性阶段。第三个阶段是车辙的快速发展阶段，这一阶段主要是由剪切变形引起的，这就是车辙的不稳定阶段。因此，预防性养护明显不能在不稳定阶段实施，只有在车辙的稳定阶段实施才能发挥作用，达到良好的效果。相关调查和试验结果表明，车辙深度是影响道路交通安全的重要因素，路表有7.6mm的水深，且速度超过80km/h，车辆很容易侧滑；当水的深度为10mm，且速度超过100km/h，胎-路摩擦系数几乎为零，车辆易漂滑。又因为辙槽内全部积水发生的概率很低，可以认为车辙深度处于7.6～10mm之间时对路面驾驶安全性有显著影响。此外，一旦RD>15mm，会显著增加行[40]车的不适感。综合上述分析及经验，本研究认为RD评定为“差”时不适合采用预防性养护，因此RD应不小于15mm。又因为在前期阶段车辙发展极快，实施预防性养来抑制车辙发展护效果不佳，且没必要，结合车辙敏感深度为7.6～10mm，因此本研究可以认为在RD低于5mm时无需进行预防性养护。综上，本研究提出适宜预防性养护的RD建议标准为[5，15]。（2）裂缝率CR标准《公路养护技术规范》（JTJ073-85）之后，作为单项评价指标裂缝率被取消。为了得到科学合理的裂缝率的标准，本研究假设路面的破损形式只有裂缝，从而应用路面损坏状况指数PCI的指标标准反推裂缝率标准。-20- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文表2-5及表2-6分别为按照养护技术规范（JTJ073.2-2001）、技术状况评定标准（JTGH20-2007）转化的裂缝率标准。表2-5沥青路面裂缝率评价标准评价等级优良中差次PCI标准≥85[70,85）[55,70）[40,55）<40CR（%）≤1[1,5）[5,14）[14,28）＞28注：按《技术规范》转化标准按评定标准转化结果如表2-6。表2-6沥青路面裂缝率评价标准评价等级优良中差次PCI标准≥90[80,90）[70,80）[60,70）<60CR（%）≤0.4[0.4,2）[2,5）[5,10）＞10注：按《评定标准》转化标准上述两个规范计算的裂缝率的指标标准差别相对较大。按养护技术规范（JTJ073.2-2001）转化标准较低，是因为这个规范是包括所有破损于一体的评价模型，而《公路技术状况评定标准》（JTGH20-2007）是除去车辙病害后建立评价模型及标准，后者更接近我们前面“路面的破损形式只有裂缝”的假设。结合经验及由于裂缝具有很大弊端，一旦出现应及早处治的需求考虑，本研究认为预防性养护在裂缝率评定“差”时不适用，即CR应不小于5%。又因为CR≤0.4时处于“优”的范围，无需进行预防性养护。因此，本研究提出适宜预防性养护的裂缝率CR建议标准为[0.4，5]。（3）平整度指数IRI标准美国国家公路与运输协会AASHTO的相关规范中，对平整度的评定标准如表2-7所示。表2-7沥青路面平整度指数IRI评价标准—AASHTO标准评价等级优良中差次IRI≤1.52[1.52,2.54）[2.54,3.56）[3.56,5.08）＞5.08养护技术规范（JTJ073.2-2001）以及评定标准（JTGH20-2007）中路面行驶质量RQI标准对应的平整度指数IRI标准如表2-8和表2-9所示。-21- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文表2-8沥青路面平整度指数IRI评价标准评价等级优良中差次RQI标准≥8.5[7.0,8.5）[5.5,7.0）[4.0,5.5）<4.0IRI≤4.0[4.0,6.0）[6.0,8.0）[8.0,10.0）＞10.0注：按《公路沥青路面养护技术规范》（JTJ073.2-2001）转化标准按《公路技术状况评定标准》（JTGH20-2007）转化标准见表2-9。表2-9沥青路面平整度指数IRI评价标准评价等级优良中差次RQI标准≥90[80,90）[70,80）[60,70）<60IRI≤2.3[2.3,3.5）[3.5,4.3）[4.3,5.0）＞5.0注：按《公路技术状况评定标准》（JTGH20-2007）转化标准综合比较上述三个规范的要求，发现美国AASHTO的规范最为严格，其次为评定标准（JTGH20-2007），而要求最低的则是《公路沥青路面养护技术规范》（JTJ073.2-2001）。美国AASHTO的规范规定当路面的平整度为良（即IRI小于2.54（m/km））就应该进行预防性养护。虽然平整度指数是衰变较慢的指标，但也是衡量行车舒适性的最主要指标，关乎道路使用者的感受，不容忽视，应及时采取措施。结合我国最新规范和行车舒适度需求，本研究提出适宜预防性养护的最佳平整度指数IRI的建议标准为[1.5，3.5]。2.3.3综合性指标标准——三级指标标准路面损坏状况指数PCI′（除裂缝和车辙以外）：这里的路面损坏状况指数PCI′指的是除裂缝和车辙以外所有路面破损的综合评价指标。有研究表明，车辙和裂缝为两类最主要破损类型，约占全部破损量的80%左右。PCI′因为不包括裂缝和车辙，从而更表现出对其它破损的表征重要性和敏感性。前面所述泛油、磨光、松散、唧浆、泛浆、坑槽、剥落等早期破损如不及时处理将严重影响路面的使用性能。表2-10沥青路面损坏状况指数PCI评价标准（包括裂缝）评价等级优良中差次PCI标准≥90[80,90）[70,80）[60,70）<60注：《公路技术状况评定标准》（JTGH20-2007）上述标准是包括裂缝的标准，而裂缝的计算破损率的权重值不同，有0.6、-22- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文0.8及1.0，在此取折中权重0.8，在计算PCI的反推计算中剔除裂缝的影响，从而得到所需的PCI′值，示于表2-11。表2-11沥青路面损坏状况指数PCI′评价标准（除裂缝）评价等级优良中差次PCI′标准≥95[90,95）[85,90）[79,85）<79由于预防性养护属于路面的早期养护范畴，因此，本文认为沥青路面状况指数PCI′标准控制范围在高速公路上应为90到95之间，即当PCI′大于95时可不进行预防性养护，但是当PCI′值一旦小于90时就需要进行预防性养护。本研究建议适宜预防性养护的最佳路面损坏状况指数PCI′指标标准为[90，95]。2.3.4安全性指标标准——四级指标标准横向力系数SFC标准：《公路沥青路面养护技术规范》（JTJ073.2-2001）中规定了沥青路面抗滑能力分级评价标准，见表2-12。表2-12沥青路面横向力系数SFC评价标准评价等级优良中差次SFC标准≥50[40,50）[30,40）[20,30）<20根据《公路技术状况评定标准》（JTGH20-2007）可知，路面抗滑性能SRI的评价标准换算成的SFC的标准如表2-13所示。表2-13沥青路面平整度指数SFC评价标准评价等级优良中差次SRI标准≥90[80,90）[70,80）[60,70）<60SFC≥48[40,48）[33,40）[27,33）<27注：按《公路技术状况评定标准》（JTGH20-2007）转化标准在综合相关研究的基础上，基于抗滑性能不足直接影响安全性的考虑，本研究认为路面评价等级由“优”变为“良”时，即沥青路面SFC小于48时就需要采取预防性养护措施。又因为《公路养护技术规范》（JTGH10一2009）中规定：在满足强度要求的前提下，高速公路以及一级公路SFC<40时需加铺罩面等提高抗滑能力。因此，本研究认为对于高速公路而言，SFC小于40-23- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文时就不适宜采取预防性养护措施。本研究提出适宜预防性养护的最佳路面横向力系数SFC建议标准为[40，48]。综上所述，本研究提出的适宜预防性养护指标标准如表2-14所示。其中对于控制性指标而言，在指标标准的范围内设定了各自的临界值，可以对病害严重程度进行分级。而其他指标则必须严格遵守极限值的限制，原则上一旦超过极限值就不适合预防性养护。表2-14预防性养护适用性指标标准预防性养护指标指标标准临界点极限值一级指标判断性指标路面结构强度指数PSSI≥85---85车辙深度RD[5,15]10---二级指标控制性指标裂缝率CR[0.4,5]2---平整度指数IRI[1.5,3.5]2.3---三级指标综合性指标路面损坏状况指数PCI′[90,95]---90四级指标安全性指标横向力系数SFC[40,48]---402.4本章小结本章对天津市高速公路所出现的早期病害进行了相关调查，结果表明早期损害形式以裂缝和车辙为主，而其他破损如坑槽、拥包、沉陷、泛油等病害所占比重较小。在借鉴国内外路面评价模型及方法的基础上，结合预防性养护的内涵，建立了相应的路面状况评价指标体系（表2-14），该体系将路面结构强度指数PSSI作为一级判断性指标，车辙深度RD、裂缝率CR、平整度指数IRI作为二级控制性指标，路面损坏状况指数PCI′（除裂缝和车辙）作为三级综合性指标，横向力系数SFC作为四级安全性指标。另外，在指标体系建立的基础上赋予了各项指标评价标准。-24- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第3章预防性养护技术措施适用性研究随着新材料、新技术的发展，预防性养护的措施也不断进步。明确各种预防性养护措施功能、效果，并了解其适用性是进行预防性养护措施选择最基本的前提。预防性养护措施中有独特功能措施，也有近似功能措施。因此，研究各项预防性养护措施的适用性是准确进行措施选择的基础。目前，预防性养护措施的应用受材料、设备、成本、工艺、路面状况、环境等多因素的影响，本章在第二章路面早期病害类型特征机理分析的基础上，拟通过调研及工程应用经验两种途径结合，分析各种天津高速上使用的预防性养护措施的独特适用性。3.1裂缝填封类预防性技术适用性在实际工程中，天津市范围内的高速公路常用的用的裂缝密封材料有如下两类：（1）热灌式填缝料，主要工艺包括普通热沥青灌缝，改性热沥青灌缝，灌封胶灌缝；（2）是冷灌式填缝料，主要材料包括乳化沥青材料和改性乳化沥青。另外，在裂缝密封材料中使用的沥青路面维护和修复工艺也包括防裂、压缝带等。裂缝填封类预防性养护措施的特点、适宜条件如下。（1）普通（改性）热沥青灌缝主要材料为改性或普通沥青，适用于道路纵缝、横缝的修补。施工工艺简单，成本低，使用寿命短，效果有限。（2）常温冷施工改性沥青灌缝材料为溶剂型常温改性沥青、细砂，适用于交通量大，裂缝较大且不规则路段。其技术特点主要是常温施工操作，低温性能好、渗透性好。设备比较简单，但材料较贵。（3）灌缝胶（密封胶）灌缝常用材料主要为温带灌封胶或鞍山森远改进型热带灌封胶，适用于交通量大，裂缝较大且不规则路段。其主要技术特点为粘结力强、高低温性能优良、耐久性好拉伸量大、弹性好。（4）抗裂贴处理以聚合防水膜（1.3mm）涂在的聚丙烯机织物（0.3m）上，碾制而成。适用于裂缝病害已发展，使用灌缝措施不能解决水的渗透，裂缝边缘混合料已松动，但结构层良好的路面情况。其主要技术特点为有效防止水分的侵入，保障涂层与下层粘结，厚度小，在一定程度上分散了压力集中。-25- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文（5）压缝带压缝带是宽度不等的带状品（以沥青改性剂为主要成分），适用于结构物两端开裂的情况。其施工快捷方便，外观美观，防水性能强。各类裂缝填封类预防性养护措施技术经济指标如表3-1。表3-1裂缝填封类养护措施技术经济指标裂缝单位使用施工设备技术指标填封类费用寿命普通（改性）热铁壶或专用容沥青温度>150℃3元/m1~2年沥青灌缝器；吹风枪常温冷施工改煤气罐；气泵气泵压力4Mpa10元/m3~5年性沥青灌缝25℃针入度65（0.1mm）；5℃延度22cm；软化点>63℃；灌缝胶（密封吹风枪，压力灌粘着张力（ASTM18~22元/m5~8年胶）灌缝缝机D5329）>500%；施工加热温度188℃抗裂贴处理开槽机裂缝自愈性—2~3年软化点>100；抗冷性；弯曲压缝带喷枪，液化气罐200元/m2~3年度3.2表面涂刷（喷洒）类预防性养护措施适用性表面涂刷（喷洒）类预防性养护措施中应用较多为雾封层。其主要类型如下各类表面涂刷（喷洒）类预防性养护措施技术经济指标如表3-2。（1）雾封层雾封层的主要为乳化沥青、改性乳化沥青或路面养护剂；水；乳胶；成剂膜；添加剂。主要适用于适用于沥青老化严重的路面；松散的路面；处理沥青路面的渗水问题；细小纵横向裂缝的路面。不适用于泛油路面；温缩裂缝比较严重的路面；抗滑性能差的路面；有明显疲劳裂缝的路面。主要特点为填补微小裂缝空隙，封住路面，隔水防渗；补充沥青粘结料、稳定松散集料；但抗滑性能会一定程度上降低。（2）TL-2000聚合路面强化剂是一种黑色液态材料，为单一成分的微沥青聚合物。适用于有一定使用年限、沥青层老化的路面表面防水；将要产生或已经出现水损害的沥青路面。技术特点为可再生还原老化硬化的沥青路面，防止紫外线辐射。（3）沥再生（RejuvaSealTM）沥再生是一种新型的具有高效渗透性的沥青再生密封剂，适用于有水损害征-26- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文兆的面层；老化严重，粘结力缺乏且使用过的沥青面层。于路面表层形成密封层，防止紫外线、水、化学品等侵蚀沥青路面，具有较强的抗腐蚀能力和温度适用性。（4）魁道沥青复原剂（CAP）魁道沥青修复剂是含活化物的冷混合沥青还原剂，适用于微小裂缝、老化和水损害等病害。其技术特点为形成一层新的保护层，恢复活性、弹性和黏结性，激活老化沥青胶质。（5）EPA-C型沥青再生剂由天然碳氢树脂高油沥青和原油乳化制成，适用于有轻微网裂，微裂缝较多，水损害较严重的路面。高黏结性、高渗透性、密致的防水性以及良好的流动性。表3-2表面涂刷（喷洒）类预防性养护措技术经济指标表面涂刷施工单位单位使用技术指标（喷洒）类设备用量费用寿命22雾封层洒布车—0.23~0.45L/m5~10元/m1~2年20.8~1.3kg/m，可根TL-2000聚合路据路况调整，一般控2225.5元/m6~8年面强化剂抗滑摆值不低于45/制在1.1~1.4kg/m，2人工涂横向力系数不低于最小0.71km/m沥再生（Rejuva刷、喷54/构造深度不小于———SealTM）洒机0.65mm；渗水系数不超过30ml/min魁道沥青复原剂220.25~0.50kg/m8.5~12元/m—（CAP）EPA~C型沥青再抗滑摆值不低于45/每平方米用量为0.526元/m3~5年生剂人工涂横向力系数不低于公升（稀释液）刷、喷54/构造深度不小于STAR-SEAL洒机0.65mm；渗水系数2—26元/m—Supereme封涂层不超过30ml/min（6）STAR-SEALSupereme封涂层由精制煤焦油沥青乳液和细石英砂制成，适用于摩擦系数不足，同时有耐油污和防水双重要求的沥青路面。具有优良韧性和耐久性；硬化速度快；耐化学制品、柴油、、和燃料腐蚀性能好；填充微小空隙，防滑性能不降低的特点。3.3表面封层类预防性养护措施适用性稀浆封层、微表处和同步碎石封层是应用最广的表面封层类预防性养护措施。-27- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文表面封层类预防性养护措施主要有如下几种。（1）石屑封层石屑封层是级配适当的集料以及砂、石屑；沥青：热沥青、乳化沥青、轻质沥青。其适用于有轻微纵向或横向裂缝且路面不平整度较差的路面；轻、中度泛油路面；抗滑性下降严重的路面；出现一定程度坑槽的路面。但是不适用于损坏严重路面、剩余寿命短的路面；温度裂缝严重的路面；出现严重疲劳裂缝的路面。其技术特点为敷设简单易行，价格低廉，初期养护时间长，但车辆高速行驶噪音大，集料易松散，影响行车安全和抗滑性能。（2）同步碎石封层同步碎石封层主要材料是单级配碎石和各类基质沥青、改性沥青、改性乳化沥青。能有效治愈深达10cm以上的车辙、沉陷等病害；存在龟网裂、平整度差、摩擦系数较低、渗水的路面。其特点是增加路面抗裂性能，减少路面反射裂缝；提高原路面的摩擦系数；提高路面防渗水性能；能有效治愈深达10cm以上的车辙、沉陷等病害；施工简单快捷；开放交通时间短；并可作为低等级公路路面。（3）化沥青稀浆封层化沥青稀浆封层由阳离子或阴离子乳化沥青，矿料、填料，水，添加剂组成，适用于轻度纵、横向裂缝；轻度不平整路面；路面车辙并不严重；路面出现轻微疲劳裂缝；路面轻、中度泛油；出现一定程度坑槽的路面。但是不适用于路面出现程度严重的温度、疲劳裂缝；出现严重泛油路面；车辙较深路面；环境温度过低等情况。其具有防磨、防水、抗滑、平整、施工快、用途广、造价低、能耗省等优点。可修复车辙、提高平整度、延缓沥青路面老化、改善路面表观。（4）微表处微表处适用于组成材料为级配集料、改性乳化沥青，水，水泥和外加剂（缓凝剂、促凝剂）。适用于纵向及横向裂缝轻微的路面；路面车辙并不严重；路面平整度轻度下降；路面出现轻微疲劳裂缝；路面轻、中度泛油；出现一定程度坑槽的路面。不适用于路面出现程度严重的温度、疲劳裂缝；出现严重泛油路面；车辙较深路面。其特点为可以封水、抗滑、修复车辙、提高平整度、延缓沥青路面老化、改善路面外观。表面封层类预防性养护措施技术经济指标如表3-2。-28- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文表3-3表面封层类养护措施技术经济指标表面封层类施工设备技术指标单位费用使用寿命石屑2石屑封层—10~16元/m2~4年撒布机同步碎石封层2同步碎石封层—13~20元/m3~6年车可拌时间>120；稠度2～稀浆22化沥青稀浆封层3cm；粘聚力>450g/m；磨耗12~15元/m2~4年封层机2值（1h）<800g/m可拌时间>120；磨耗值2<540g/m；粘聚力1.2～2.0；2微表处微表处施工车215~20元/m4~6年粘附砂量<450g/m；轮迹宽度变化率<5%3.4薄层罩面类预防性养护措施适用性目前工程应用中，热沥青混合料薄层罩面和超薄磨耗层应用较多，应予以重视。薄层罩面类预防性养护主要有以下类型。（1）薄层罩面薄层罩面可分为冷薄层罩面、温薄层罩面及热薄层罩面，其都是由改性乳化沥青、砂石材料组成。适宜于轻度泛油路面；车辙稳定路面；疲劳裂缝轻微路面；摩擦性能需改善路面；磨耗松散路面等。不适用于疲劳裂缝温度裂缝严重的路面；损坏严重剩余寿命短的路面。冷薄层罩面可以减少环境污染及能源消耗；施工不受环境温度限制。热薄层罩面可以控制沥青路面性能下降趋势，提高路面粗糙度，提高路面强度。温薄层罩面则既满足环保与能耗的要求，又具备良好的使用性能工艺。（2）超薄磨耗层超薄磨耗层由改性乳化沥青，机制砂，矿粉组成，适用于轻度泛油路面；轻度纵横向、块状裂缝；不平整路面；磨耗松散的路面；抗滑性能重点改善路面，但不适于车辙深度较大的路面。可以提供卓越的抗滑性能，同时修复路面的轻微裂缝、松散、老化等并开，并可减少行驶噪音，雨天无水雾-29- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文表3-4薄层罩面类预养护技术经济指标薄层罩面类技术指标单位费用使用寿命冷薄层罩面10～40℃—3~5年2热薄层罩面150～180℃55~60元/m5~10年温薄层罩面40～150℃—3~5年冲击值；磨耗值；压碎值；构造深度；2超薄磨耗层39~48元/m5~8年摩擦系数；渗水系数3.5本章小结本章结合调研和工程实际经验，从技术性能特点、材料、技术经济特征、施工设备、使用寿命、适宜性等方面系统分析了了目前比较常用的各种预防性养护技术措施的适用性，为正确选择预防性养护措施提供了保障。-30- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第4章预防性养护措施和养护时段选择确定预防性养护技术措施前，应对路面状况水平进行调查、路面技术状况水平进行评价，确定需要处治的早期病害和预防的病害。这是进行预防性养护措施选择的前提。本章依据预防性养护措施选取原则，建立预防性养护措施的选择库，最终形成基于病害处治需求的养护措施决策流程。预防性养护最佳养护时机必定是在一个合理的预防性养护的时段范围内的某一点位值。因此，确定合理预防性养护的时间段范围是最佳时机确定的基础。本章在第二章确定的适合预防性养护路面状况评价指标标准基础上，对合理进行预防性养护的时段范围进行了确定。4.1基于病害处治需求的预防性养护措施选择4.1.1预防性养护措施选取原则（1）首先考虑预防性养护的应用目的和养护效果，而非预养护措施种类。（2）养护目的效果考虑时，抗滑性能单项处理，主要考虑改善路面状况和平整度指标。（3）对沥青路面早期水损害加强防范。早期水损害严重路段优先考虑罩面处理。（4）采用封层、薄层罩面前应对路面破损采取封缝、挖补等手段进行有效预处理。（5）应重视路面预防性养护四新技术开发研究和推广。4.1.2基于病害处治需求的预防性养护措施选择库预防性养护技术措施的选择受道路属性、路面状况、需求及效益、外界因素等因素影响。具体示于图4-1。-31- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文预防性养护影响因素道路自身属性路面状况需求及效益外界因素路路车路路预预效面面交裂辙面面防防果行资结设通缝深行抗性性、政金构计量率度驶滑养养效因因类寿质情护护益素素型命量况需技期求术望度水平图4-1预防性养护措施影响因素本研究综合考虑上述影响因素，查阅相关资料文献，咨询专家，结合工程实践，最终归纳总结出高速公路预防性养护的措施决策选择库（见表4-1），可用于为养护工作者选择预防性养护技术措施提供参考，并为后期的措施遴选提供基础。表4-1所列预防性养护措施选择决策库包括了11种常用的预防性养护技术措施、11大类（19种程度）不同的路面状况，形成了209个决策方案，属于目前我国规模比较大、比较全的的决策库。另外，这决策库突破传统决策库可以、不可以两种程度表征指标的限制，形成了措施适用且效果良好（）、措施适用且效果一般（）、措施不适用，或效果很差（）三种程度的表征指标，方便决策者科学决策。4.1.3基于病害处治需求的预防性养护措施选择流程根据表4-1高速公路预防性养护的技术措施决策选择库结合第二章建立的路面状况四级评价体系及其标准，基于对不同病害处理的特征，建立针对不同病害（裂缝、车辙、平整度、抗滑性能、功能损害等）处理需求的沥青路面预养护措施选择流程图，如图4-2至4-6。-32- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文表4-1高速公路预防性养护的技术措施决策选择库裂缝填封类表面封层类薄层罩面类损坏路面状况还原剂同步碎石沥青超薄磨耗程度灌缝封缝雾封层石屑封层稀浆封层微表处薄层罩面封层封层再生剂层横向、纵向轻裂缝重轻块状裂缝重轻龟裂重轻车辙重轻松散、麻面重轻老化重轻泛油重轻修补重平整度差抗滑性能差渗水注：--代表措施适用且效果良好；--代表措施适用且效果一般；--代表措施不适用，或效果很差。-33- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文车辙深度RD裂缝率CRCR<0.40.4≤CR≤5CR>5RD<510≤RD≤15RD>15不推荐预防不推荐预防性养护无需养护性养护无需养护横向裂缝非稳定阶段龟裂稳定阶段纵向裂缝块状裂缝0.4≤CR≤223.5SFC>4840≤SFC≤48SFC<40不推荐预防不推荐预防性养护性养护无需养护无需养护仅与面层有与面层以下关各层有关抗滑性能降抗滑性能降低较小低较大1.5≤IRI<2.32.3≤IRI≤3.5碎石封层稀浆封层超薄磨耗层薄层罩面超薄磨耗层微表处稀浆封层碎石封层微表处薄层罩面图4-4基于平整度处治需求的预防性养护措施选择图4-5基于抗滑性能处治需求的预防性养护措施选择-35- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文其它功能性破坏（老化、泛油、松散、麻面等）PCI′>9590≤PCI′≤95PCI′<90不推荐预防无需养护性养护轻重石屑封层沥青再生剂稀浆封层还原剂封层碎石封层雾封层微表处薄层罩面图4-6基于其它类功能损坏处治需求的预防性养护措施选择本小节结合前述研究成果，进行归纳汇总，形成了本研究基于需求的预防性养护措施决策流程，如图4-7所示。该决策流程采用指标控制和病害类型分类综合控制方式，整个决策流程分为初级判断、指标控制、类型判断及需求决策四个环节，过程清晰、直观，易于使用。-36- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文路面状况初级判断否不适合预防性PSSI≥85养护是其它功能性破抗滑性坏否否必须高强度改PCI′≥90SFC≥40善措施沥青再生剂是指标控制老化是还原剂封层车辙裂缝平整度10≤RD≤150.4≤CR≤51.5≤IRI≤3.5是是是类型判断非稳定阶段稳定阶段龟裂横向裂缝仅与面层与面层以下纵向裂缝有关各层有关块状裂缝预防性养护无效不推荐预防需求决策性养护裂缝填封雾封层稀浆封层碎石封层微表处薄层罩面超薄磨耗层图4-7基于需求的预防性养护措施决策流程-37- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文4.2预防性养护时段范围的确定路面的早期损害一般是表面功能层的功能性损害，一般不伴随着结构性的损坏，路面的整体结构强度满足要求。但此时如果不采取恰当的养护措施，路面的病害将向纵深发展，逐步发展为结构性损坏，最后发展为基层破坏。将路面类型、路面性能、损坏时间三个元素集中、直观体现在同一个三维轴图中，如图4-8所示。损坏时间87后期损坏56前期损坏43路面性能沥青路面12水泥路面路面类型功能性破坏结构性破坏图4-8道路损坏类型三维图结合预防性养护的本质含义，沥青路面预防性养护可以在图4-9中区域④所示的性能范围内执行。该范围明确界定了功能性破坏和结构性破坏、早期损坏和后期损坏的范围。损坏时间后期损坏前期损坏4路面性能沥青路面水泥路面路面类型功能性破坏结构性破坏图4-9预防性养护执行范围示意图-38- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文通过预防性养护措施可以推迟由于路面产生功能性损害但路面结构强度良好而进行的路面大中修。从沥青路面发生功能性损害到路面结构强度不能满足要求期间，可以根据工程实际和养护状况进行一系列的路面预防性养护活动，使路面处于一种良好的服务水平。这个时间段，即为预防性养护时段。根据SHRP计划研究，一条道路在其寿命周期内通常要进行4-6次预防性养护。预防性养护最佳养护时机必定是在一个合理的预防性养护的时段范围内的某一点位值。因此，确定合理预防性养护的时间段范围是最佳时机确定的基础。预养护时间段范围首先受判断性指标--路面结构强度指数PSSI的约束，因为路面结构强度不能通过预防性养护措施对加以改进，所以假设路面结构强度在预防性养护时间段内按照正常规律进行衰减，并且结合第三章预防性养护指标标准，以路面强度衰变到极限值85时的年限为预防性养护时段的上限，记为T。预防性养护时间范畴同时受控制性指标、综合性指标及安全性指标约束影响。基于第三章指标标准的确定，当预防性养护各指标表征需要进行预防性养护时，即规定路面车辙深度RD为5mm时对应的时间为s1，裂缝率CR为0.4%时对应的时间为s2，平整度指数IRI为1.5对应的时间为s3，路面损坏状况指数PCI´为95时对应的时间为s4，横向力系数SFC为48时对应的时间为s5，此时，路面需要进行预防性养护的时间应记为min{s1,s2,s3,s4,s5}。但是有一种情况必须考虑。当预防性各指标达到极端最差值时，或者说超过某一值不适合进行预防性养护时，即规定路面车辙深度RD为15mm时对应的时间为t1，裂缝率CR为5%时对应的时间为t2，平整度指数IRI为3.5对应的时间为t3，路面损坏状况指数PCI´为90时对应的时间为t4，横向力系数SFC为40时对应的时间为t5。此时，路面不适宜进行预防性养护的时间应记为min{t1,t2,t3,t4,t5}。图4-10预防性养护时间范畴示意图-39- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文结合各个指标表征的含义及预防性养护的实际需求，预防性养护的时间范畴应为：minsssss12345,,,,，,mintt,t,t,t12345,当mintt,t,t,t12345,Tminsssss12345,,,,，当T,mintt,t,t,t12345,＞T4.3实例分析4.3.1工程概况京沪高速公路（天津段）由一期工程和二期工程两部分组成，全长111.683公里，中央分隔带均为绿化型。其中，一期工程为京沪主线（57+000～99+514）和荣乌延长线（747+929～764+012），全长58.597公里。主线57+000～83+000为双向六车道，路面宽30.5米，83+000～99+514为双向八车道，路面宽38米，全长42.514公里，于2006年7月28日建成通车。荣乌延长线为双向六车道，路面宽31米，全长16.083公里，于2005年12月28日建成通车；二期工程为京沪主线（99+514～148+124）和滨石延长线（186+724～191+200），全长53.086公里。其中，主线（99+514～148+124）为双向六车道，路面宽30.5米，全长48.61公里。滨石延长线为双向四车道，路面宽23.5米，全长4.476公里，二期工程于2006年11月30日建成通车。起点桩号57+000京沪高速公路终点桩号148+124图4-11京沪高速公路路线示意图-40- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文京沪高速公路横断面型式有两种，其中57+000～83+000与99+514～148+124路段横断面形式为3.0m（中央分隔带）、20.75m（路缘带）、33.75m（行车道）、33.75m（行车道）、23.25m（硬路肩）、20.75m（土路肩），路基全宽35.0m；83+000～99+514路段的横断面形式为：3.0m（中央分隔带）、20.75m（路缘带）、43.75m（行车道）、43.75m（行车道）、23.25m（硬路肩）、20.75m（土路肩），路基全宽42.5m。路面结构为：表面层--4cm细粒式沥青混凝土（5%SBS改性沥青、AK-13A）、中面层--6cm中粒式沥青混凝土（AC-20I）、下面层--8cm粗粒式沥青混凝土（AC-25I）+18cm水泥稳定碎石上基层（5：95）+18cm石灰粉煤灰碎石下基层（6：14：80）+18cm石灰粉煤灰土底基层（10：30：60）。路面设计弯沉值为18.3（0.01mm）。京沪高速公路自2006年通车至今总体而言，路面状况基本良好。仅局部路段存在一定的路面损坏。主要的路面损坏为轻微纵裂、横裂及龟裂，个别路段存在一些特殊病害（如严重纵裂、沉陷）。另外，全线部分桥头跳车及搭板脱空较严重。历年维修情况：（1）2009年主要对二期工程主线局部路面损坏及平整度较差路段进行了单、双层挖补，维修长度10.4km（按单车道统计）；（2）2010年对路面轻微纵裂、横裂及桥头跳车进行处理，维修长度共计82km（按单车道统计），桥头跳车处理97处；（3）2011年采用单层挖补处理路面一般纵裂及横裂，维修长度14.3km（按单车道统计）；另外，采用微表处和雾封层等预防性养护方案处理路面轻微损坏，维修长度39km（按单车道统计）。本研究选取京沪高速运营期六年之内某未经过维修处理路段为研究对象进行后续研究，研究路段命名为“京沪路段A”。4.3.2路面单指标衰变曲线图4-12所示为京沪路段A运营期六年之内某未经过维修处理路段处路面结构强度指数随路龄的变化曲线，根据各曲线的特征选定不同的函数类型进行拟合，得到各个指标的衰变曲线及相应的函数。-41- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文（a）PSSI随路龄变化曲线（c）CR随路龄变化曲线（b）RD随路龄变化曲线（d）IRI随路面变化曲线-42- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文（e）PCI′随路龄变化曲线（f）SFC随路龄变化曲线图4-12单指标性能衰变曲线4.3.3预防性养护时间段范围的确定根据路面各单项指标的衰变曲线，不同指标的控制参数代定反算时间参数，可以确定各指标预防性养护的时间区间，示于表4-2。表4-2单项指标预防性养护区间确定预防性养护指标指标标准指标衰变曲线时间区间-0.0477dPSSI=105.25e路面结构强度指数PSSI≥85≤52R=0.9612-43- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文表4-2（续表）预防性养护指标指标标准指标衰变曲线时间区间RD=9.7628Ln(d)-1.2911车辙深度RD[5,15]2[2,5]R=0.96250.5566dCR=0.2091e裂缝率CR[0.4,5]2[1,6]R=0.98370.178dIRI=0.936e平整度指数IRI[1.5,3.5]2[2,7]R=0.9777-0.0624dPCI′=116.55e路面损坏状况指数PCI′[90,95]2[3,4]R=0.9918-0.1416dSFC=104.54e横向力系数SFC[40,48]2[5,7]R=0.9864结合第三章预防性养护指标标准，以路面强度衰变到极限值85时的年限为预防性养护时段的上限，记为T，经计算为5年。车辙深度RD为5mm时对应的时间为s1，裂缝率CR为0.4%时对应的时间为s2，平整度指数IRI为1.5对应的时间为s3，路面损坏状况指数PCI´为95时对应的时间为s4，横向力系数SFC为48时对应的时间为s5，此时，路面需要进行预防性养护的时间为min{s1,s2,s3,s4,s5}=min{2,1,2,3,5}=1。当预防性各指标达到极端最差值时，或者说超过某一值不适合进行预防性养护时，即规定路面车辙深度RD为15mm时对应的时间为t1，裂缝率CR为5%时对应的时间为t2，平整度指数IRI为3.5对应的时间为t3，路面损坏状况指数PCI´为90时对应的时间为t4，横向力系数SFC为40时对应的时间为t5。此时，路面不适宜进行预防性养护的时间应记为min{t1,t2,t3,t4,t5}={5,6,7,4,7}=4。由于min{t1,t2,t3,t4,t5}={5,6,7,4,7}=4，T=5，所以min{t1,t2,t3,t4,t5}