第八章高速公路养护管理.ppt

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1、2019/6/17,1,第八章 高速公路养护管理(王选仓) 8.1 高速公路性能评价 8.2 高速公路养护管理系统 8.3 高速公路机械化养护,2019/6/17,2,8.1 高速公路性能评价,一、路面服务性能指数PSI (Present Serviceability Index) 二、分项综合指标评价方法 (Subentry-Combined Evaluation of Pavement Serviceability),2019/6/17,3,前 言,高速公路路面性能评价是路面养护维修决策、道路经济分析的基础。路面性能评价模块根据收集的路面数据，判断目前路面状况是否满足交通要求；所得结果将作

2、为采取养护或改建措施以及采取何种措施的依据。高速公路养护管理系统辅助决策的好坏，很大程度上取决于养护管理系统对路面性能的评价。,2019/6/17,4,本世纪60年代初期，美国AASHO道路试验路的最重要的成果之一就是提出了道路使用性能的评价方法，建立了路面评价模型。这个模型的建立对世界各国路面管理技术的发展有着深远的影响。从此，许多国家和国际机构如加拿大、日本和世界银行等先后建立了相应的路面评价模型。,2019/6/17,5,一、路面服务性能指数PSI,路面的服务能力这一概念是在AASHO道路实验时由Carey和Irick提出来，在这之前，路面设计中并没有人们普遍接受的关于使用性能的定义。把

3、服务能力作为路面设计的一个因素，是AASHO设计方法的一个显著特点。 路面服务性能指数PSI的基本方程式如式(8-1)线性形式： PSI=A0+(A1R1+A2R2+)+(B1D1+B2D2+) （81） 式(8-1)中R1、R2 为断面平整度的函数，D1、D2为表面损坏的函数。,2019/6/17,6,对于柔性路面，方程式(8-1)可转化式(8-2 ): PSI=A0+A1log(1+ )+A2 +B1 (8-2) 式(8-2)中的系数A0、A1、A2和B1可用多元线性回归方法确定。 根据AASHO的74个柔性路段的试验，最终得出著名的柔性路面PSI方程式，即式(8-3): PSI = 5.

4、031.91 log(1+ )1.382 0.01 (8-3),2019/6/17,7,由式(8-3)可知，路面裂缝破损和车辙占很小比例，这两种因素的变化对PSI基本不产生影响。与此相反，路面平整度对PSI有显著的影响。所以可认为AASHO的PSI是道路使用者的评价模型。,2019/6/17,8,而日本根据AASHO研究方法，建立了日本的PSI模型，如式(8-4): PSI = 4.530.51811g0.371 0.174 (8-4) 由式(8-4)可知，日本PSI的关键影响因素正好和美国相反，平整度占很轻的比重。说明70年代末期日本的路面具有很高的平整度。同时也可以看出日本比较重视裂缝和车

5、辙对路面性能的影响。所以可认为式(8-4)是道路管理者的模型。,2019/6/17,9,上述通过PSI确定路面服务能力的方法现今仍具有重要的指导意义，但是PSI方程式本身却具有以下缺点:,1、方程是建立在道路试验评定组评价的基础上。由于车辆、公路性能和行驶速度变化很大，今天人们对服务能力的感受是否与30年前相同是值得怀疑的。,2019/6/17,10,2、方程不仅包括行驶性能，还包括表面损坏情况。对路面统计管理部门来说，最好将行驶质量和表面破损分开。因此，需要研究新的路面评定方法，使路面的客观评定直接并合理地与人们对行驶质量的感觉联系起来。 3、道路试验中所用的断面仪今天己不再使用。若是采用A

6、ASHO原始的PSI方程，而确定平整度的方法又不同时，误差将成倍增加。解决这一问题的最好办法是组织一个新的路面评定组，再将评定结果直接与感兴趣的特定平整度联系来。,2019/6/17,11,二、分项综合指标评价方法,对于路面使用性能，通常从行使质量、路面损坏状况、结构承载能力和安全性能这四个方面进行评价。,2019/6/17,12,1、路面损坏状况评价(Evaluation of Pavement Distress),一般采用路面状况指数PCI来对路面损坏状况进行评价。扣分法是确定路面状况指数PCI的常用方法。对不同的损坏类型、严重程度和范围规定不同的扣分值，按路段的损坏状况累计扣分值后，以剩

7、余的数值表征路面的完好程度，评价路面的好坏。,2019/6/17,13,式中: C初始评分数，常用百分制C=100； i,j 相应为损坏类型数(共n种)和严重程度等级数(共m种)； i种损坏、j级程度和k范围的扣分值； i、j各种损坏类型和严重程度的权函数； F(t, d) 多种损坏的修正函数，是累计扣分数t和扣分次数d函数。,2019/6/17,14,这种用扣分法评价路面损坏状态的方法，较早在美国Washington州路面管理系统中得到应用。后来在PAVER系统中得到进一步完善，从而促进了该方法在评价路面状况中的广泛应用。 我国在“七五”国家攻关期间根据北京市和广东省的路面状况，也利用这种扣

8、分方法开发了路面状况指数PCI模型。,2019/6/17,15,路面损坏状况评价指标作为评价路面质量的重要指标之一，无论在网级还是在项目级的管理系统中，它都起着重要的作用。在许多地方和城市的路面管理系统中，路面损坏状况指标通常作为唯一的路面质量评价指标。在这些地方因为设备、费用等原因而导致平整度、抗滑能力的检测比较困难。,2019/6/17,16,2、路面行使质量评价(Evaluation of Pavement Riding Quality),路面行使质量同路面的平整度、车辆的动态响应以及乘客对舒适性的要求和对颠簸的接受能力有关。行驶质量通常采用汇总众多乘客的主观评价意见计算出评分值。将各路

9、段的评分值与各路段实测的平整度指标通过回归分析建立主观评分同客观测量的相互关系。因此，可以根据路面平整度的客观测量结果得到对路面行驶质量的统一评价。,2019/6/17,17,路面行驶质量通常以质量指数RQI描述。RQI一般按5, 10和100分制来计分。我国公路养护技术规范(JTJ073-96)规定RQI=11.75-0.75IRI。 在网级系统中，平整度并不需要很高的数据精度。通过对路网的平整度调查，可以进行整个路网的需求评估和制定养护维修资金的投资计划。而在项目级的系统中，就需要很精确的路面性能评估。在项目级的管理系统中，平整度数据通常作为养护维修质量控制、周期性路面性能预估和维修方案评

10、估的依据。,2019/6/17,18,3、路面结构性能评价(Evaluation of Pavement Structural Capacity),路面结构性能评价的目的是评估现有路面的承载能力和确定路面的剩余寿命。所谓路面的剩余寿命实指路面在达到预定的损坏状况之前还能使用的年数和能承受标准轴载累计作用次数。依据剩余寿命的长短，可以判断路面结构的的完好程度及损坏发展的速率，可以确定是否需要采取改建措施并进行加铺层改建设计。,2019/6/17,19,结构承载能力一般通过路段代表弯沉与设计弯沉的关系变化来进行评价。对于高速公路，路段代表弯沉应采用自动弯沉检测车进行测量，各测点间的间距通常为100

11、米。通过各测点的平均值加2倍的标准差，计算出路段的代表弯沉值。 我国对现有路面的承载能力可用结构能力指数SAI (Structure Adequacy Index)作为评价指标。SAI主要与设计容许弯沉值、路段代表弯沉值和年平均日交通量(AADT)有关，如下式所示。,2019/6/17,20,SAI=f(路面允许弯沉、路段代表弯沉、AADT) 式中，SAI可用5分制、10分制和100分制来表示。对于我国，采用100分制更符合人们的使用习惯。在式中，路面允许弯沉和路段代表弯沉是影响SAI的主要因素。在我国公路养护技术规范(JTJ 073-96)中，它们的比值被称为路面强度系数SSI。对于高速公路

12、而言，不同的路面结构强度等级，应对应不同的SSI和SAL，如下表：,2019/6/17,21,表81 路面强度评价标准,2019/6/17,22,利用沥青路面设计弯沉公式，可以确定当代表弯沉值与设计弯沉值相等时路面所能承受的标准轴载累计作用次数N,，即如下式。通过交通调查，可分析得到弯沉评定之前路面己经承受过的标准轴载累计作用次数N0。以N0与Ne相比，便可确定路面的剩余寿命(以标准轴载作用次数记)。按当时的交通量和对今后交通量增长的预估，便可估计出路面剩余寿命。相反由剩余寿命可判断路面结构的潜在承载能力。,2019/6/17,23,路面结构承载能力同路面损坏状况之间存在一定内在关系。路面破损

13、状况的评价指标PCI可以与路段代表弯沉建立回归关系式，即PCI=f(弯沉值)。 通过路面损坏状况来评价路面的结构承载能力，免去了弯沉测定。但是这种损坏状况评价带有主观性，所建立的关系式具有地区局限性。此外，它只能判断路面承载能力是否足够，而无法估计路面剩余寿命。,2019/6/17,24,4、路面安全性能的评价(Evaluation of Pavement Safety),对于路面安全性能的评价一般只考虑抗滑能力。然而影响路面安全性能实际包括以下几个方面: 1）抗滑能力， 2）车辙(因为车辙可以造成路面积水，使得汽车有发生水上漂移的危险)， 3）路面的反光， 4)车道分界， 5)外来障碍物。,

14、2019/6/17,25,影响路面抗滑能力的因素包括:路面特性(粗构造、细构造)、油和水对路面的污染、车辆参数(主要是轮胎)和驾驶因素(行车速度)等。 路面的抗滑能力可采用摆式摩擦系数测定仪(摆式仪)或横向摩擦系数测定车(SCRIM)检测。对于高速公路宜采用横向摩擦系数测定车(SCRIM)测定。,2019/6/17,26,表8-2 路面抗滑能力,2019/6/17,27,5、路面性能综合评价 (Combined Evaluation of Pavement Serviceability),路面性能评价通常有两个主要目标: 1）在网级系统中，进行项目和处治对策的选择; 2）在项目级系统中，确定特

15、定的养护维修需求。 对于路面综合指标，并没有一套简单的工程公式可以利用。一般根据主观经验方法或者社会科学技术来开发综合指标公式。综合指标需要考虑路面的各种单项性能并以加权组合的形式组合各种单项特性指标。,2019/6/17,28,8.2 高速公路养护管理系统,一、养护管理系统的概念 二、国内外研究状况 三、建立养护管理系统的意义 四、高速公路养护管理系统设计,2019/6/17,29,前 言,在养护资金增加有限的情况下，如何合理地评价路网状态和分配养护资金，确保高速公路路网始终保持良好的行驶质量，将成为高速公路主管决策部门不得不解决的问题。然而，传统的经验决策和主观臆断仍在我国高速公路养护管理

16、过程中占据主要地位。管理体制、养护技术的陈旧落后，不可避免地造成养护维修决策的盲目性和片面性，更无法达到有效利用资源的目的。,2019/6/17,30,为了改变目前我国在高速公路养护管理和技术上的落后状态，最重要的工作之一就是建立和实施计算机化的养护管理系统，科学有效地调控各项养护维修活动，使有限的资源获得最大的社会效益。,2019/6/17,31,一、养护管理系统的概念 1、养护管理系统的定义,路面管理系统(Pavement Management System，PMS)各国有不同的定义，在美国各州公路和运输工作者协会(AASHTO)的路面管理系统指南中，把PMS定义为：用于决策者在公路评价养

17、护中寻求投资有效分配方案的工具。 澳大利亚道路研究所把PMS定义为：用于优化利用路面养护可用资源，包含信息采集、信息分析和方案决策的管理方法。实际上，路面管理系统是以现代管理科学理论为指导，以计算机为工具，采用系统分析方法使路面管理过程系统化。,2019/6/17,32,实际上，我国目前对路面管理系统的需求还主要集中在路面养护管理方面，即路面养护管理系统。 路面养护管理系统是指最有效地利用现有资金，使公路网中的路面处于最佳的服务水平或产生最大的经济效益。路面养护管理系统既与路面设计和施工有区别，也与传统的公路管理不同。它是综合运用路面专业知识，用系统工程等方法，借助计算机处理与路面养护活动有关

18、的问题。,2019/6/17,33,路面养护管理系统可以认为是路面管理系统的子系统，两者的最终目标足一致的。两者均可以划分为网级和项目级两种系统，分别适应不同管理层次的需要，具有不同的功能和结构。,2019/6/17,34,2、养护管理系统的层次,路面管理系统可划分为网级路面养护管理系统和项目级路面养护管理系统两类，分别适用于不同的管理层次，具有不同的功能和结构。,2019/6/17,35,网级系统足涉及整个路网的、用于指定路网养护政策、确定路网养护需求和养护费用优化分配的宏观分析系统；项目级系统则是根据网级系统的决策，以路段为对象，从技术和经济的角度分析养护方案的系统。 网级路面管理系统的范

19、围，包括一个地区(省、市)的公路网或一大批工程项目。它的主要任务是为管理部门进行关键性的行政决策提供对策，网级路面管理系统一般由数据库、使用性能评价模型、对策分析模型、使用性能预估模型、分析模型和优化模型等部分组成。,2019/6/17,36,项目级路面管理系统仅针对一个工程项目，它的主要任务是为管理部门对某一工程进行技术决策时提供对策，以选择费用效益最佳的方案。它以数据库为核心，通过对与路面相关的各种数据的采集形成数据库，利用这些数据进行路面使用性能评价，得出各种相关的使用性能指数，通过这些指数确定路面所处的损坏状况，由此给出各路段的养护、改建方案，对各方案加以经济分析比较，得出适合该路段的

20、费用效益最佳方案。当数据积累到足够程度后，便可以建立路面使用性能预估模型，对路面的各项使用性能指标进行预估。,2019/6/17,37,二、国内外研究状况,养护管理系统是随着路面管理系统发展而得到迅速发展的。首先在美国、加拿大等国得到应用。 其中较具代表性的有: 美国的亚利桑那州路面管理系统(1978)、华盛顿州路面管理系统(1980)、加利福利亚州路面管理系统和陆军工兵团的PAVE系统; 加拿大阿尔博塔省的路面管理信息和需求系统(PINS, 1983 )、改良信息和优序系统(RIPPS, 1984)以及市政路面管理系统(MPMS, 1987)。,2019/6/17,38,同时，英国等国也陆续

21、开发出一些系统，如: 英国运输和道路研究所(TRRL)开发的道路养护评价系统(CHART,1980 ); 世界银行通过国际合作研究开发的公路设计和养护标准模型(HDM-IH,1987 )等。,2019/6/17,39,我国路面养护管理系统的研究始于1984年。 交通部于1984年在辽宁引进英国的BMS系统，这标志着我国的路面养护管理系统的研究和应用的开始。 1987年湖南省开发了适合本地区的路面养护系统。自此之后，广东、北京、杭州、河南、陕西、江西等地区也开发了适合本地区的路面养护系统。,2019/6/17,40,1988年，交通部在云南引进了世界银行的HDM-III公路养护标准模型，开始了我

22、国在公路养护领域经济分析研究的先例，研究成果为CPMS ( Chinese PavementManagement System)提供了方法和经验。在“七五”国家重点攻关期间，交通部建立了我国自己的路面管理系统CPMS (Vnl.O)。,2019/6/17,41,“八五”期间，国家在14个省市推广使用CPMS系统。 与此同时，交通部公路利研所与同济大学、北京、广东等地区联合开发了千线公路省市级)路面评价养护系统(PEMS) 。 1998年东南大学和南京机场高速公路联合开发了以养护管理为基础的道路设施管理系统。,2019/6/17,42,近年来，因大量高速公路投入运营，各级养护管理部门对养护管理系

23、统的迫切需求，我国对高速公路养护管理系统的研究发展很快。但是，已有的这些系统在理论和实际应用上还有很多缺陷。,2019/6/17,43,理论上: 1.因缺乏规范完整的历史数据，使得我国的路面管理理论基础薄弱； 2.我国理论借鉴国外多，针对国情少，体系不完整，实用性不高； 3.很少对已有系统的应用情况跟踪调查，已经使用的理论得不到进一步完善。,2019/6/17,44,实际应用上: 1.因开发过程经常脱离养护管理实际以及当时计算机应用水平、软件的系统平台、软件开发技术等情况的限制，开发的系统通常使用复杂，一线养护技术人员使用积极性不高； 2.目前的系统基本不具备网络管理功能，不能满足高速公路养护

24、管理部门资源共享的需求； 3.系统不能适应我国高速公路管理体制的实际情况。,2019/6/17,45,三、建立养护管理系统的意义,1、经济方面 (1)在资源约束条件下使路网总体效益最优； (2)依据现有的路况水平和预算水平编制养护维修计划； (3)分析提高或降低路面使用性能对道路使用者费用的影响程度等,2019/6/17,46,2、技术方面 高速公路养护管理系统能够在实施过程中逐渐积累经验和促进新技术的应用： (1)改进典型养护和维修对策，不断修正养护经验； (2)可以比较新旧养护技术的差异，促进养护技术的不断更新和改进； (3)完善路面使用性能预估模型，以便更准确地预测未来路面使用性能的变化

25、，从而作出更符合实际的养护维修决策。,2019/6/17,47,3、管理方面 (1)促进养护管理体制的不断改进与完善； (2)提供有效的路网检测和评价手段，提高养护管理的效率； (3)可以分析不同投资水平对路网状况的影响，为管理决策部门提供充分的决策依据。,2019/6/17,48,四、高速公路养护管理系统设计 1、养护管理系统框架结构设计,根据高速公路养护管理部门的操作业务流程，从系统整体开发的角度提出养护管理系统的框架结构，包括: 数据采集子系统； 路面性能评价子系统； 路面性能预测子系统； 养护维修决策子系统； 日常管理子系统； 图表管理子系统等等。,2019/6/17,49,路面养护管

26、理系统分为六大模块： 数据采集模块； 数据库模块； 养护决策模块； 图表管理模块； 接口访问模块。如下图所示：,2019/6/17,50,图1 养护管理系统模块,2019/6/17,51,2、养护管理系统数据库设计,数据库是养护管理系统的核心，因此数据库的设计非常关键。 主要包括用户需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计和物理结构设计。,2019/6/17,52,在需求分析阶段，综合各用户的应用需求： 在概念设计阶段，形成独立于机器特点，独立于各DBMS产品的概念模式，即E-R图； 在逻辑设计阶段，将E-R图转换成具体数据库产品支持的数据模型，形成数据库逻辑模式； 在物理设计阶段，根据DBMS特

27、点和处理的需要， 进行物理存储安排，建立索引形成数据库内模式。这样养护管理系统数据库的建立，解决了手工管理中数据管理难的问题。,2019/6/17,53,该数据库应具有如下功能。 1）养护数据维护。 2）路况评价管理。 3）养护对策管理。 4）养护计划管理。 5）养护报表管理。,2019/6/17,54,3、养护管理系统网络结构设计,根据高速公路养护管理部门的组织形式(总公司、管理处以及下属各管理站和养护队)，围绕三层网络结构，根据养护管理系统自身的实际运行环境以及数据传输量的大小以及高速养护管理系统相关局域网和广域网的设计原理和实施步骤，并按照这些原理和步骤，设计出高速公路养护管理系统的具体

28、网络方案，这样数据共享差的问题得以解决。,2019/6/17,55,8.3 高速公路机械化养护,一、概述 二、路面养护机械及基本要求 三、养护机械的选型和配备原则 四、机械化养护新技术 五、公路养护机械化的发展对策,2019/6/17,56,一、概述,为了确保公路的养护质量，保障公路养护施工人员的人身安全，必须提高养护机械化施工水平，在公路养护领域大力推广新技术、新工艺、新材料、新设备应用，以保证道路的完好、畅通。,2019/6/17,57,1、养护机械化的概念,养护机械化是指养护作业中全部主要和辅助的繁重劳动过程均由技术参数互相协调的配套机械系统完成，这一机械系统能在给定的作业条件下以最佳的

29、技术经济指标保证该养护作业的质量和速度，高速公路养护的显著特点，即快捷、安全、养护质量高，对行车影响小。 而机械化养护的特点又可归结为“安、快、好、省”，即安全、快速、质量好、降低养护作业成本，可以满足了高速公路养护的要求。,2019/6/17,58,发展高速公路养护机械化的一个主要问题即“养护机械的配置”的问题。 就机械化养护来说，机械要按全面养护的要求进行选型，配备，要适应养护路段地理环境和路面结构的特点，并且要使机械的功能和生产能力配套， 对于机械化养护公司而言，重点是提高公路大中修、路面病害处理的机械化程度，以提高路面维修和养护的质量。,2019/6/17,59,2、我国公路养护机械化

30、的发展概况,改革开放以后，我国开始引进、吸收国外先进的公路养护技术和养护机械。 进入90年代后，特别是高速公路的发展，为引进先进的养护机械创造了机遇。我国现有300多家生产筑路机械的企业，其中有的生产公路建设用的施工机械，有的生产各种小型公路养护机械和少量大型的公路养护机械。 总体上看，我国的养护机械无论是产品性能，还是品种、数量、质量都难以满足我国高等级公路维修养护作业的需要，部分类型的公路养护机械国内还不能自主生产。,2019/6/17,60,3、国外高等级公路养护机械化的发展,经济发达国家很早就开展了公路的施工建设，养护管理工作同时也跟上了建设的步伐。他们在公路养护和管理方面有较完善的质

31、量保证体系，普遍建立了公路养护计算机管理系统，并配备了先进的养护机械。在不断发展养护机械的同时，注重养护施工工艺与养护材料的研究与开发工作。,2019/6/17,61,近几年来，发达国家更加重视养护管理系统的建设，利用开发出的公路路况诊断检测、评估设备等多种养护辅助系统，实现对公路状况的自动监测与数据的采集，建立公路信息管理数据库，对公路路况实施动态管理，达到以预防为主的养护目的。,2019/6/17,62,4、我国高等级公路养护机械的主要差距,(1)产品品种少、规格不齐全 (2)缺少养护机械专用底盘 (3)产品自动化程度不高,2019/6/17,63,二、路面养护机械及基本要求 1、高速公路

32、养护维修内容及主要机械的配备,2019/6/17,64,表83 高速公路养护维修作业及机械配备,2019/6/17,65,2、高速公路养护的分类,公路养护可分为： 预防性养护-经检测，在道路病害出现之前有有针对性的预先养护处理。预防性养护技术包括雾层和还原剂封层、石屑封层、稀浆封层； 矫正性养护-路面局部修补（包括坑洞修补）和路面裂缝和接缝（水泥砼路面）的充填、沥青路面的薄层罩面； 服务性养护-提供各种应急服务（应急加油、应急维修），及时排除路面散落物，保证通畅。,2019/6/17,66,3、养护机械的基本要求,为满足高速公路养护作业的需要，其养护机械须具备以下基本要求： (1)性能稳定、质

33、量可靠 (2)机动灵活,2019/6/17,67,三、养护机械的选型和配备原则,1、系统原则 2、可行性原则 3、信息充分原则 4、对比优先原则 5、管理方案配套原则,2019/6/17,68,四、机械化养护新技术 1、路况检测新技术,我国最新研制的道路专用雷达探测车，应用先进的宽带技术，可对高等级公路的浅层、中层和深层结构的裂缝、空穴(缺陷)及铺筑材料结构的均匀性、地下构筑物状况等进行快速、准确无误的探测，是检测和分析公路病害最准确、最快捷的设备。,2019/6/17,69,2、预防性养护新技术,预防性养护技术主要包括薄雾封层、还原剂封层、石屑封层、稀浆封层、微粒封层等各类封层技术。其中同步石屑封层技术 应用改性乳化沥青稀浆封层和微表处技术是较为前沿的预防性养护技术。,2019/6/17,70,3、再生技术,再生技术主要有就地加热表层再生和就地冷再生两种。,2019/6/17,71,五、公路养护机械化的发展对策,1、深化公路养护体制改革 2、加快公路养护模式改革 3、建立有效的路面养护维修管理系统 4、努力提高养护技术的高科技含量 5、加强养护材料、工艺、设备的综合研究 6、公路养护机械标准的制订和完善 7、转变观念、重视预防性养护,2019/6/17,72,谢 谢,