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1、沥青路面养护与维修新技术,2015年3月,第三章 沥青路面预防性养护理论与实践 3.1 预防性养护研究及应用现状 3.2 沥青路面预防性养护时机 3.3 预防性养护措施决策,3.1 预防性养护研究及应用现状 预防性养护作为一个完整的概念于20世纪80年代提出，是一种定期的强制保养、维修措施，是在路面结构强度充足，仅表面功能衰减的情况下，为恢复表面服务功能而采取的一种养护措施。,预防性养护的实质是在适当的时间，将适用的技术措施，应用在适宜的路面上。,预防性养护的核心思想是要求采用最佳成本效益的养护措施，强调养护管理的主动性、计划性、合理性。,1987年，美国SHRP 计划中对养护费用效益的研究结
2、论：整个路面寿命周期内进行3-4次的预防性养护可延长使用寿命1015年，节约养护费用4550.,预防性养护-犹如汽车的保养。汽车保养，5000公里左右做一次。道路预防养护，35年做一次。汽车不保养，可以继续开，但是安全性能降低、机械磨耗加快。道路不做预防养护，可以继续用，但是性能衰减加速，使用寿命缩短。 交通运输部“十二五”公路养护管理发展规划（征求意见稿）明确要求：“全面推行预防性养护。继续树立全寿命周期养护成本理念，制定适合我国国情的预防性养护指导政策、技术标准，探索形成一系列预防性养护技术，并列出一定比例的专项资金，全面实施预防性养护。力争到2015年，高速公路预防性养护比例达到8%，普
3、通国道、省道预防性养护比例达到5%”,路面养护投入比例 = 小修:中大修,(130+93) :( 103+109) = 223:212,路面养护投入分配比例 = 小修:中大修,(11.3+4.2) :( 8.1+7.7%)= 15.5:15.8,美国全国情况,路面保养的发展 80年代，所有的州际公路新建几乎完成； 1990年，欧洲研究考察； 1992年，路面保养基金会在美国德州成立； 1995年，路况是用户最大关注（美国质量学会）； 1997年，美国地面运输系统现状：状况和性能提交国会； 1999年，FHWA资产管理办公室成立； 2003年，路面保养中心成立 （密西根）； 目前，很多州交通厅设
4、有路面保养工程师位置。,在1999年，对美国、加拿大50多个州、地区进行了一次预防性养护问卷调查，获41个部门的反馈，结果表明有以下特点：,预防性养护实施的影响因素很多，包括：,2006年AASHTO调查报告显示 在美国和加拿大两国参与调查的34个州和5个省中； 91.3%的州（省）实施了路面预防性养护项目； 69.6%的州（省）存在路面预防性养护技术指南； 但大多还是依据工程师的经验制定预防性养护方案时。,在管理中划分为几个子区域,以美国明尼苏达州为例： 将养护分为四大类： 日常养护 预防性养护 维修 重建,第一步：先确定预防性养护总需求。 获得方式：通过 “路面管理系统”分析得到。,第二步
5、：根据总需求，推荐适宜的预防性养护年度支出预算。,第三步：在预算框架内，确定预防性养护技术措施。 采取方法：选择每种技术的合理比例，再根据费效比选择具体路段。,上海市 在20世纪90年代中后期，逐渐引进了“预防性养护”的理念和技术，当时使用的预防性养护措施有稀浆封层、微表处等； 2003年，上海市公路管理处联合同济大学对预防性养护技术的一些关键问题进行研究，于2004年铺筑了4条试验路，并对其进行了跟踪观测和分析； 2006年1月，上海市公路管理处组织编写了上海市公路沥青路面预防性养护技术规程，于2007年2月1日起正式实施； 2006年7月，上海市公路管理处将预防性养护模块纳入到原有的公路路
6、面管理系统，利用系统的决策树模型进行辅助决策。 目前沥青路面的预防措施有：稀浆封层、微表处、碎石封层、复合封层、薄层罩面、灌缝或封缝、雾封层和沥青再生剂等8种。,国内预防性养护发展及应用现状,江苏省 2001年将乳化沥青稀浆封层技术应用研究项目列入江苏省交通科技计划，作为预防性养护的重点推广技术； 组织编制了乳化沥青稀浆封层技术应用指南和乳化沥青稀浆封层施工技术规程； 2002年以来，江苏省将稀浆封层预防性养护技术的推广工作纳入养护工作计划和考核目标，全省平均每年实施300多公里。 自1998年，在全省各地累计实施了近1800万m2稀浆封层。,陕西省 2003年，开始铺筑薄层罩面试验段； 20
7、03- 2004年，铺筑碎石封层试验段； 在试验段的基础上，总结经验，改进工艺，逐步在全省推广预防性养护技术。,华北高速 1993-2000年，京津塘高速公路常用的预防性养护技术一般有裂缝填缝维修、表层铣刨加铺（挖补）； 2000年，开始引入就地热再生技术； 2001年以来，京津塘高速公路使用最多的预防性养护技术是就地热再生技术，几年来，已累计维修路面136.9万平方米。,山东省 2000年，开始引进智能化、高性能沥青洒布和碎石撒铺设备，并研究、推广沥青碎石封层预防性养护技术； 2002年，大量配备使用高性能的灌缝设备和高质量的灌缝材料，每年全省沥青路面灌缝量平均在200万延米左右，起到了明显
8、的预防性养护作用。以德州为例，2004年至2006年路面灌缝数量年均增加7.9万延米，而路面挖补数量年均下降3.6万平方米，总体上路面养护投资年均节省109.6万元； 2005年，开始提出全方位多层次预防性养护新理念，并用于指导公路养护工作； 目前，用于预防性养护的主要技术有：灌缝贴封、沥青碎石封层、就地热修补、稀浆封层、微表处、薄层罩面、复合罩面等。,预 防 性 养 护 资 金 的 来 源 问 题 技 术 方 面 的 问 题 经 验 方 面 的 问 题,3.2 沥青路面预防性养护时机 预防性养护时机评价指标 路面沥青老化、路面渗水系数、路面行车安全、RQI/PCI 路面行车安全（抗滑性能和车
9、辙） 预防性养护时机确定方法 基于时间或路况的方法、排序法、费用效益评估法、生命周期费用评估法、决策树或决策矩阵,路面使用性能预测 交通荷载,路面使用性能预测 环境因素,路面使用性能预测 路面结构,路面使用性能预测 结构强度,路面使用性能预测 材料特性,路面使用性能预测,路面使用性能预测,路面使用性能预测,基于时间或路况的方法 基于时间的方法：每个路段大致都有一个需要进行预防性养护的时间,基于时间或路况的方法 基于路况的方法：是根据路况的实际情况，选择合适的评价体系，得出进行预防性养护的临界破坏点。基于路况的预防性养护要综合考虑路面状况表观调查和无损检测信息的养护措施触发值（Trigger），
10、或称阈值（Threshold）。,费用效益评估法：是根据效益与费用的比值来确定，公路养护效益是指在采取预防性养护后所带来的收益。路面养护所需费用是根据路面状况来确定的，按期资金投入的目的分为小修保养、中修、大修和改善四类，其目的是为了更准确的制定路面养护投资方案。,排序法：是目前世界各国的路面管理系统普遍采用的一个重要方法。排序就是在初步确定养护的项目和时间后，再考虑资金等约束条件，根据路况、经济等数据计算出一定排序指标（如路况指标、净现值或效益费用比等）作为项目比较的依据。然后，根据排序指标对所有需求项目进行排序，最后根据整个排序次序进行一年或多年的项目选择决策。,生命周期费用评估法：是在一
11、定的时期内，通过分析某一路段的初建费用和以后的折扣费用来评价其经济价值的过程。在路面大、中修和重建时，常常用到寿命周期分析法。预防性养护推迟了昂贵的路面大修活动，但预防性养护要求提前支付养护费用。在不同时期支付同样多的费用有不同的经济价值，所以有必要进行经济分析。分析的方法是将分析期内不同时间支出的费用，按某一预定的贴现率转换为现在的费用现值。通过转换成单一的现值，可在等值的基础上比较各种方案。,3.3 预防性养护措施决策 决策原则 应用科学的决策方法确定养护对策 针对主要影响因素确定养护对策 查明病因确定养护决策 结合养护费用优化养护对策 分析确定养护对策的最佳费用效益 选择适当的养护措施
12、确保长期有效的资金支持 注重新材料新工艺的开发研究与推广 加强公路水损坏的防范 加强总结和反馈机制的建立,养护决策需要考虑两方面的需求，一是当路况指标达不到规定的技术要求时须采取的养护措施，二是路况指标虽达到了技术要求，但根据全寿命周期费用分析的需要而采取的预防性养护措施。,路面全寿命周期,全寿命周期路面成本,全寿命周期内路面年平均成本,平均车公里路面成本,平均车公里全成本,路面的实际使用寿命,路面建设费用和养护费用的总和,实际使用寿命内的年平均成本,每辆车行驶每公里的路面成本,道路管理者和道路使用者平均车公里成本之和,预防性养护的几个新概念 路面全寿命周期：指路面的实际使用寿命，T（年）。
13、路面的实际使用寿命：指路面从建成投入使用到下一次路面整体结构性补强大修或重建之间的时间段。 全寿命周期路面成本：是指在路面全寿命周期内的路面建设费用和养护费用的总和，A（万元/公里）。 建设费用：指路面的实际建设投资，J（万元/公里）。 养护费用：路面在T年内的日常保养、小修工程、中修工程费用的总和，Y。,A=J+Y Y= T（R+X）+n Z（万元/公里） A=J+T（R+X）+n Z（万元/公里） 式中： J 路面实际建设投资（万元/公里） T 路面全寿命周期（年） R 年平均日常保养费用（万元/年公里) X 年平均小修工程费用（万元/年公里） n 在全寿命周期内路面中修工程次数 Z 一次
14、路面中修工程的平均费用（万元/公里）,全寿命周期内路面年平均成本：全寿命周期内路面年平均成本，B（万元/年公里）： B=A/T B=J+T(R+X)+n Z/T B=R+X+（J+ n Z）/T（万元/年公里） 式中：R:年平均日常保养费用（万元/年公里) X: 年平均小修工程费用（万元/年公里） J: 路面的实际建设投资（万元/公里） N: 在全寿命周期内路面中修工程次数 Z: 一次路面中修工程的平均费用（万元/公里） T: 路面全寿命周期（年）,平均车公里路面成本：平均车公里路面成本是指全寿命周期内路面年平均成本 B（万元/年公里）除以该路段的年平均交通量（H，换算为小客车，单位为：年万辆
15、）得到的每辆车行驶每公里的路面成本，b(元/辆公里)。 b=B/H(元/辆公里) 平均车公里全成本：路面使用全成本应为道路管理者的建设、养护成本与道路使用者的车辆、时间等费用成本之和，平均车公里全成本，q（元/辆公里) 。 q=b+c（元/辆公里) 式中：b: 道路管理者的平均车公里路面成本（元/辆公里)。 c: 道路使用者的平均车公里费用成本（元/辆公里)。,全方位多层次的预防性养护 以道路全寿命周期成本理论为指导，不断拓展预防性养护的外延，丰富其内涵，构建涵盖路基路面、桥涵隧道以及防护工程在内的全方位和事前、事中、事后多层次控制的预防性养护体系。 在道路全寿命使用周期内，支出的全成本费用最
16、少，取得的综合效益（包括道路管理者和使用者）最大是最理想的结果。,预防性养护的期望目标也就是最理想的目标：在道路全寿命周期内道路管理者与道路使用者的全成本费用最低。可用道路管理者与道路使用者平均车公里全成本“q” （元/辆公里)最低来实现。 在保证道路使用者费用成本最低的前提下，再来研究全寿命周期的道路成本目标，成本目标可分三个层次： 全寿命周期路面成本“A”最低； A=J+T（R+X）+nZ（万元/公里） 全寿命周期内路面年平均成本“B”最低； B=R+X+（J+nZ）/T（万元/年公里） 平均车公里路面成本“b”(元/辆公里)最低； b=B/H(元/辆公里),下面举例说明全寿命周期费用分析
17、技术在预防性养护决策中的具体应用。 例：某条干线二级公路，基础资料为：路面宽度12米，路面造价为120元/平方米，则: 每公里路面造价 J=12*1000*120=144 （万元/公里）； 年平均日常保养费用 R=1.0 （万元/年公里)； 年平均小修工程费用 X=1.5 （万元/年公里）； 一次路面中修（或预防性养护）工程的平均费用 Z=24（万元/公里）； 在全寿命周期内路面中修工程次数 n分别设定为n1=0、n2=1、n3=2； 路面全寿命周期 T分别为T1=8、T2=12、T3=15（年）； 路段年平均交通量均换算为小客车 H 设定第一年6000辆/平均日交通量、年增长率r=10%，则
18、H1=311.2、H2=387.5、H3=460.4（年万辆）。,则平均车公里路面成本分别为： b1=1.0+1.5+(144+0)/8/311.2=0.06587(元/辆公里); b2=1.0+1.5+(144+24)/12/387.5=0.04258(元/辆公里); (b2-b1)/b1*100%=-35.4% b3=1.0+1.5+(144+48)/15/460.4=0.03323(元/辆公里)。 (b3-b1)/b1*100%=-49.6% (b3-b2)/b2*100%=-21.7% 结论：如果预防性养护时机恰当，措施得当，则路面成本节省约50%，也就是说，路面养护资金的使用效率可提高一倍。,沥青路面养护与维修新技术,2015年3月,