道路预防性养护政策与关键技术研究.docx
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道路预防性养护政策与关键技术研究
道路预防性养护政策与关键技术研究
目录
1、国外预防性养护基本概念1
2、国外预防性养护发展概况1
2.1国外预防性养护的发展特点2
2.2国外预防性养护发展的启示3
3、我国预防性养护发展概况4
3.1各地区预防性养护发展概况4
3.2我国预防性养护发展总结7
4、预防性养护相关概念的研究8
4.1路面全寿命周期8
4.2全寿命周期路面成本8
4.3全寿命周期内路面年平均成本8
4.4平均车公里路面成本9
4.5平均车公里全成本9
4.6影响道路使用者费用成本的因素9
4.7对降低道路使用者费用成本的保障9
4.8预防性养护的目标10
5、预防性养护决策机制与方法11
5.1基本标准11
5.2信息来源11
5.3决策基本过程12
5.4效果检验方法12
5.5预防性养护决策机制与方法总结13
6、预防性养护关键技术14
6.1沥青路面预防性养护技术14
6.2水泥混凝土路面预防性养护技术15
6.3路基、桥涵预防性养护技术15
7、预防性养护问题与对策17
7.1问题总结17
7.2对策研究17
8、结论和建议22
8.1基本结论22
8.2预防性养护的概念22
8.3实施预防性养护的关键技术23
8.4实施预防性养护政策与建议23
1、国外预防性养护基本概念
预防性养护是作为一个完整的概念于20世纪80年代提出,是一种周期性的强制保养措施,是在路面结构强度充足,仅表面功能衰减的情况下,为恢复路面表面服务功能而采取的一种养护措施。
预防性养护虽然需要投入一定的费用,但是一种费用效益比最优的养护措施。
主要有两个说法:
一是让状态良好的道路系统保持更长时间,延缓未来的破坏,在不增加结构承载能力的前提下改善系统的功能状况;二是在适当的时间,将适用的措施,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,强调养护管理的计划性。
所谓矫正性养护,就是我们传统上的修补路面的局部损害或对某些特定病害进行的养护作业,适用于路面已经发生局部的结构性破损,但还没有波及全局的情况,显然这是一种事后、被动的养护方式,其延缓路面失效的效果较差。
采取预防性养护在路面使用过程的某个最佳时机,进行若干预防性养护措施干预,路面状况将一直保持在较高水平,较好延长路面使用寿命,降低了成本与投入。
美国道路业曾对几十万公里不同等级道路进行跟踪,发现这些道路的使用性能和寿命有一个共同的变化特征:
一条质量合格的道路,在使用寿命75%的时间内性能下降40%(这一阶段称之为预防性养护阶段),如不能及时养护,在随后12%的使用寿命时间内,性能再次下降40%,从而造成养护成本大幅度的增加。
根据1987年美国战略公路研究计划(SHRP)研究,在整个路面寿命周期内进行3-4次的预防性养护可以延长使用寿命10-15年,节约养护费用45%~50%。
2、国外预防性养护发展概况
预防性养护(PavementPreventiveMaintenance)是维护现有道路系统及其附属设施,延缓未来病害发展,保持或改善系统未来的功能状况(但并没有增强结构能力)的一种有成本效益的处治计划策略。
从这个角度出发,预防性养护更多地是一种理念和方法。
本报告简本在调研国内部分省、市公路管理部门的基础上,借鉴国外预防性养护研究成果,目标是了解我国预防性养护的现状,借鉴成功经验,明确预防性养护实施中的问题,形成预防性养护的实施政策建议,为预防性养护保证体系的建立提供参考。
下面首先对预防性养护的国外发展历史和现状作简要回顾。
2.1国外预防性养护的发展特点
2.1.1预防性养护广泛发展且区域间差异明显
美国研究资料表明,其各州的预防性养护开展的层次和水平差异很大,根据2004年国家公路合作研究计划(NCHRP,NationalCooperativeHighwayResearchProgram)的523号报告“预防性养护技术应用的时机选择(OptimalTimingofPavementPreventiveMaintenanceTreatmentApplications)”,Arizona和Iowa州已经铺设了专门的预防性养护试验路以评价某些预防性养护技术措施的性能;Michigan、NewYork和California州已发展了良好的预防性养护计划,并反映在多种指南文件中。
在1999年,对美国50个州、哥伦比亚特区、PuertoRico和6个加拿大省份的公路管理部分进行了一次大范围的预防性养护计划与实践的问卷调查,获得41个部门的反馈,结果表明:
全部反馈的部门都进行了预防性养护技术的应用。
85%的部门确立了预防性养护计划,2个部门正在确立。
17个部门报告有超过10年的现场预防性养护计划。
2.1.2预防性养护基本理念长期难以统一
对于预防性养护应用时的旧路面状况问题,25个部门在路面仍处于较好状态时进行,22个州报告在路面处于较差状态时进行,1个部门报告在路面处于很差的状态时进行。
按照预防性养护的特点,在路况尚好情况下实施是合理的,其他情况下则偏离了预防性养护的主要目标,实施时机把握上的差异表明,对预防性养护的基本理念的理解还不统一。
2.1.3预防性养护实施影响因素众多
2001年,在一项由路面维护基金会(FP2,FoundationforPavementPreservation)发起的研究中,进行了对公路养护部门的广泛调查,共获得34个有效反馈。
调查结论认为:
对大多数公路部门而言,预防性养护观念——适当时机采用适当处治技术——反映了观念、策略和方向上的巨大转变。
大多数公路部门面临资金短缺问题,预防性养护和最差优先的养护方式之间矛盾凸显。
在一个最差优先的养护计划中,剩余资金(如果还有)才用于预防性养护。
应对路面功能失效的处治技术将占养护资金的大部分,且效果较差,使总体计划失效。
2.2国外预防性养护发展的启示
根据美国预防性养护发展的历史与现状,可以概括以下基本规律:
1)预防性养护基本概念方面
(1)预防性养护是一种养护理念,其基本出发点是通过早期养护,延缓路面的病害发展过程,从而推迟了后期进行维修重建时间,延长了路面使用寿命,最终获得更高的费效比;
(2)预防性养护与预防性养护技术并不是完全对应的关系,该类技术也可用于非预防性养护工程,但不能达成预养护目标。
2)预防性养护发展的区域性特点
(1)各区域间预防性养护发展水平很不平衡,但其基本理念在长期的传播和发展过程中,已广为接受,是大势所趋;
(2)各管理区域都开展了预防性养护政策与技术的研究与实践工作。
3)预防性养护区域内发展的一般要求
(1)预防性养护发展必须有统一的概念、规范、指南、手册等文件来引导,且需根据实践效果及时修订;
(2)预防性养护是一项长期工作,要提供长期支持,特别是专项资金支持;
(4)尽量设置领导、指导和协调预防性养护工作的专门机构或机制,负责资金分配、效果评价、技术总结与推广等工作,还需对技术人员开展不定期培训;
(5)要扩大技术合作与交流,扩充预防性养护技术体系,最大限度地发挥预防性养护的针对性强的特点。
3、我国预防性养护发展概况
预防性养护与一定的公路发展水平与发展阶段相适应。
九十年代后期,随着高速公路的快速发展,高速公路里程的不断增多,发展高水平的养护技术已逐步成为养护工作中的重点。
进入二十一世纪以来,我国早期建设的高速公路不少已经进入大、中修阶段,且养护相关观念和技术的国际交流日益频繁,大型养护设备逐步引进,都促使公路养护,特别是高速公路养护进入了一个新的纷繁复杂的阶段。
预防性养护观念和相关技术逐渐为广大公路工程技术人员所了解和接受,并在全国各地区进行了不同程度的尝试,并取得了一定的实际效果。
3.1各地区预防性养护发展概况
上海市
到20世纪90年代中后期,上海逐渐引进了“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,专门成立了公路沥青路面预防性养护技术研究课题组,对预防性养护技术的一些关键问题进行了研究。
于2004年7月~2004年10月间先后完成了4条试验路的施工,并对其进行了跟踪观测和分析。
该课题已于2005年10月通过鉴定。
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养护技术规程》(SZ-G-D01-2007),于2007年1月17日由上海市市政工程管理局批准颁发,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面管理系统,利用系统的决策树模型和辅助决策。
表3.1是上海市公路部门各区使用的沥青路面预防性养护措施情况。
表3.1沥青路面常用预养护措施
公路养护管理单位
养护措施
市管署
3~5cmTHMO罩面、稀浆封层
高速署
沥再生、稀浆封层、微表处
金山区公路管理署
3细THMO罩面、稀浆封层
松江区公路管理署
3细THMO罩面、稀浆封层
嘉定区公路管理署
4cm铣刨罩面
宝山区公路管理署
喷洒乳化沥青、稀浆封层、3cm细粒式THMO
闵行区公路管理署
稀浆封层、3cmTHMO罩面
浦东新区公路管理署
加罩面层、热再生、稀浆封层
奉贤区公路管理署
3~5cmTHMO罩面、稀浆封层、现场热再生、铣刨3cm加罩3cmTHMO
南汇区公路管理署
稀浆封层
崇明县公路管理署
稀浆封层、坑槽修补、灌缝
目前沥青路面的预养护措施有:
稀浆封层、微表处、碎石封层、复合封层、THMO、灌缝或封缝、雾封层和沥青再生剂等8种。
水泥路面的预防性养护措施主要有金刚石研磨法、裂缝填封、接缝重灌缝、部分深度修补/全深修补、板底压浆等5种。
上海市路基常用预防性养护主要有注浆加固一种。
江苏省
2001年《乳化沥青稀浆封层技术应用研究》项目列入当年江苏省交通科技研究计划(编号01T003)。
经过近2年努力,从原材料、稀浆混合料质量控制、施工工艺、施工质量检查与验收等各个方面,对该技术的施工实践作出了一系列的科学性总结,为其推广应用提供了重要的指导作用。
在此基础上,形成了《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》,进一步推动乳化沥青稀浆封层在全省的推广应用。
自1998年以来,在全省各地累计实施了近1800万平米稀浆封层。
自2002年以来,江苏省对于稀浆封层预防性养护,每市均设定了目标,全省平均每年实施300多公里,实施效果良好。
路面稀浆封层技术在全省范围得到了进一步的推广应用。
目前公路预防性养护继路面养护工作中取得良好效果之后,在桥涵、路基方面的应用也在不断的实践和发展之中。
陕西省
陕西省先后于2003年在榆林铺筑薄层罩面试验段,2003年西安在周马路铺筑碎石封层试验段,2004年西安铺筑碎石封层试验段,并在试验段的基础上,总结经验,改进工艺,逐步在我省推广预防性养护施工新工艺。
华北高速
京津塘高速公路连接京、津、冀两市一省,1988年开工建设,1990年北京亚运会部分路段试通车,到1993年全线建成通车。
至2006年底,全线平均日交通量已达到30000辆/日。
开通初期至2000年,因京津塘高速公路修建质量较高,并且各管理处养护全面、及时到位,京津塘高速公路全线预防性工程量较小。
随着路龄的增长,预防性养护工作量也越来越大。
京津塘高速公路目前常用预防性养护技术一般有裂缝填封维修、表层铣刨加铺(挖补)和就地热再生等技术。
在京津塘高速公路开通初期,京津塘高速公路应用最多的预防性养护技术就是路面表面层挖补技术。
主要原因是天津段约有58公里软土路基沉降路段,特别是桥头引道和构造物路段。
近几年,部分行车道出现网裂和轻微车辙,也经常使用表层挖补技术来处理局部行车道病害。
目前,京津塘高速公路使用最多的预防性养护技术是路面就地热再生技术。
2000年华北高速公路股份有限公司引入就地热再生技术,2001年即在京津塘高速公路天津塘沽段进行试验性养护维修施工,并取得了成功。
几年来,京津塘高速公路运用就地热再生技术累计维修路面136.9万平方米。
山东省
九十年代早期,采用沥青洒布车洒布沥青,然后人工抛洒预拌碎石进行碎石封层施工,其后,稀浆封层、同步碎石封层、灌缝等技术广泛应用。
从九十年代后期,展开的科研涉及:
抗滑表层技术、路面施工养护专项技术及改性沥青应用技术、乳化沥青、稀浆封层、旧桥检测加固、公路水毁治理等养护新技术等,但由于养护经费的紧缺,预防性养护新技术的发展仍相对缓慢。
近年来,随着技术种类的丰富和发展,基本的预防性养护技术体系基本形成。
目前,预防性养护基本观念已为广大公路养护技术人员广泛接受,相应的工程应用也不断展开,并具有以下基本特点:
1)预防性养护的基本思路除了在公路路面养护工程中体现外,在桥梁、路基等方面也有发展;
2)公路路基路面的预防性养护,已逐步扩展到对路肩、边沟、绿化、排水设施等多项辅助设施领域;
3)预防性养护与新技术、新工艺的推广应用相结合,可应用的预防性养护措施不断增多,系统的预防性养护综合方案逐步显现。
预防性养护技术从高等级公路开始,逐步在普通国省干线公路养护工作中得到进一步的推广和应用,裂缝填封、微表处、稀浆封层、铣刨加铺、薄层罩面等技术广泛应用。
3.2我国预防性养护发展总结
对比国内外预防性养护发展历史与现状,不难发现:
(1)国内外预防性养护的发展过程、程度与速度等,在不同地区间都呈现出明显的差异性;
(2)总体上,国内预防性养护技术措施的应用种类要少于国外(美国为例),国内各地区间差异也很明显;
(3)预防性养护的资金和组织机制是预防性养护的基础,即使可用的相关技术种类少,也能一定程度上达到预防性养护目标。
(4)基于各地区不同的原始路况水平,预防性养护资金占投资总额比例虽有起伏,但投资绝对值在总体上是逐年增加的;
(5)多数情况下,预防性养护资金划拨仍混于养护资金总额中,受其他类型养护资金需求的影响较大,很少有专门的预防性养护资金计划,也没有长期的预防性养护投入规模控制;
(6)预防性养护投入增加,并实施一定时间后,路况的总体水平都有显著的提升,在预防性养护投资延续一定时间,路面总体路况趋于相对稳定后,需要的投资规模有可能也趋于稳定。
4、预防性养护相关概念的研究
4.1路面全寿命周期
路面全寿命周期是指路面从建成投入使用到下一次路面结构性整体补强大修或重建之间的时间段。
我们用“T”(单位:
年)表示。
4.2全寿命周期路面成本
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,用“A”表示(万元/公里)。
用公式表示如下:
A=J+Y
Y=T*R+T*X+n*Z
Y=T(R+X)+nZ(万元/公里)
A=J+T(R+X)+nZ(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——一次路面中修工程的平均费用(万元/公里)
4.3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用“B”表示(万元/年公里)可由下式表示:
B=A/T
B=[J+T(R+X)+nZ]/T
B=R+X+(J+nZ)/T(万元/年公里)
式中字母意义同上
4.4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,换算为中型卡车,单位为:
年万辆)得到的每辆车行驶每公里的路面成本,用“b”表示。
b=B/H(元/辆公里)
式中:
B——全寿命周期内路面年平均成本(万元/年公里)
H——路段年平均交通量(年万辆)均换算为中型卡车
4.5平均车公里全成本
道路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,平均车公里全成本用“q”(元/辆公里)表示。
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)。
4.6影响道路使用者费用成本的因素
(1)路面状况指数PCI的高低对车辆油耗、另部件磨损、行车速度等的影响;
(2)路面维修时对车辆油耗、行车速度、交通事故的影响;
(3)道路封闭施工对车辆绕行的影响。
4.7对降低道路使用者费用成本的保障
对于道路使用者费用成本的研究,已有许多研究成果,本课题不再展开叙述,但在进行平均车公里路面成本分析时,必须对降低道路使用者费用成本作出保障。
如:
PCI值在良级以上;中修以下养护作业不封闭交通;养护作业区做好交通安全管理等。
从而保障道路使用者费用成本处于较低的水平,否则,单纯强调道路管理者的建设、养护成本最低是没有意义的。
4.8预防性养护的目标
有了以上概念的提出,结合我省提出的预防性养护概念,我们可以进一步给出预防性养护的目标。
具体如下:
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;
道路管理者全寿命周期内路面年平均成本“B”(万元/年公里)最低;
道路管理者平均车公里路面成本“b”(元/辆公里)最低;
路面全寿命周期内年平均养护费用“s”最低。
s=Y/T
s=[T(R+X)+nZ]/T
s=R+X+nZ/T
在求解以上公式时,要满足如下两个条件:
(1)路面全寿命周期“T”尽可能延长(最低要达到其设计年限);
(2)路面在使用周期内尽可能保持较高的路况质量(PCI>70)。
有了以上目标的量化,为下一步预防性养护提供了具体操作的依据。
5、预防性养护决策机制与方法
本章通过对调研资料的分析,得出了国内代表性地区预防性养护相关的决策机制和方法,通过对比分析,明确目前机制与方法中的不足,提出相应的改进建议。
5.1基本标准
方法一:
目前我国还没有统一的预防性养护的基本标准、决策依据。
针对沥青路面,将保持路面PQI指数处于良好;保持路面PCI指数处于中以上;保持路面RQI指数处于良好以上;保持路面SFC或BPN指数处于中以上;保持路面SSI指数处于良好以上作为预防性养护的目标。
针对水泥混凝土路面,将保持路面PCI指数处于中以上;保持路面DBL指数处于良好以上;保持路面RQI指数处于良好以上;保持路面抗滑能力处于中以上作为预防性养护的目标。
采用路面及桥梁管理系统的路段信息并结合日常及年度养护检查结果制定预防性养护路段方案。
对于高速公路,针对沥青路面的预防性养护目标中,选择将四种指数(PCI、RQI、SFC或BPN、SSI)都保持处于良好作为预防性养护的基本目标;针对水泥路面的预防性养护目标中,选择将四种指数(PCI、RQI、SFC或BPN、SSI)都保持处于良好作为预防性养护的基本目标。
方法二:
通过进一步的研究,按照第四章中的指标进行量化和测算,提出更加合理与先进的决策方法和依据。
5.2信息来源
信息来源方面,公路及桥梁管理系统报告作为制订预防性养护方案的信息来源,并结合日常养护检查制订最后方案。
在预防性路段信息获取方面,较多单位还是将路面及桥梁管理系统的分析报告作为主要信息来源,并补充日常养护与检查的结果得出,部分单位还没有充分利用管理系统的分析报告。
图4.1我国沥青路面预养护对策选择流程图
5.3决策基本过程
我国目前代表性地区沥青路面预防性养护政策决策流程一般过程如图4.1所示,相应水泥路面的决策过程基本相同。
5.4效果检验方法
对预防性养护效果的检验与评价主要依据日常指标检测,在预防性养护实施前后,都要进行日常的路面使用性能指标检测与评定,通过实施预防性养护前后的指标对比与变化趋势,并通过与非预防性养护路段的对比,评价预防性养护的效果。
在实施前,选取需要进行预防性养护的路段进行各项路用指标检测,并对其行车舒适性、使用耐久性等各项性能进行综合评定,发现其不足之处。
对该路段实施预防性养护作业并经过一段使用后,再次对其各项指标进行检测,观察指标的增长情况以及各项路用性能的恢复情况,并与未实施预防性养护措施的同等病害路段进行横向比较,观测各项指标差距,以检验预防性养护的效果。
5.5预防性养护决策机制与方法总结
目前,全国各地区在预防性养护实践过程中,因完整的体系与过程未真正实现,还存在不少问题,也体现在决策机制与方法中:
(1)全国各区域预防性养护基本上没有明确的养护目标,或沿用养护规范的PCI、PQI标准;
(2)预防性养护的决策基本信息都来源于每年的常规公路检测项目,大部分区域没有专门针对预防性养护决策、效果评价的专门分析过程;
(3)大部分区域在决定实施的预防性养护具体措施时,依据的是本地已有的预防性养护技术,可能存在措施选用不完全合理的情况;
(4)大部分地区预防性养护措施的最终决策受限于资金,并在决策过程中与一般养护方式相同,并且与非预防性养护混合在一起,可能造成预防性养护实施规模的限制和不连续性;
(5)在预防性养护决策中,很难体现区域内路网级别(路网中哪个路段)、路段级别(路段选择什么预防性养护措施)两个层次的预防性养护决策模式;
(6)预防性养护监管、效果检验过程中得出的经验或教训大多缺乏统一的反馈与总结模式。
6、预防性养护关键技术
因篇幅限制,这里只介绍根据国内多个省市汇总,并参考国外资料确定的预防性养护技术种类、使用条件及使用年限等情况。
6.1沥青路面预防性养护技术
表5.1沥青路面预防性养护技术适用性
序号
技术种类
适用条件
预处理
使用年限
1
灌缝、封缝
原路面基层和横断面良好,柔性基层沥青路面建成后2-4年,复合路面(下卧层为水泥混凝土层),表面病害可能包括:
直的纵、横向原始裂缝,伴随裂缝处的轻微扩展裂缝和松散,状态良好的补丁或没有修补
无
1-2
2
雾封层
原路面基层和横断面良好,轻度纵、横向裂缝,轻度松散
填缝
2-3
3
碎石封层
原路面基层和横断面良好,表面可见病害为轻微松散,中度纵、横向裂缝伴随缝处轻度松散,轻到中度磨光,少量状态良好的修补
无论单层、双层封层,需对裂缝先进行填缝处理
2-3
4
稀浆封层
原路面基层良好,横断面均匀。
表面病害包括:
轻到中度车辙、表面不规则,轻到中度的松散
包括:
填缝、唧泥处处治、大的坑槽部位的修补等
2-4
5
微表处
原路面基层良好,横断面均匀。
表面病害包括:
中度纵、横向裂缝,车辙、少量表面不规则、抗滑能力低、轻到中度的松散
包括:
填缝、唧泥处处治、大的坑槽部位的修补等
2-4
6
(超)薄层罩面
原路面断面整齐,基层尚好仅有少量轻微病害,表面病害包括:
中度松散,中度纵、横向裂缝,中度疲劳开裂或中度块裂
包括:
清理和填缝,修补轻度基层病害,填补路面表面空洞,清除粘结差或泛油的修补位置
3-5
7
就地热再生
下层状况较好,但上层严重松散、纵、横向裂缝结合轻度松散,少量块裂,中度以下车辙等
无
3-5
注:
表中所列使用年限是在交通量相对较大路段上,根据国外经验取值。
6.2水泥混凝土路面预防性养护技术
表5.2水泥混凝土路面预防性养护技术适用性
序号
技术种类
适用条件
预处理
使用年限
1
接缝重灌缝
病害发展相对缓慢的路面优先考虑,如独立应用,只针对轻度纵、横向裂缝,且无其它病害
无
1-2
2
缝隙填封
病害发展相对缓慢的路面
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