水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)分析論文

導(dǎo)語：水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)分析論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：本文系統(tǒng)地闡述了決策與優(yōu)化的一般原理和方法，并參照現(xiàn)行規(guī)范制定養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)該子系統(tǒng)。并經(jīng)過實(shí)際試用，證明效果良好。

關(guān)鍵詞：水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)決策優(yōu)化

1前言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，近年來高等級(jí)公路開始在我省大量修建。高等級(jí)公路選用瀝青砼路面還是水泥砼路面，一直是困擾設(shè)計(jì)者和決策者的一個(gè)問題。對(duì)于高等級(jí)公路選用何種類型的路面存在著許多不容忽視的因素，水泥砼路面雖然具有剛度大、擴(kuò)散荷載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、抗疲勞特性好、使用年限長、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少、施工取材方便等優(yōu)點(diǎn)，但是水泥砼這種水硬性材料對(duì)設(shè)計(jì)強(qiáng)度不足、超載很敏感，或者由于施工方面的原因而達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求，一旦出現(xiàn)上述情況，破壞就會(huì)迅速發(fā)展，難以維護(hù)。并且破壞后修復(fù)困難，費(fèi)用也高。同時(shí)由于水泥砼路面接縫、施工等方面的原因造成的不平整度問題對(duì)高等級(jí)公路來說就顯得更加突出。瀝青砼路面具有可以分期修建、平整度易于得到保證、行車舒適、易于修復(fù)、噪音小等優(yōu)點(diǎn)，目前在高等級(jí)公路上得到廣泛應(yīng)用。但瀝青砼路面的抗災(zāi)性、對(duì)水和溫度的敏感性等方面明顯弱于水泥砼路面，又由于瀝青與各種集料的結(jié)合性能不同，在水文、氣候條件差及缺乏堿性集料的地區(qū)，很容易造成瀝青的剝落、分離，從而加速路面破壞。

路面鋪筑技術(shù)、施工裝備和人員素質(zhì)直接影響著路面的質(zhì)量。總體來說，瀝青砼路面的鋪筑設(shè)備、技術(shù)水平較水泥砼路面要先進(jìn)。我省目前在高等級(jí)公路水泥砼施工方面所采用的拌和設(shè)備和攤鋪設(shè)備還屬于小型施工機(jī)具范疇，并沒有形成象瀝青砼路面那樣從拌和到攤鋪全過程的機(jī)械化施工設(shè)備系列。

綜上所述，瀝青砼路面和水泥砼路面各有其優(yōu)缺點(diǎn)，高等級(jí)公路采用何種類型路面不是一個(gè)能簡單回答的問題，有必要對(duì)兩種路面的施工水平、使用現(xiàn)狀、破壞現(xiàn)狀、養(yǎng)護(hù)狀況、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用進(jìn)行全面調(diào)查，綜合考慮當(dāng)?shù)貧夂驐l件、土基狀況、交通量大小、施工技術(shù)水平等因素，對(duì)兩種路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、社會(huì)影響等方面的綜合比較，通過對(duì)現(xiàn)狀的客觀分析，以可靠的數(shù)據(jù)與科學(xué)的分析方法說明高等級(jí)公路在目前條件下應(yīng)采用何種類型的路面。

2兩類路面現(xiàn)狀調(diào)查

路面長期的使用性能及建養(yǎng)投資是高等級(jí)公路路面選型的決定因素。路面現(xiàn)狀調(diào)查主要包括瀝青砼路面、水泥砼路面兩種類型路面的破壞、路面平整度、強(qiáng)度、施工技術(shù)、施工工藝以及工程投資和養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用等幾個(gè)方面。

(1)路面破損調(diào)查采用目測(cè)調(diào)查法，以1000～2000m為一個(gè)調(diào)查段落。主要內(nèi)容為瀝青砼路面的裂縫、車轍、坑槽、沉陷擁包等，水泥路面的斷裂、唧泥、錯(cuò)臺(tái)、和接縫破壞等。

(2)路面彎沉調(diào)查以貝克曼梁為主要調(diào)查工具，少數(shù)路段采用落錘式彎沉儀FWD測(cè)試。

(3)路面平整度調(diào)查采用顛簸累積(BI)儀進(jìn)行調(diào)查，每100m為一個(gè)統(tǒng)計(jì)路段。

(4)路面類型對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性主要調(diào)查受水侵害嚴(yán)重的低路堤路段對(duì)兩類路面的適應(yīng)性。

(5)路面建設(shè)費(fèi)用、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用及路況的歷史資料，主要通過查閱有關(guān)文檔資料獲得。

(6)調(diào)查路段的確定，主要考慮公路等級(jí)、路面類型、所屬地區(qū)、使用年限上具有的代表性，選擇了全省有代表性的高等級(jí)公路路面段共7條21段約266km，范圍涉及全省11個(gè)地市。

3兩類路面綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較

3.1路面結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

路面設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)是路面設(shè)計(jì)的一項(xiàng)必不可少的內(nèi)容，也是進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)比選的重要依據(jù)。路面結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)主要考慮的因素有路面結(jié)構(gòu)的壽命周期總費(fèi)用現(xiàn)值、建筑及養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，還要考慮采用的方案對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的影響，如使用當(dāng)?shù)夭牧稀趧?dòng)力資源的利用等。

壽命周期總費(fèi)用現(xiàn)值法，就是把各方案在不同時(shí)間投入的費(fèi)用支出，按國家規(guī)定的社會(huì)折現(xiàn)率，折算為現(xiàn)值進(jìn)行比較，現(xiàn)值小的經(jīng)濟(jì)上占優(yōu)。在分析期n年內(nèi)，路面結(jié)構(gòu)的壽命周期總費(fèi)用現(xiàn)值公式為：

根據(jù)調(diào)查的材料單價(jià)、路面養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，對(duì)兩類路面的初期投資及費(fèi)用現(xiàn)值進(jìn)行了計(jì)算，可以得到：兩類路面的初期投資已非常接近，水泥砼路面的初期投資僅比瀝青砼路面高4%～10%，而水泥砼路面的費(fèi)用現(xiàn)值要比瀝青砼路面費(fèi)用現(xiàn)值低2%～10%。由此可見，僅從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，水泥砼路面和瀝青砼路面具有相同的競爭力。

3.2兩類路面的技術(shù)適應(yīng)性

水泥砼路面的最顯著特點(diǎn)是它具有很大的剛度以及良好的抗疲勞特性。由于砼板的彈性模量比基層材料高的多，因而水泥砼路面的承載力大部分是從板本身得到的，而瀝青砼路面面層與基層的模量相差不大，由荷載產(chǎn)生的應(yīng)力有很大一部分要依靠路面基層來承擔(dān)。對(duì)于土基，水泥砼路面對(duì)土基條件不太敏感，而瀝青砼路面的整體強(qiáng)度很大程度上取決于土基強(qiáng)度。

對(duì)于路面所使用的集料，水泥砼路面是有水泥這種水硬性結(jié)合料膠結(jié)而成，它可以容納各種類型的集料和砂，只要這些材料滿足一定的標(biāo)準(zhǔn)(如級(jí)配、砂率、潔凈等)。而瀝青砼路面對(duì)集料的要求較高，除應(yīng)滿足規(guī)范規(guī)定的強(qiáng)度、耐磨耗(磨耗率、壓碎值)及粗糙度(磨光值)指標(biāo)要求，還應(yīng)考慮瀝青與石料的粘結(jié)力。

氣候條件對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響主要表現(xiàn)為當(dāng)?shù)貧鉁亍⒔邓约暗叵滤粚?duì)路面的影響。水泥砼路面對(duì)溫度的敏感性較小，在炎熱的夏季，水泥砼路面不會(huì)出現(xiàn)象瀝青砼路面因溫度而產(chǎn)生的車轍、推移、泛油等病害。水對(duì)任何一種路面均會(huì)產(chǎn)生破壞，水不僅對(duì)路面結(jié)構(gòu)本身有影響，它對(duì)土基的影響尤甚，由于路基和基層受水侵害而造成路面破壞的例子很多。瀝青砼路面的水穩(wěn)性相對(duì)較差。從分期修建方面來看，瀝青砼路面具有可以分期修建的優(yōu)點(diǎn)，以適應(yīng)交通量增長的需求，同時(shí)又可恢復(fù)瀝青面層的使用性能和減緩老化。一般而言，水泥砼路面是不適宜分期修建的。

3.3兩類路面能耗比較

國內(nèi)外的大多數(shù)有關(guān)文獻(xiàn)認(rèn)為鋪筑路面的能耗由原材料的生產(chǎn)、運(yùn)輸、混合料加工和攤鋪能耗組成，從大的方面來說，路面能耗應(yīng)包括初期修建能耗、大修罩面能耗、日常養(yǎng)護(hù)能耗以及汽車行駛能耗。根據(jù)計(jì)算，當(dāng)不計(jì)瀝青本身能量時(shí)，水泥砼路面的能耗比瀝青砼路面的能耗高25%左右，當(dāng)計(jì)入瀝青本身能量時(shí)，瀝青砼路面的能耗則比水泥砼路面高20%左右。

我們不主張計(jì)入瀝青本身的能量，瀝青是從原油中提煉出來的，能作為能量的很多分包含成在瀝青中，但瀝青在傳統(tǒng)上是作為土建材料使用的，瀝青具有能量，但如果燃燒完了，它的價(jià)值也就消失了，作為土建材料的價(jià)值也就沒有了。這樣看來，修建瀝青砼路面的能耗要比水泥砼路面少，對(duì)節(jié)約能源有利。

3.4兩類路面使用性能比較

路面的平整度對(duì)路面的使用性能影響最大。路面平整度一直作為路面使用性能很重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，尤其是高等級(jí)公路，由于行車速度快，為了保證路面具有良好的舒適性，延長路面的使用壽命，平整度要求則更高。一般而言，瀝青砼路面的平整度易于得到保證，而且路面損壞后也容易恢復(fù)，但水泥砼路面的平整度較難保證，即使是新修建的水泥砼路面，其平整度合格率只能達(dá)到85%。與行車安全有關(guān)的指標(biāo)主要是路面的抗滑能力。瀝青砼路面主要采取的措施有加鋪耐磨的開級(jí)配封層、磨耗層等來提高路面的抗滑能力；而水泥砼路面的防滑主要通過刻槽的方法獲得。

3.5兩類路面的環(huán)境評(píng)價(jià)

公路交通引起的噪聲過大會(huì)危害身體健康，影響人的生理與心理狀況，路面噪音對(duì)沿線居民已構(gòu)成一種不斷發(fā)展的公害。有關(guān)研究認(rèn)為：光滑的瀝青砼路面噪音最小，橫槽水泥砼路面產(chǎn)生的噪音最大。從降低噪音的角度出發(fā)，應(yīng)選用瀝青砼路面。

4高等級(jí)公路路面類型選用策略

影響高等級(jí)公路路面類型選用的因素很多，路面類型的選擇，并不是由單一或幾個(gè)因素決定的，而應(yīng)綜合考慮使用要求、交通量大小及組成、當(dāng)?shù)貧夂颉⒙坊С袟l件、材料供應(yīng)、施工及養(yǎng)護(hù)水平、資金籌措、節(jié)約能源、環(huán)境保護(hù)等因素。在上述各因素中，有些因素是可以進(jìn)行定量分析，而有些因素只能進(jìn)行定性評(píng)價(jià)。對(duì)路面選型這樣一個(gè)既含有定量因素，又包含定性因素的評(píng)價(jià)問題，運(yùn)用傳統(tǒng)數(shù)學(xué)方法建立起同標(biāo)準(zhǔn)的、切實(shí)可行的綜合評(píng)價(jià)模型，使定性評(píng)價(jià)數(shù)量化是比較困難的。然而，利用模糊數(shù)學(xué)中的多層次綜合評(píng)判原理，就能建立起相對(duì)科學(xué)、切實(shí)可行的路面類型選擇的綜合評(píng)判數(shù)學(xué)模型。

4.1數(shù)學(xué)模型的建立

根據(jù)多層次綜合評(píng)判原理，可以對(duì)m個(gè)評(píng)判對(duì)象進(jìn)行評(píng)判，最后得出各個(gè)對(duì)象的綜合評(píng)判值向量：

然后根據(jù)最大隸屬度原則，給出模糊綜合評(píng)判結(jié)果。

為了更進(jìn)一步評(píng)價(jià)方案的優(yōu)劣，我們對(duì)各個(gè)評(píng)語的得分進(jìn)行加權(quán)平均，得到總分進(jìn)行比較。設(shè)對(duì)每個(gè)評(píng)語Vj打分為Cj，則綜合評(píng)判的總得分為：

這樣，可以根據(jù)S的大小來進(jìn)行最后的比較。

4.2影響路面選型因素的層次分析

要進(jìn)行模糊評(píng)判，首先要確定因素樹結(jié)構(gòu)，即要分清因素間的并列關(guān)系與從屬關(guān)系。影響路面選型的因素很多，通過分析彼此間的關(guān)系，確定路面選型因素層次。

4.3權(quán)重分配

由于影響路面選型的各因素的地位不等，權(quán)重分配便成了一個(gè)重要問題。權(quán)重分配的確定可以由決策者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用，也可以用統(tǒng)計(jì)或?qū)＜以u(píng)分法。本研究中采用了專家咨詢調(diào)查法確定各因素的權(quán)重。

4.4單因素評(píng)價(jià)

對(duì)于路面類型影響因素中難以用數(shù)量來定量表示的單因素評(píng)價(jià)，可通過專家評(píng)定的方法得到。在因素樹中還有一部分因素為數(shù)量指標(biāo)，它們均屬于“越小越優(yōu)”型。

4.5數(shù)據(jù)處理及分析

根據(jù)專家咨詢結(jié)果，對(duì)各因素的權(quán)值進(jìn)行了計(jì)算，從計(jì)算結(jié)果看：在第一層次的因素中，“行使質(zhì)量”的權(quán)值最大，說明人們對(duì)高等級(jí)公路行車快速和舒適的要求越來越高，其次為“技術(shù)可行性”、“經(jīng)濟(jì)合理性”。在第二層次的子因素中，“初期投資”、“施工技術(shù)水平”、“舒適性”、“施工人員素質(zhì)”等因素的權(quán)值相對(duì)較大。

根據(jù)數(shù)學(xué)模型，編制了計(jì)算機(jī)程序來進(jìn)行路面選型多層次模糊綜合評(píng)判的分析計(jì)算，從兩類路面的得分看，瀝青砼路面的優(yōu)勢(shì)較為明顯，瀝青砼路面的得分要比水泥砼路面的得分高出20%以上，說明在目前的條件下，高等級(jí)公路應(yīng)選用瀝青砼路面。

5主要研究結(jié)論

在對(duì)我省高等級(jí)公路瀝青砼路面和水泥砼路面全面調(diào)查和綜合分析的基礎(chǔ)上，通過對(duì)我省高等級(jí)公路瀝青砼路面和水泥砼路面綜合經(jīng)濟(jì)比較、技術(shù)比較、能耗比較，以及通過專家調(diào)查、數(shù)學(xué)模型的建立，繼而經(jīng)過模糊數(shù)學(xué)多層次綜合評(píng)判得到如下結(jié)論：

(1)在我省現(xiàn)有的施工技術(shù)水平下，高等級(jí)公路尤其是高速公路應(yīng)優(yōu)先選用瀝青砼路面。水泥砼路面若采用先進(jìn)施工設(shè)備，能確保路面質(zhì)量及車輛行駛質(zhì)量的前提下，在高等級(jí)公路中修建部分水泥砼路面也是可行的。

(2)在高等級(jí)公路路面選型中，行駛質(zhì)量已成優(yōu)先考慮的因素。瀝青砼路面在行駛質(zhì)量方面明顯優(yōu)于水泥砼路面，水泥砼路面在我省現(xiàn)有施工裝備、技術(shù)水平下，難以獲得較好的平整度。

(3)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，我省高等級(jí)公路兩類路面初期投資非常接近。一般情況下，水泥砼路面每m2造價(jià)僅比瀝青砼路面高5%～9%，瀝青砼路面若采用優(yōu)質(zhì)進(jìn)口瀝青，則其初期投資已超過水泥砼路面。(4)根據(jù)調(diào)查歸納，瀝青砼路面路況指數(shù)要比水泥砼路面高15%左右。

(5)水泥砼路面的水穩(wěn)定性明顯優(yōu)于瀝青砼路面，因此受水侵害嚴(yán)重的低路堤路段應(yīng)優(yōu)先選用水泥砼路面。

(6)從節(jié)約能源的角度，應(yīng)優(yōu)先選用瀝青砼路面。