公路养护设计新理念

公路养护设计新理念

经过近20年的迅猛发展，我国公路基础设施建设取得了举世瞩目的成就，全国公路总里程已经超过370万公里，高速公路超过6万公里，四通八达的公路网络，已经成为我国经济和社会发展的重要保障。发达国家的公路发展历程充分证明，随着公路建设逐渐步出高峰期，之后必然会迎来大规模的公路养护时代，而且公路养护是长期、持续和无止境的。以我国高速公路发展为例（如图1所示），

1988年开始修

（二）工程化验证及示范

公路养护设计新技术的工程化验证及示范有以下几种途径和方式：

★ 交通运输部“和谐畅通路”创建活动试点工作（山东、河北、浙江、江苏、北京）；

★ 培育和申报国家级公路养护工程研究中心，建设包括公路养护设计技术在内的大型研发验证平台和产业化示范基地；

★ 在实体养护工程中应用（河北石太高速、山西大新高速、深高速等）。

结语

交通运输部公路科学研究院公路养护管理研究中心对于公路养护设计新理念及新技术的研究虽然已经取得一些阶段性的成果，但仍需更准确地把握我国公路养护设计现状和需

求，更深入地了解国外先进的养护设计技术，更科学地构建路面大中修养护设计理论方法。实现既能完全满足现有的技术需求，又能提升公路养护设计的理论水平，引导我国公路养护设计技术的创新与发展。

建第一条高速公路，1998年为拉动内需加快发展步伐，2006年达到建设高峰，计划2020年完成建设任务（8.5万公里国高网），高速公路建设将经历近30年的发展周期。与此同时，高速公路养护从无到有，养护需求及养护规模迅速扩大，按照平均5~10年的大中修养护周期测算，到“十一五”末期，我国高速公路的养护速度将超过建设速度；到2020年，高速公路大中修养护的总体规模将达到8000公里/年，并长期维持在这一水平之上，初步形成一个巨大的公路养护市场。毋庸置疑，我国公路发展的重点正快速由大规模建设向大规模养护转型，公路养护正成为我国公路发展的新主题。为此，交通运输部提出了“建设是发展，养护管理也是发展，而且是可持续发展”的科学发展观，确立了公路养护是国家公路网安全、畅通的重要保障的战略地位。

技术需求及存在问题

巨大的养护需求给公路养护管理工作带来了前所未有的压力。与公路建设相比，我国公路养护是一个薄弱环节，技术能力和保障能力严重不足，成为制约公路养护发展的瓶颈。到目前为止，公路养护还远没有形成完整、有效的技术支撑体系，需要通过系统的科学研究和技术创新予以解决。

（一）公路养护技术需求

根据我国公路养护管理现状，在充分调研的基础上，确定如下四个方面为现阶段公路养护管理领域

亟需解决的重大技术问题：

★ 快速、准确、可靠的路网技术状况监测技术；

★ 科学的公路养护分析决策技术；

★ 先进的公路损坏原因诊断与养护设计技术；

★ 节能、环保型的公路养护材料及工艺。

上述四方面关键技术贯穿了公路养护管理的全过程。本文将结合我们正在开展的西部项目研究工作，重点针对公路养护设计技术进行阐述。

（二）养护设计实践中存在的问题

与发达国家相比，我国路面损坏速度普遍过快，路面大中修养护周期普遍过短，路面平均使用寿命仅为国外的35~ 50%。究其主要原因，在公路养护设计中存在以下几方面突出问题：

技术层面

（1）我国缺少独立的沥青路面大中修养护设计技术和规范，现行路面大中修养护设计是借用《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）的方法。

（2）在路面养护设计中，针对大修工程主要有以下三种常规做法：采用原结构修复；采用经验型典型结构；按照现行设计规范进行补强设计。针对中修工程，则主要依赖经验，

对于路面损坏机理缺乏深入全面的认识，对养护方案的选择缺乏针对性。

（3）在路面大修养护设计中，过于倚重力学设计方法，选择的力学指标（路面回弹弯沉）不够科学，考虑的主要受力方式相对于目前复杂的荷载状况而言可能过于简单。

（4）设计的养护方案中，路面结构形式单一（半刚性基层+沥青面层），对于结构层次的合理匹配、路面排水性能、路基状况、路面的综合使用性能（路面破损、平整度、车辙、抗滑等）缺乏全面考虑和定量研究。

（5）对路面大中修各种候选养护方案的经济性缺乏定量的考虑，没有引入科学的经济评价方法。

管理层面

（1）养护工程采用两阶段设计：方案设计（初步设计，立项阶段用于控制资金和规模）；施工图设计（详细设计，可用于工程实施）。在实际工作中，往往以施工图设计为主导，方案设计没有得到应有的重视，有的与检评业务结合，有的与施工图设计打包。

（2）设计单位采用的养护设计方法大同小异，无法突破现有规范的局限性，有的甚至无设计可言，仅仅是业主思想的简单实现。

鉴于上述状况，在公路养护设计实践中，亟需建立一整套从设计目标到设计方案，再到使用效果评估的“路面大中修养护设计和评价综合体系”。通过路面大中修养护设计成套技术的应用，延长路面大中修养护周期，减少频繁养护对公路运营的干扰，提升公路养护管理在公众心目中的形象。

养护设计新理念

科学的公路养护分析流程可以划分为路网级和项目级两个层次，每个层次包含的主要工作内容及相关辅助技术如图2所示。网级养护分析的主要目的是通过实施路网技术状况检测，确定整体养护需求和项目建议，并据此制定科学合理的养护计划和养护规划。而项目级养护分析则是针对拟实施养护工程的具体路段，通过详细检测和科学分析，诊断路面病害成因，确定养护性质和养护单元，通过路面使用性能及全寿命周期费用分析，提出具有针对性的养护设计方案（一组候选方案），并最终完成施工图设计。

养护设计新理念的提出主要是针对上述第二阶段（项目级）工作，其中包含以下两个核心要素：

（一）在养护设计中对路面使用性能进行全过程控制判别路面质量优劣的终极标准是路面的使用性能（路面损坏状况、路面平整度、路面车辙、路面抗滑性能、路面结构性能等），按照使用性能分析和设计路面结构及路面材料已经形成一种必然趋势。

（二）在养护设计中对养护方案的经济性进行科学评价

根据技术经济条件，借助科学的分析方法——寿命周期费用分析方法进行方案比选和经济分析。

综上所述，基于使用性能和全寿命周期费用分析的路面大中修养护设计方法，是从“结构、材料、荷载、环境、经济”几方面综合考虑，力求达到结构设计与材料设计的统一、力学性能与使用性能的统一，技术指标与经济指标的统一。以经济指标作为优化条件，通过寿命周期费用分析方法，来选择技术可行（既满足力学要求又能满足使用性能要求），同

时最经济合理的路面大中修养护方案（养护时机、养护措施）。

关键技术研究现状

关键技术

“沥青路面大中修养护设计技术研究”需要解决如下四项关键技术问题：

★ 路况连续检测与路面长期使用性能数据库研究

通过实施长期和规模化的路面使用性能检测（包括路面损坏、路面平整度和路面车辙等指标），建立基于GIS的路面长期性能数据库。检测路网规模不小于2.5万公里，检测里程不小于8万公里，观测时间3~5年。路面长期使用性能数据库是项目后续研究的基础。

★ 路面使用性能衰变规律研究

基于已经建立的路面长期使用性能数据库，总结分析各种路面使用性能指标的典型衰变模式，结合国内外已有研究成果，提出定量描述路面使用性能衰变规律的模型及参数，并结合不同地区路况数据进行标定。

★ 路面大中修养护周期规律跟踪研究

调查、跟踪现有技术条件下，各种路面结构在不同自然气候条件、交通量以及不同养护措施等因素影响下的路面大中修养护周期分布规律。依据调查数据，评价典型路面结构及养护工程措施对路面使用性能的影响，提出延长路面大中修养护周期的建议。

★ 路面大中修养护设计方法研究

引进全寿命周期费用分析的概念，构建包含路面损坏、路面平整度、路面车辙、路面抗滑和路面结构强度等多项指标在内的路面大中修养护设计方法和设计成套技术。

（一）研究进展及阶段成果

在路面长期使用性能数据库研究方面：

★ 在试点省市建立了路网长期性能数据检测、管理、维护和分析的先进技术手段和工作机制；

★ 建立了大型路面长期使用性能数据库（LTPP DataInfo）。

在路面使用性能衰变规律研究方面：

★ 开发了大规模时间序列数据分析工具；

★ 预测模型的模型结构，建模与标定方法；

★ 掌握了不同路面结构、不同交通量、不同阶段的路面性能衰变速率。

在路面大中修养护周期规律跟踪研究方面：

★ 已经完成了山东、浙江、河北、北京等省市的路面大中修养护周期调查工作，取得了近3000组调查数据；

★ 通过对10个省市近8万公里检测和历史数据的统计，初步掌握了沥青路面的大中修养护周期。

在路面大中修养护设计方法研究方面：

★ 提出了路面养护设计详细数据调查方法及指南，确定了路况指标量化方法、评价方法；

★ 研究了基于路面内部缺陷检测技术和专家系统（CMES）的路面损坏原因诊断技术；

★ 在“九五”国家课题的基础上研究了全寿命周期费用分析方法、参数取值与标定方法；

★ 构建了路面养护设计理论体系和软件平台核心模块（HMD）。

目前正在开展的工作包括：

★ 路面详细病害自动化检测和识别技术研发；

★ 路面使用性能预测技术、寿命周期费用分析技术与路面大中修养护设计方法的集成技术研究；

★ 养护设计软件平台模块的功能完善（HMD）。