高速公路半刚性基层沥青路面预防性养护体系研究

摘要

在我国已建成的高速公路中，大部分采用了半刚性基层沥青路面结构。然而一些高速公路建成通车后不久，路面早期破坏比较严重。对路面进行预防性养护已成为路面养护工作的重点。高速公路半刚性基层沥青路面预防性养护是一个系统工程，目前为止，国内尚缺乏相关的研究和实践。 本文根据我国高速公路沥青路面的特点展开路面预防性养护系统的研究，希望形成一套适合我国国情的高速公路预防性养护体系。 主要研究内容及结论如下： 第一章 阐述立题的依据和意义，分析国内外预防性养护研究的现状； 从路面结构层层间状态、路面抗裂、路面荷载特性、路面耐水性、路面养护特性等角度分析了我国高速公路半刚性基层沥青路面的特点； 在路面结构特性分析的基础上分别从广义角度、技术分析角度和养护措施实施的时间及规模等方面定义了我国高速公路沥青路面预防性养护的概念； 从系统工程角度将整个养护体系分为：养护执行环境部分和养护技术决策部分； 以在一定的路段、最佳的时间、采取一定的养护措施为决策核心构建了预防性养护的系统框架，最后明确了以后各章的主要研究内容。 第二章 进行路面预防性养护执行环境分析。首先分析了我国高速公路的管理模式，对养护管理的表现形式进行了阐述，为分析路面预防性养护在执行过程中存在的问题提供了宏观依据。 然后根据预防性养护的功能和目的归纳出预防性养护管理具有四个特点。在宏观讨论和具体特点分析的基础上，挖掘了路面预防性养护在执行过程中存在的一系列问题。 针对存在的一系列问题，从三个层面：认知层面、管理层面和技术层面构建预防性养护技术的执行环境。在此基础上，提出了完善执行环境硬件建设和软件建设的措施。 第三章 根据沥青路面预防性养护的特点，提出用裂缝、车辙和修补三种类型来表征高速公路沥青路面的破损。 基于预防性养护实施的功能、目的以及条件，建立了6个单项路面性能指标的评价体系：路面结构强度指数、路面行驶质量指数、路面行驶安全性、路面裂缝率、车辙深度和路面修补率。 在分析现行公路沥青路面养护技术规范路面综合性能评价方法的基础上，以路面结构强度指数作为控制指标，综合考虑其余5个单项指标对路面综合性能的影响，利用灰色聚类理论建立了基于三角白化权函数的路面使用性能综合聚类评价模型。 第四章系统回顾了各种路面性能预测模型的优缺点，通过对路面性能标准衰变方程中两个模型参数寿命因子和形状因子的分析，认为两参数应该是在外部因素的作用下，随路龄动态变化的。 确定形状因子参数为主要动态参数，以最小二乘法为理论基础采用参数自适应跟踪方法，通过样本的变化来不断调整动态参数； 对于寿命因子参数，根据道路交通量实际增长规律，视其为交通轴载的函数进行修正；最后建立了路面使用性能双参数修正预测模型。 第五章 根据高速公路沥青路面预防性养护技术的特点，把现有预防性养护养护措施归结为4大类：裂缝填封、局部缺陷修补、表面封层和薄层罩面。 并分别从养护材料、施工工艺、处置对象等方面进行了详细分析。在此基础上通过适用性分析总结形成了沥青路面预防性养护技术对策集合，用来指导养护决策。 最后结合建立的路面评价体系构建路面预防性养护决策框架，解决预防性养护体系中路段的选定和预防性养护措施的选择问题。 第六章 在费用效益分析方法的基础上，提出了针对一种预防性养护措施确定其最佳养护时机的方法。 该方法通过综合效益和费用分析，在一定分析期内形成了四个决策指标：综合效益值、等额年费用值、效益指数和路面服务寿命变化量。 综合效益值反映了路面的服务能力；等额年费用值从养护费用的角度出发反映了资金的消耗；效益指数从效益费用比的角度出发定义了单位费用所能产生的路面综合服务能力；路面服务寿命变化量反映了路面服务时间的长短。 根据四个决策指标制定不同的决策原则以满足决策者的需求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1立题依据和意义

1.2国内外研究状况分析

1.2.1国外预防性养护研究与应用

1.2.2国内预防性养护研究现状

1.3高速公路半刚性基层沥青路面结构特性

1.3.1路面结构层层间状态特性

1.3.2路面抗裂特性

1.3.3路面耐水特性

1.3.4路面荷载特性

1.3.5路面养护特性

1.3.6路面结构特性分析

1.4预防性养护概念及其体系框架

1.4.1预防性养护概念

1.4.2预防性养护体系框架

1.5主要研究内容

1.6本章小结

第二章路面预防性养护执行环境分析

2.1我国高速公路管理体制

2.2养护管理的表现形式

2.3预防性养护管理的特点

2.4 预防性养护实施中存在的问题

2.5构建预防性养护技术执行环境

2.5.1执行环境的硬件建设

2.5.2执行环境的软件建设

2.6本章小结

第三章路面预防性养护评价体系研究

3.1现行沥青路面养护规范评价体系分析

3.2基于预防性养护路面破损分类

3.3路面使用性能单项指标评价

3.3.1路面结构强度评价

3.3.2路面行驶质量评价

3.3.3路面抗滑性能评价

3.3.4路面裂缝评价

3.3.5路面车辙评价

3.3.6路面修补评价

3.4路面综合评价

3.4.1三角白化权函数灰色评估

3.4.2基于三角白化权函数的路面使用性能聚类评估

3.4.3算例分析

3.5本章小结

第四章路面使用性能双参数修正预测模型

4.1路面性能预测模型回顾

4.1.1力学预测模型

4.1.2力学经验预测模型

4.1.3经验回归预测模型

4.1.4概率型预测模型

4.1.5智能型预测模型

4.2现有预测模型的局限性

4.3路面性能标准衰变方程分析

4.3.1模型参数含义

4.3.2模型参数分析

4.4双参数修正建模

4.4.1寿命因子修正

4.4.2形状因子修正

4.4.3建立预测模型

4.4.4算例分析

4.5本章小结

第五章路面预防性养护措施应用决策研究

5.1路面预防养护技术分类

5.1.1路面裂缝填封

5.1.2路面局部缺陷修补

5.1.3表面封层技术

5.1.4薄层罩面技术

5.2预防性养护措施适用性分析

5.3路面预防性养护决策框架

5.4决策分析

5.5本章小结

第六章路面预防性养护最佳养护时机研究

6.1最佳养护时机决策方法分析

6.2基于路面性能指标的养护效益分析

6.2.1性能指标随路龄递减

6.2.2性能指标随路龄递增

6.3基于分项性能指标的综合效益评价

6.3.1确定分析期

6.3.2分项指标权重分析

6.4费用分析

6.5养护时机的决策指标

6.6养护时机决策步骤分析

6.7算例分析

6.7.1算例1

6.7.2算例2

6.8本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致 谢