1、.路面維護管理系統的可行性報告（一）立項依據1國外路面管理系統的發展狀況路面管理技術的研究始于20 世紀70 年代初期的北美，美國在經歷了大規模的公路建設后，面臨著大量的路面管理、養護上作。為了準確地評價公路網的破損狀況，把有限的養護資金分配到最需要養護的路段上，道路研究人員開發了路面破損數據檢測設備，建立了數據庫，制定了評價方法、標準和優先養護模型。這種以計算機為工具的路面管理技術就稱為路面管理系統。比較有代表性的有：1978 年建成并付諸實施的美國加利福尼亞州路面管理系統，該系統主要用于對該州的剛性路面和柔性路面進行路況監測，提供路面損壞信息和確定路面養護及改建對策等。此種排序方法對于網級

2、系統來說考慮過于簡單，未能考慮項目之間的影響。總的來說，該系統功能還不夠完善。加拿大阿爾伯達省的路面信息和需求系統包括r 省公路系統和各城市系統，是比較綜合、完善的系統。其開發采用分階段建立和實施的方法，如路面信息和需求系統（PINS , 1983 年）、改建信息和優序系統（RIPPS , 1984 年）及城市路面管理系統（MPMS , 1987 年）。城市路面管理系統（MPMS ）功能更加完善，包括數據庫管理、養護計劃、路網改建計劃、項目級設計和分析共4 個子系統，該系統較大的特點是其提出效果的概念，并將其作為優化排序的主要指標，把路面使用性能的改善當作使用者獲得收益進行考慮。 回首我國公路

3、管理的發展,路面管理系統研究追溯至1984年，1985年首先在遼寧營口地區施行英國的瀝青路面養護管理系統，標志著我國的路面養護管理系統的研究和應用的開始。1987年湖南省開發了適合本地區的路面養護系統，自此之后，廣東、北京、杭州、河南、陜西、江西等地區也開發了適合本地區的路面養護系統。1988年，交通部在云南引進了世界銀行的HDM-III公路養護標準模型，開始了我國在公路養護領域經濟分析研究的先例，研究成果為CPMS（Chinese Pavement Management System）提供了方法和經驗。在“七五”國家重點攻關期間，交通部建立了我國自己的路面管理系

4、統CPMS（Vnl.O）。“八五”期間，國家在個省市推廣使用CPMS系統.近年來，因大量高速公路投入運營，各級養護管理部門對養護管理系統的迫切需求，我國對高速公路養護管理系統的研究發展很快。目前我省還沒有一個集靜態管理與動態管理、輔助決策于一體，適用于公路施工管理部門，包括路況信息，養護規劃2.項目研究的目的、意義路面維護管理系統是一個復雜的龐大的設備資源群體，因此如何管理好用好這些設備資源，發揮其應有的性能效益，將路面維護管理變被動為主動，防患于未然，已成為擺在我們面前的重要課題。路面管理系統則是以路面管理為目的，運用計算機和現代管理科學等先進技術來實現管理的目標。其中，道路工程學是道路管理

5、系統的基礎。但整個系統則是道路工程學、管理科學、計算機科學三者有機的結合。它綜合考慮了技術，經濟，政治，環境等多方面的因素，使得整個管理過程系統化，科學化和現代化，為管理部門的決策人員提供了分析的方法和工具，并為管理部門提供了可靠的依據，積累了管理經驗。系統的核心在于研究如何在有限的資源（資金，勞動力，材料，能源等）下以最低的消耗，提供并維持路面在預定使用期內具有足夠的服務水平，也即在預定的標準和約束條件下，選用費用效果最佳的方案。我省路面管理系統SMNP 模型的建立, 是采用以分項指標為主進行路況評價和預測。包括6 路面破損評價路面行駛質量評價、路面強度評價、路面安全性能評價、路況預測模型、

6、大中修投資效益預估、項目級決策管理、網級決策管理。 的路面評價數據庫和應用軟件具有多庫、全屏、動態和自動編輯功能, 編輯查詢十分方便, 并設計有路況覽圖和各種統計圖形, 清晰直觀各種模型參數的調整可根據各地實際情況進行交互式修改, 無需修改軟件源程序。以此運行提出的養護處治方案可使有限資金得到充分合理利用。3.本項目研究達到的科技水平本項目以動態設備檔案及技術狀態管理為核心，以計算機信息網絡與數據庫為基礎，以省，市，縣，各公路管理部門，信息處理與共享為目的，采用人工錄入路況及設備及基本數據與動態提取，生成基本信息相結合的方法，實現對管理活動中的道路狀況，設備調配，物資，人員等信息的收集，提取加

7、工，輸出，進行趨勢預測，從而形成支持組織決策的集成化管理信息系統。（二）研究內容和目標1）瀝青路面各種病害的成因比較復雜，由于環境、地點、氣候條件的不同，病害的情況不一。現將瀝青路面的幾種主要病害與防治方法介紹如下：1泛油它大多是由于混合料中瀝青用量偏多，瀝青稠度太低等原因引起，但有時也可能由于低溫季節施工，表面嵌縫料散失過多，待氣溫變暖之后，在行車作用下礦料下擠，瀝青上泛，表面形成油層而引起泛油。瀝青表面處治和瀝青貫入式路面最易產生此類病害。可以根據泛油的輕重程度，采取鋪撒較粗粒徑的礦料予以處治。2波浪它是路面上形成有規則的低洼和凸起變形。波浪的產生，主要是由于瀝青灑布不均形成油壟，瀝青多處

8、礦料厚、瀝青少處礦料薄，再經過行車不斷撞擊而造成高低不平。交叉口、停車站、陡坡路段行車水平力作用較大的地方，最易產生波浪變形。波浪變形處治較為困難，輕微的波浪可在熱季強行壓平的方法處治，嚴重的波浪則需用熱拌瀝青混合料填平。3擁抱在行車水平力作用下，瀝青面層材料的抗剪強度不足則易產生推擠擁包。這類病害大多是由于所用的瀝青稠度偏低，用量偏多，或因混合料中礦料級配不好，細料偏多而產生。此外，面層較薄，以及面層與基層的粘結較差，也易產生推擠、擁包。這種病害一般只能采取鏟平的辦法來處治。4滑溜瀝青路面滑溜主要是由于行車作用造成，礦料磨光，瀝青面層中多余的瀝青在行車荷載重復作用下泛油，也易形成表面滑溜。這

9、類病害通常多采用鋪防滑封面來處治。5裂縫瀝青路面裂縫的形式有縱向裂縫、橫向裂縫、龜裂與網裂幾種。瀝青路面沿路線縱向產生開裂的原因，一種是因填土未壓實，路基產生不均勻沉陷或凍脹作用所造成；另一種是瀝青混合料攤鋪時間過長，或接縫處理不當，接縫處壓實未達到要求，在行車作用下形成縱向裂縫。冬季氣溫下降，瀝青路面或基層收縮而形成的裂縫，一般為與道路中線垂直的橫縫。土基干縮或凍縮產生的裂縫，亦以橫縫居多。路面整體強度不足，瀝青面層老化，往往形成閉合圖形的龜裂、網裂。對較小的縱縫和橫縫，一般用灌入熱瀝青材料加以封閉處理。對較大的裂縫，則用填塞瀝青石屑混合料方法處理。對于大面積的龜裂、網裂，通常采用加鋪封層或

10、瀝青表面處治。網裂、龜裂嚴重的路段，則應進行補強或徹底翻修。6坑槽瀝青路面產生坑槽的原因是面層的網裂、龜裂未及時養護而逐漸形成坑槽。基層局部強度不足，在行車作用下也易產生坑槽。坑槽處治的方法是將坑槽范圍挖成矩形，槽壁應垂直，在四周涂刷熱瀝青后，從基層到面層用與原結構相同的材料填補，并予夯實。7松散松散大多發生在瀝青路面的初期。松散的原因是采用的瀝青稠度偏低，粘結力差，用量偏少；或所用的礦料過濕、鋪撒不勻；或所有嵌縫料不合規格而未能被瀝青粘牢。基層濕軟，則應清除松散的瀝青面層后，重新壓實，待基層干燥后再鋪面層。8啃邊在行車作用和自然因素影響下，瀝青路面邊緣不斷缺損，參差不齊，路面寬度減小，這種現

11、象稱為啃邊。產生的原因是路面過窄，行車壓到路面邊緣而造成缺損，邊緣強度不足，路肩太高或太低，雨水沖刷路面邊緣都會造成啃邊。對啃邊病害的處治方法是設置路緣石、加寬路面、加固路肩。有條件時設法加寬路面基層到面層寬度外2030cm。2）水泥混凝土路面的病害水泥混凝土路面的使用性能在行車和自然因素的不斷作用下逐漸變壞，以至出現各種類型的損壞現象，大體分為接縫破壞和混凝土面板損壞兩個方面，損壞性質也可分為功能損壞與結構性損壞兩個范疇。1接縫的破壞，包括 1）擠碎2）拱起 3）錯臺4）唧泥此外，縱縫兩側的橫縫前后搓開、縱縫縫隙拉寬、填縫料喪失和脫落等也都屬于接縫的破壞。2混凝土板本身的破壞混凝土板的破壞主

12、要是斷裂和裂縫。面板由于所受內應力超過了混凝土的強度而出現橫向或縱向以及板角的斷裂和裂縫，其原因是多方面的：板太薄或輪載太重；行車荷載的渠化作用（荷載次數超過允許值）；板的平面尺寸太大，使溫度翹曲應力過大；地基過量塑性變形使板底脫空失去支承；養生期間收縮應力過大；由于材料或施工質量不良，混凝土未能達到設計要求等等。斷裂和裂縫破壞了板的結構整體性，使板喪失應有的承載能力。因而，斷裂和裂縫可視為混凝土面層結構破壞的臨界狀態。1填縫料的填補 填縫料常因高溫被擠出而失落，日久老化而失去彈性，因此，一般在冬季縫隙增寬時增補或更新填縫料，使縫隙填料保持飽滿不滲水，避免屑雜物等不可壓縮的材料混入。2裂縫的修

13、補對較小裂縫，應及時將裂縫內的塵土清除干凈，再灌填瀝青砂或瀝青瑪蒂脂封縫；或用環氧樹脂膠結。對嚴重的裂縫，宜先將松動部分鑿掉并清除干凈后，在干燥情況下，用液體瀝青涂刷縫壁，再填入瀝青砂搗實、燙平，并以細砂覆蓋。裂縫的修補工作宜在秋末冬初縫隙較寬時進行。3麻孔、剝落、局部磨損和坑洞的修補先將塵土碎屑清除干凈，再用12水泥砂漿（水灰比0. 40.5）或硫磺水泥填補。硫磺水泥強度高，能與多種材料粘結快硬，不需養生，并有耐酸抗滲作用。有時也可用摻有50%濃度聚乙酸乙烯乳液的水泥砂漿進行修補。或先涂敷環氧樹脂或水泥漿，然后用摻有早強劑的混凝土填補。4大面積磨耗的處理當磨損、剝落面積較大時，可用堅硬石料進

14、行雙層瀝青表面處治。粘層油應用較稠的瀝青，用量應稍多，以免剝落。對已磨光的路面，國外常鋪上防滑瀝青砂封層，或者用割槽機將路面割成小橫槽，以恢復抗滑力。5斷裂的修理根據斷裂位置把混凝土板鑿成深約0.050.07m的長方形槽，刷洗干凈后，用水泥砂漿涂抹槽壁和底面，然后以混凝土填補。較徹底的辦法是將凹槽壁鑿至貫通整個板厚，并在凹槽邊緣板厚中央打洞。洞深0.1m，直徑3040cm，水平間距0.30.4m。每個洞應先將其周圍潤濕，插入一根直徑1820cm，長約0.2m的鋼筋，然后用最大粒徑為510mm的細石混凝土填塞搗實。洞口留下0.010.02m不澆足，鋼筋應一半伸出洞外。待細石混凝土硬結后，再將凹槽

15、邊壁潤濕，涂刷水泥漿一道，然后將與原來相同的混凝土澆入槽中夯搗密實（見圖20.2.2）圖20.2.2 混凝土路面斷裂的修理方法1-細粒混凝土；2-鋼筋尺寸單位：cm6整倉修復當裂縫分布遍及全板時，可將該板塊擊破翻除，必要時還應重做基層，再另澆筑新混凝土板。對于擊破舊混凝土路面，我國有關單位研制一種移動式電動落錘式破路器，效果甚好。7罩面混凝土路面損壞后，可在其上以新混凝土罩面。為加強新舊混凝土的結合，加鋪前除清除舊面層表面并鑿毛外，有時還可在舊路面上先涂敷環氧樹脂，然后鋪筑新混凝土層，以使新舊層之間達到完全結合。若在舊面層清掃后直接鋪筑新混凝土罩面時，則屬于部分結合的情況。如在鋪筑新混凝土罩面

16、之前，先加上一層油毛氈或其他材料作隔離層，這屬于分離式的情況。當用瀝青混合料進行罩面時，應有一定的罩面厚度，常用的厚度為0.090.15m，否則容易剝落，而且舊混凝土路面接縫和裂縫易反射到瀝青層上。綠化3）綠化主要包括中央分隔帶、邊坡的樹木和植被的日常養護。包括修剪和治蟲等工作。還要根據實際情況和氣候變化，對不適合的樹種和植被進行更換系統主要模塊： 路面管理系統(PMS)的組成 路面管理系統一般由數據管理系統、路面性能評價、路面性能預測和路面養護決策四部分組成，如圖1所示。 1 數據管理系統 數據管理是路面管理系統中的首要問題。由于路面管理系統必須建立在大量信息的

17、基礎上，并以數據作為支持，因而需要對數據進行管理。數據管理系統又分為數據采集和數據庫管理。 11 數據采集 數據采集是運用客觀科學的數據采集方法，采集路面狀況數據，建立路面使用性能預估模型，進行路面使用性能的評價，并對路面性能滿足使用要求的程度作出判斷。根據判斷結果，可以判別路面狀況是否適應目前的交通和使用要求，了解路網的服務水平，確定路網內那些路段需要采取養護和改建措施以及采取何種措施較為合適。 需要采集的路面狀況數據主要有平整度、路面損壞、結構承載力和抗滑能力四個。其檢測方法及評價指標見表1。這些也是道路養護和改建計劃編制的依據。同時，還應該收集交通特性數據，

18、包括交通量和交通量在道路空間上的分布及軸載信息。表1路面狀況檢測設備及檢測指標序號采件指標一般檢測設備檢測指標1路面損壞(病害)直 尺、病害數據采集儀、路面攝像車2平整度斷面類平整度測定水準儀水準尺1、平均調整坡2、縱斷面平整度指標：功率譜分析豎向加速度均方根直尺指數3、國際平整度指數梁式斷面儀慣性斷面儀反應類平整度測定傳感器和顯示器組成的儀器主觀評估法3強度(彎沉)靜態彎沉測定貝克曼彎沉儀自動彎沉儀動態態彎沉測定穩態彎沉儀脈沖或落錘彎沉儀4抗滑制動距離法鎖輪拖車法偏轉輪拖車法可攜式擺式儀測定法粗構造深度測定我國在路面管理系統PMS的推廣過程中，強調了路面狀況數據的重要性。卻忽略了交通特性數據

19、的重要性。國內外預測模型的敏感性分析表明。交通數據是最敏感的輸入數據。交通特性數據微小的變化，可能對路面狀況預測結果產生很大影響。 12 數據庫管理  路面管理系統是借助于計算機技術進行路面養護評價、預測、分析和決策的計算機輔助決策系統，數據庫是這一系統的基礎。系統所需的各種路況數據以不同的方式采集后輸入計算機，通過數據庫加以處理和管理，為系統的網級及項目級決策提供所需要的數據。數據庫通常包含以下幾類信息：路段劃分和識別、幾何數據、路面結構、交通、使用性能數據、設計和施工數據、養護和改建數據、環境(降水、溫度等)、公路歷史、單價等應充分利用管理數據，并根據需要依據

20、現行標準對數據進行加工、處理，給路線、區間和路段進行編碼、分段，使不同的數據存放在不同的層次上，以便系統能夠快速高效地進行檢索、查詢、數理統計、分析。在此基礎上建立數據庫。  數據庫管理有以下基本功能：a)數據的輸入、更改、輸出；b)數據的檢索查詢；c)數據的統計分析；d)為網級系統提供決策數據；e)為項目級系統提供工程分析數據。 2 路面性能評價 路面使用性能評價是依據采集的路面狀況數據，判斷目前道路狀況是否滿足交通要求，所得結果將作為是否采取養護和改建措施以及采取何種措施的依據。  路面使用性能單項評價主要包括四個方面：路面行駛質量、路面損壞狀況、結

21、構承載能力及路面抗滑能力。路面行駛質量、路面損壞狀況通過主觀評分，評分結果整理、數據分析分別對照標準駛質量指數RQI、路面狀況指數PCI進行評價。結構承載能力通過無破損彎沉試驗評定結合路面狀況指數PCI進行評價。路面抗滑能力以擺式儀測定SRV為指標。這些指標都是通過主、客觀相結合的方法建立的，即一方面通過專家對路面狀況進行定性的打分，另一方面利用各種檢測儀器對路面進行客觀定量的檢測，將這兩個方面結合起來，用以建立路面性能的評價標準。這些指標可能采取的分制不同，不同的分制對客觀路面破損的給分敏感性是不同的，其間的差別還有待于進一步的研究。在路面綜合評價指標模型中，對多個物理指標的評價結果，一般采

22、用綜合評價方法，即通過對不同的單項指標加權求和而得，如AASHO的PSI(路面現時服務性能指數)， 日本的MCI(養護管理指數)。我國采用PQI作為評價指標，其值由上述四個分項指標加權計算得出。 使用性能評價采用狀態向量的形式予以描述。采用綜合評價指標R10進行評價路面 3 路面使用性能預估 為了提出經濟可行的路面設計方案，對各設計方案進行壽命周期費用分析以及選擇最佳養護和改建對策。需要預先估計路面在采用新建、設加鋪層或其他各種養護和改建對策后，其使用性能隨時間或軸載作用次數的變化規律，為進行這種預估而建立的關系式稱為使用性能預估模型。各種使用性能預估模型，可劃分為兩種基本

23、類型：確定型和概率型。其模型類型及建模方法見下表2。表2 路面使用性能預估模型的類型及建模方法序號使用性能預估模型模型類型建模方法備注1確定型基本反應、結構性能、功能性能和使用壽命模型力學法力學-經驗法經驗回歸法2概率型殘存曲線，馬爾科夫模型，半馬爾科夫模型經驗判斷統計分析回歸分析無論采用哪種方法建立使用性能預估模型，都應按照一定的程序進行（1）明確模型的類型和預估目標（2）使用性能變量及其影響變量的選擇（3）數據的收集和預處理。這些數據包括：設計和施工數據，養護和改建數據、使用性能監測數據、交通數據環境因素等。（4）選擇模型形式和結構（5）建立模型及檢驗（6）模型的標定無論采用那種模型都有其

24、特定的局限性，這主要是因為：a)建模的數據基礎總是有限的，需要進一步的積累：b)對模型所要反映的使用性能變化的物理性質的認識和經驗積累又總是處于一定的歷史時期，需要不斷深化。 4 路面養護決策 路面養護決策以路面性能評價和預測為依據，在路面性能達到某一標準時。考慮采用相應的養護維修措施。一旦采取相應的養護維修措施后。路面性能的變化又將影響下一次的養護維修決策。 路面養護決策的確定是一個較為復雜的過程，它涉及到路面現有的狀況、傳統的對策模式、決策者的經驗知識和價值觀念。以及可能的政策干預等諸多因素。決策模型在路面管理中的應用可追溯到20世紀60年代的AASHTO試驗

25、路，20世紀70年代采用的決策模型是項目級工具，后來一些機構開始采用壽命周期分析方法(LLC)來分析大中修措施。目前路面管理系統從最簡單的排序方法到復雜的數學規劃方法都有涉及。主要包括決策樹、排序、近似優化和純數學規劃。數學規劃方法的出現一度解決了規劃期內最佳養護和改建策略問題。但實際應用中純數學的工具不一定可行。隨著計算量和數據采集的要求，在項目級上進行整個網絡的多年完全決策是十分困難的， 因此出現了各種近似的優化方法。目前國際上采用的近似優化決策方法主要集中在兩個方面， 即集成(Aggregation)和啟發(Heuristic)。 5經濟分析評價在對路面系統進行上述一系列性能的

26、評價之后還要進行經濟評價。應全面考慮壽命周期內的全部費用包括：修建、養護、改建、用戶費用等，采用壽命周期費用分析，運用經濟上現值法、年費用法、收益率法、收益-費用比法、費用-效果法等進行經濟可行性分析。6優化路面管理系統的目標就是用最小的費用實現預定的性能。因此進行項目排序和方案優化是路面管理系統的核心部分。排序可以按照使用性能參數排序和按進價分析參數排序。路面管理系統的優化分為靜態優化和動態優化。靜態優化法有線性規劃法，動態優化法有動態規劃法養護決策系統應用功能模塊設計 根據江西省高速公路當前和未來的公路養護管理的需求及現有技術水平和管理水平,高速公路養護管理系統設計為9 大功能模塊。系統功

27、能、模塊功能內容簡單介紹如下:1) 數據維護。完成道路基本數據、道路檢測數據、路況圖片與圖像數據及養護模型數據及機構信息數據等多種格式數據的輸入與編輯2) 靜態數據模塊。在GIS 系統中,可通過屬性窗口的內容選擇或電子地圖上對線、點的選擇完成對道路基本資料的管理。3) 動態數據模塊。主要完成隨時間變化較大類型數據的管理,如養護檢測數據和巡查數據的增加、修改、刪除等管理。4) 圖形信息模塊。通過GIS 的可視化界面可完成對各類數據的有條件的屬性數據查詢、地理數據查詢及統計功能。5) 視圖信息模塊。GIS 系統通過動態分段技術,對于圖形數據與屬性數據的一體化管理,尤其還成功地解決了圖形、屬性、影像

28、、文本、聲音高度集成的一體化地理數據庫的管理能力,界面更友好。6) 決策分析模塊。是路面養護管理系統的核心部分,運用系統分析的方法,結合優化原理和養護管理知識,借助GIS 計算機技術手段,建立基于GIS的可視化公路養護管理決策支持系統,為交通主管職能部門、公路養護部門的建養計劃及工程實施等管理需要提供及時、準確、全面的信息和決策依據。如何根據優化理論結合軟件所服務道路的具體情況確定合適的模型及其參數,是系統開發的關鍵所在。公路養護決策系統以現有路面質量為基礎,綜合考慮養護歷史記錄、資金預算分配等客觀條件,對路面性能進行評價、預測和提出最佳養護對策。7) 養護工程管理。借助GIS 技術,建立可視化的養護工作流形式的養護工程管理系統,完成養護部門日常維修保養與小修、大中修工程的管理,可有效地實現對