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原文传递高速公路沥青路面使用性能评价预测体系及预防性养护决策技术研究

论文题名：	高速公路沥青路面使用性能评价预测体系及预防性养护决策技术研究
关键词：	高速公路;沥青路面;使用性能;评价预测;预防性养护
摘要：	高速公路是国民经济发展的基础，是衡量一个国家现代化水平的重要标志，高速公路的使用性能是体现公路服务水平的重要内容之一。我国已建成的高速公路正逐步进入维修养护期，系统评价路面的使用状况，了解路面病害产生原因及发展趋势，探索路面使用性能衰变机制及规律，以确定路面最佳的预防性养护措施和养护时机，从而制定合理的预防性养护维修计划，对于延长路面使用寿命意义重大。　　本文通过调查收集不同地区高速公路沥青路面交通量、设计施工及历年路面检测资料，并结合地理、气候特点，分析了路面使用性能变化趋势及典型病害形成原因。调查统计结果表明：高速公路不同使用性能之间存在相关性，一般可用平整度来综合反映；不同施工标段对高速公路路面使用性能的影响最大，在公路建设中应尽可能的提高施工质量，减少施工变异性；不同地区高速公路沥青路面典型病害不同，其受自身材料、结构性能、路龄、气候、交通荷载及养护管理水平的影响。　　针对沥青路面现场钻取的芯样，研究了路面芯样的密度、级配、水稳定性、强度、疲劳性能、高温稳定性等材料特性，分析了沥青路面损坏机理，对路面施工质量及其材料性能进行了评价，提出了基于路面芯样的高速公路沥青路面使用性能评价方法及标准。研究表明：高速公路沥青路面结构层厚度受交通量、气候条件影响，交通量大、高温高地区的路面结构层厚度会适当压缩，并以中面层压缩最为明显；芯样体积参数能较好的反映沥青路面的施工及使用情况，空隙率范围越大，施工及性能变异性越大；芯样粒径增大其级配与设计偏差增大，推荐使用关键筛孔及贝雷法三参数评价芯样级配；芯样试验可全面评价沥青路面的不同使用性能。　　结合我国实际，借鉴欧洲 COST354评价体系，采用重视行车安全性能的总体性能评价方法对路面使用性能进行评价，提出了基于总体性能的沥青路面使用性能评价体系。研究表明：经修正的路面行车安全性、行驶舒适性、路面结构强度三个综合指标评价效果更加严苛，对路面使用性能的分级效果更为明显，可很好的区识路面使用性能；COST评价体系更加重视路面的安全性能，而我国规范更加侧重行驶舒适性，两者评价结果在抗滑性能衰减较快的高温多雨地区相差较大。　　通过修正HDM-4路面使用性能衰变模型，得到了我国高速公路沥青路面使用性能衰变发展模型，并根据不同交通量、气候、路面结构强度等指标，确定了各修正系数的转换方程。通过应用概率统计法对路面使用性能衰变规律进行了分析，提出不同路面使用性能的概率转换矩阵。利用概率法确定的马尔科夫转移矩阵预测路面使用性能的发展趋势，回归分析法来确定路面使用性能模型预测病害的发展，并将两者结合形成双重控制的方法，较精确的进行高速公路路面使用性能的衰变与预测，从而建立了基于回归分析--概率法的沥青路面使用性能衰变预测体系。研究表明：修正的回归分析法路面性能发展模型可反映不同地区高速公路沥青路面使用性能的衰变发展情况；通过确定路面状况指数、车辙深度指数、行驶质量指数、抗滑性能指数相关评价等级的阈值及概率转移矩阵，可对路面使用性能发展进行预测。　　应用模糊聚类分析法，对高速公路沥青路面的使用状况进行分类，提出了不同养护措施的最小划分段落以及基于养护效果的路段划分方法，并将其应用于实际路面的养护区段划分中。研究表明：采用结构强度、平整度、抗滑系数、路面状况指数、车辙深度五个分项指标作为聚类分析的统计指标可对路段进行模糊聚类分析；封层罩面类养护措施的最小施工段落为300m，而表面涂刷类封层养护效果不受施工段落的影响。　　总结典型的预防性养护措施类型并对其养护效果进行评价，将系统工程中的决策思想引入沥青路面预防性养护决策体系，建立基于对象需求的养护决策模型，并将不同养护措施的功能与性能进行分解；将病害分为间断发生型与连续发生型，并针对不同病害提出了养护措施的选择方法；将可能度与满意度的方法引入养护措施的优选，确定最佳的养护措施；采用国际平整度指数IRI和横向力系数SFC作为预防性养护决策指标，提出了基于路面使用性能的养护时机确定方法，确定了养护措施的实施时间。
作者：	郝孟辉
专业：	道路材料科学与工程
导师：	郝培文
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文