高速公路路面结构的使用性能评定与改建设计研究中期报告.docx
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高速公路路面结构的使用性能评定与改建设计研究中期报告
河北工业大学城市学院本科毕业论文中期报告
毕业论文题目：
高速公路路面结构的使用性能评定与改建设计研究
专业（方向）：
交通工程
报告提交日期：
4月30日
摘要：
该文以路面损坏状况、路面行驶质量、路面车辙深度、路面抗滑性能和路面结构强度五个方面为评定路面使用性能的指标，对高速公路路面结构的使用性能进行评定。
本文将以石黄高速为实例，具体详尽的介绍高速公路路面结构使用性能评定的方法。
关键词：
高速公路；沥青路面；路面使用性能；评价指标。
随着我国公路等级的不断提高，高等级公路网络的日益完善，如何对路面使用性能进行检测评定，是当前一个十分重要的课题。
路面使用性能包括功能性能、结构性能、结构承载能力、安全性能等几个方面。
功能方面的使用性能体现了路面为道路使用者提供方便和行驶舒适性程度的能力；结构方面的性能表现了路面的物理状况，结构承载能力是路面结构剩余寿命的体现；而安全方面的性能则是车辆在路面上行驶时安全性的表征，这几方面从不同侧面体现了路面的使用性能。
所以对高速公路路面结构的使用性能进行评定，应该采取明确和直接的使用性能评价分项指标。
这些指标包括路面损坏状况指标、路面行驶质量指标、路面车辙深度指标、路面抗滑性能指标和路面结构强度指标。
一、高速公路路面结构的使用性能评定方法
路面使用性能用路面使用性能指数PQI（PavementQualityorPerformanceIndex）和相应分项指标路面损坏状况指数PCI（PavementSurfaceConditionIndex）、路面行驶质量指数RQI（RidingQualityIndex）、路面车辙深度指数RDI（RuttingDepthIndex）、路面抗滑性能指数SRI（SkiddingResistanceIndex）、路面结构强度指数PSSI（PavementStructureStrengthIndex）表示，PQI和相应分项指标的值域为0~100。
路面使用性能分为优、良、中、次、差五个等级。
路面使用性能等级按表1-1规定的标准确定。
表1-1路面使用性能等级评定标准
评价等级
优
良
中
次
差
PQI及各级分项指标
≥90
≥80，＜90
≥70，＜80
≥60，＜70
＜60
路面使用性能评价包括路面损坏、平整度、车辙、抗滑性能和结构强度五项技术内容。
平整度与车辙指数可合为一项，即路面行驶质量指数。
路面使用性能指数PQI（PavementQualityorPerformanceIndex）按式（1-1）计算。
PQI=ωPCIPCI+ωRQIRQI+ωSRISRI+ωPSSIPSSI（1-1）
式中：
PCI一—路面损坏状况指数（PavementSurfaceConditionIndex）；
RQI——路面行驶质量指数（RidingQualityIndex）；
SRI——路面抗滑性能指数（SkiddingResistanceIndex）；
PSSI——路面结构强度指数（PavementStructureStrengthIndex）；
ωPCI为PCI在PQI中的权重，取值0.35；
ωRQI为RQI在PQI中的权重，取值0.40；
ωSRI为SRI在PQI中的权重，取值0.10.
ωPSSI为PSSI在PQI中的权重，取值0.15；
1路面损坏（PCI）
路面损坏用路面损坏状况指数（PCI）评价，PCI按式（1-2）、式（1-3）计算。
PCI=100－a0DRa1（1-2）
（1-3）
式中：
DR—路面破损率（PavementDistressRatio），为各种损坏的折合损坏面积之和与路面调查面积之百分比（%）；
Ai—第i类路面损坏的面积（㎡）；
A—调查的路面面积（调查长度与有效路面宽度之积，㎡）；
ωi—第i类路面损坏的权重，沥青路面按表1-2取值
a0—沥青路面采用15.00，水泥混凝土路面采用10.66，砂石路面采用10.10；
a1—沥青路面采用0.412，水泥混凝土路面采用0.461，砂石路面采用0.487；
i—考虑损坏程度（轻、中、重）的第i项路面损坏类型；
i0—包含损坏程度（轻、中、重）的损坏类型总数，沥青路面取21.
表1-2沥青路面损坏类型和权重
2、路面行使质量（RQI）
路面平整度用路面行使质量指数（RQI）评价,按式（1-4）计算。
（1-4）
式中：
IRI—国际平整度指数（InternationalRoughnessIndex,m/km）；
a0—高速公路和一级公路采用0.026,其他等级公路采用0.0185；
a1—高速公路和一级公路采用0.65,其他等级公路采用0.58。
表1-3路面行驶质量的评价标准
等级
评价指标
优
良
中
次
差
IRI（m/km）
行驶质量指数RQI
3路面车辙（RDI）
路面车辙用路面车辙深度指数（RDI）评价,按式（1-5）计算。
100－a0RD（RD≤RDa）
RDI=60－a1（RD－RDa）（RDa＜RD≤RDb）（1-5）
0（RD＞RDb）
式中：
RD——车辙深度（RuttingDepth,mm）；
RDa——车辙深度参数，采用20mm；
a0——模型参数，采用2.0；
a1——模型参数，采用4.0。
表1-4沥青路面抗滑性能评价标准
等级
评价指标
优
良
中
次
差
SFC
<20
BPN
<27
4路面抗滑性能（SRI）
路面抗滑性能用抗滑性能指数（SRI）评价,按式（1-6）计算。
（1-6）
式中：
SFC—横向力系数（Side-wayForceCoefficienf）；
SRI—标定参数，采用35.0；
a0—模型参数，采用28.6；
a1—模型参数，采用-0.105。
表1-6沥青路面抗滑性能指数（SRI）评价标准
等级
评价指标
优
良
中
次
差
SFC
<20
SRI
<49.1
5路面结构强度（PSSI）
路面结构强度用路面结构强度指数（PSSI）评价,按式（1-7）、（1-8）计算。
（1-7）
（1-8）
式中：
SSI—路面结构强度系数（StructureStrengthCoefficient），为路面设计弯沉与实测代表弯沉比；
ld—路面设计弯沉（mm）；
l0—实测代表弯沉（mm）；
a0—模型参数，采用15.71；
a1—模型参数，采用-5.19。
表1-7高速公路路面结构强度评定标准
等级
评价指标
优
良
中
次
差
强度系数SSI
二、高速公路路面使用性能实地检测和调查
科学的、准确的获得高速公路路面的使用现状，对于高速公路路面结构使用性能的评定起着重要的作用。
下面将借石黄高速的实地调查过程来详细的说明如何进行高速公路路面使用状况的实地检测和调查。
1、石黄高速简介
石黄高速公路作为晋煤东运的主要通道之一，是我国“三纵三横”国道主干线的重要构成部分，对于带动沿线经济发展、繁荣经济起到了至关重要的作用。
石黄高速公路起于石家庄，途经衡水、沧州，东至黄骅港，石家庄至沧州段全长187.08km。
石黄高速公路的路面为沥青路面，沥青路面上面层为4cmAC－16中粒式沥青混凝土，中面层为5cmAC－20中粒式沥青混凝土，底面层为6cmAC－25粗粒式沥青混凝土。
基层为20～36cm水泥稳定碎石，底基层为20cm石灰稳定土。
上面层为4cmAC－16中粒式沥青混凝土
中面层为5cmAC－20中粒式沥青混凝土
底面层为6cmAC－25粗粒式沥青混凝土
基层为20～36cm水泥稳定碎石
底基层为20cm石灰稳定土
土基
2、检测和调查内容
路面检测包括路面损坏、平整度、车辙、抗滑性能和结构强度五项指标。
其中，路面结构强度为抽样检测指标。
3检测与调查单元
3.1本次检测以1000m路段为基本检测单元。
3.2路面使用状况数据按上行方向（桩号递增方向）和下行方向（桩号递减方向）分别检测。
3.3采用快速检测方法检测路面使用性能评定所需数据时，每个检测方向至少检测一个主要行车道。
4、检测与调查方法
4.1路面损坏状况检测
路面破损调查选派有经验的技术人员实地踏勘，结合皮尺丈量，对本项目段内的路面病害类型、位置、范围及程度给出准确的描述，并现场绘制路面病害平面图。
调查时，调查范围应包含所有行车道，按规定的损坏型实地调查。
调查及汇总数据，填入标准的表格中。
路面损坏检测数据以100m为单位长期保存。
4.2路面平整度检测
路面平整度采用快速检测设备，可结合路面损坏和车辙一并检测。
单独检测路面平整度时，采用高精度的断面类检测设备。
路面平整度检测设备必须定期标定，每年至少标定一次，标定的相关系数应大于0.95。
路面平整度检测数据以100m为单位长期保存。
4.3路面车辙检测
路面车辙采用快速检测设备，可结合路面损坏和路面平整度一并检查。
路面平整度检测设备必须定期标定，每年至少标定一次。
根据断面数据计算路面车辙深度（RD），计算结果以10m为单位长期保存。
4.4路面抗滑性能检测
路面抗滑性能检测采用基于横向力系数的路面抗滑性能检测设备或其他具有可靠数据标定关系的自动化检测设备。
检测设备必须定期标定，每年至少标定一次。
路面抗滑性能检测数据（横向力系数）以20m为单位长期保存。
4.5路面结构强度检测
路面结构强度检测采用自动检测设备检测。
自动检测时，采用具有可靠数据标定关系的自动化检测设备，检测结果应能换算成我国相关技术规范规定的回弹弯沉值。
自动检测设备必须定期标定，每年至少标定一次，标定的相关系数不得小于0.95。
弯沉检测数据以20m为单位长期保存。
因为是抽样检测，所以检测范围可控制在养护里程的20%以内。
5、检测与调查的数据记录
因为石黄高速公路为沥青路面，所以路面损坏分11类21项。
记录方式如下:
5.1龟裂
轻：
初期裂缝，裂区无变形、无散落，缝细，主要裂缝宽在2mm以下，主要裂缝块度在0.2~0.5m之间，损坏按面积计算。
中：
龟裂的发展期，龟裂状态明显，裂缝区有轻度散落或轻度变形，主要裂缝宽度在2~5mm之间，部分裂缝块度小于0.2m，损坏按面积计算。
重：
龟裂特征显著，裂块较小，裂缝区变形明显、散落严重，主要裂缝宽度大于5mm，大部分裂缝块度小于0.2m，损坏按面积计算。
5.2块状裂缝
轻：
缝细、裂缝区无散落，裂缝宽度在3mm以内，大部分裂缝块度大于1.0m，损坏按面积计算。
重：
缝宽、裂缝区有散落，裂缝块度在3mm以上，主要裂缝块度在0.5~1.0m之间，损坏按面积计算。
5.3纵向裂缝
与行车方向基本平行的裂缝。
轻：
缝细、裂缝壁无散落或有轻微散落，无支缝或有少量支缝，裂缝宽度在3mm以内，损坏按长度计算，检测结果要用影响宽度（0.2m）换算成面积。
重：
缝宽、裂缝壁有散落、有支缝，主要裂缝宽度大于3mm，损坏按长度（m）计算，检测结果要用影响宽度（0.2）换算成面积。
5.4横向裂缝
与行车方向基本垂直的裂缝。
轻：
缝细、裂缝壁无散落或有轻微散落，裂缝块度在3mm以内，损坏按长度计算，检测结果要用影响块度的（0.2m）换算成面积。
重：
缝宽、裂缝贯通整个路面、裂缝壁有散落并伴有少量支缝，主要裂缝宽度大于3mm，按损坏长度计算，检测结果要用影响宽度（0.2m）换算成面积。
5.5坑槽
轻：
坑浅，有效坑槽面积在0.1㎡以内（约0.3m×0.3m），损坏按面积计算。
重：
坑深，有效坑槽面积大于0.1㎡（约0.3m×0.3m），损坏按面积计算。
5.6松散
轻：
路面细集料散失、脱皮、麻面等表面损坏，损坏按面积计算。
重：
路面细集料散失、脱皮、麻面、露骨，表面剥落有小坑洞，损坏按面积计算。
5.7沉陷
大于10mm的路面局部下沉。
轻：
深度在10~25mm之间，正常行车无明显感觉，损坏按面积计算。
重：
深度大于25mm，正常行车有明显感觉，损坏按面积计算。
5.8车辙
轮迹处深度大于10mm的纵向带状凹槽（辙槽）
轻：
辙槽浅，深度在10~15mm之间，损坏按长度计算，检测结果要用影响宽度（0.4m）
换算成面积。
重：
辙槽深，深度15mm以上，损坏按长度计算，检测结果要用影响宽度（0.4m）换算成面积。
5.9波浪拥包
轻：
波峰波谷高差小，高差在10~25mm之间，损坏按面积计算。
重：
波峰波谷高差打，高差大于25mm，损坏按面积计算。
5.10泛油
路面沥青被挤出或表面被沥青膜覆盖形成发亮的薄油层，损坏按面积计算。
5.11修补
龟裂、坑槽、松散、沉陷、车辙等的修补面积或选修补影响面积（裂缝修补按长度计算，影响宽度为0.2m）。
6、检测与调查的设备
6.1路面抗滑性能检测车（RiCS），以车流速度（0—80km／h）快速采集路面的横向力系数（SFC）数据，是路面安全性评价的重要设备。
6.2路况快速检测系统（CiCS）是交通部西部交通建设科技项目和国家高技术研究发展计划（863计划）研究成果，该设备能以车流速度（0—100km／h），快速、准确地采集路面损坏、路面平整度、路面车辙、纹理深度和前方图像等指标，与之配套的路面损坏识别系统（CiAS）软件能自动识别CiCS检测图像。
6.3路况数据采集仪：
用于快速记录路基、路面、桥隧构造物和沿线设施损坏（类型、数量、位置）的便携式设备。
三、数据处理与路面使用性能评定
石黄高速公路路面检测记录如下：
代表路段
病害面积
3
4
5
6
7、8
9
10
11
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
裂缝类
龟裂
275.4
2
283
158
10
198
765.6
22
43
不规则裂缝
1
2.2
101
182.5
4
623
534.5
82
45
纵裂
1.4
2.7
155.5
3.6
1
101.1
156.6
30.6
2
14.2
6.5
129.2
124.8
201.8
219.6
4.6
横裂
32.2
2.1
105
6.8
141
20.3
10.4
12.2
9
145.8
48.6
20.0
2.4
19.4
24.0
41.6
25.6
298.8
84.2
57
76.7
2.3
松散类
坑槽
0.4
0.5
3.3
松散
3
40
变形类
沉陷
3.7
16.5
139
3
33.3
5
4.8
车辙
26.4
9.2
139.2
139.2
243.2
80
6.8
10.8
79.6
477.2
39.2
61.2
波浪拥包
334.8
6.3
6
1
其他类
泛油
2.5
10.14
14.0
49.5
545.5
0.3
4
9
修补损失
2029
6
病害总面积
61.1
301.9
595.7
214.8
146.8
280
97.1
13.2
639.1
652.7
89.2
568.5
20.6
37
24
1104.7
3962.1
648.8
465.3
61
81.3
51.3
病害面积与调查面积百分比（%）
0.58
2.88
5.67
2.0
1.33
2.5
0.85
0.12
4.0
7.25
0.78
3.70
0.18
0.32
0.2
9.2
33.02
5.4
3.02
0.4
0.53
0.333
表3-1路面破坏调查表
代表路段
弯沉值测定结果
平整度测定结果（IRI）
BPN测定结果
弯沉平均值
0.01mm
偏差系数
%
代表值
0.01mm
最大值
最小值
平均值
偏差系数
%
最大值
最小值
平均值
偏差系数
%
3
10.951
38.21
17.833
行车道
2.2
0.76
1.427
31.86
64
51
56.6
4.858
超车道
1.0
0.66
0.82
13.19
4
13.146
80.82
30.624
行车道
3.25
0.96
1.98
36.39
59
47
53.2
5.175
超车道
2.89
1.52
2.23
19.99
5
19.268
33.17
29.781
行车道
2.42
1.22
1.907
22.61
52
41
48.1
4.502
超车道
1.02
0.74
0.827
11.73
6
10.098
32.63
15.518
行车道
1.90
1.12
1.473
16.17
42
33
39.8
4.324
超车道
1.62
1.22
1.427
9.64
7
10.707
27.44
15.113
行车道
0.92
0.7
0.773
10.74
42
33
36.4
3.665
超车道
8
9.537
27.23
13.433
行车道
1.00
0.64
0.838
14.83
42
35
39.0
2.923
超车道
9
8.854
29.92
12.827
左幅
1.84
0.72
1.194
29.26
48
42
43.2
2.440
右幅
1.34
0.72
0.947
20.86
10
10.171
39.47
16.193
左幅
1.26
0.86
1.045
11.14
59
45
52.4
7.974
右幅
2.5
0.78
1.346
39.04
11
9.634
35.46
14.758
左幅
1.76
0.78
1.162
27.54
50
34
44.1
5.934
右幅
2.46
1.42
1.848
17.54
14
左幅
3.13
1.72
2.443
19.89
38
33
36.3
3.215
右幅
2.62
1.38
1.956
18.89
15
27.341
24.14
37.241
左幅
1.78
1.38
1.607
7.85
28
21
24.5
2.741
右幅
1.98
1.18
1.56
19.38
16
9.805
48.25
16.901
左幅
2.18
0.96
1.424
29.33
50
31
40.5
9.924
右幅
1.92
0.86
1.249
24.34
17
15.707
38.8
24.849
左幅
1.20
0.80
0.976
15.11
43
31
36.2
4.006
右幅
1.42
0.94
1.13
12.29
18
18.146
29.63
26.211
左幅
1.92
0.88
1.376
24.25
45
38
40.8
2.981
右幅
2.77
0.86
1.48
48.28
19
18.67
35.37
28.576
左幅
2.04
0.9
1.366
28.36
52
33
47.7
6.679
右幅
2.1
0.64
1.12
37.99
20
9.538
35.91
14.676
左幅
2.34
0.82
1.164
37.61
52
35
43.3
7.593
右幅
1.74
0.70
0.974
32.29
21
32.025
27.78
45.369
17-18
左幅
3.57
1.68
2.782
19.10
43
33
37.4
3.266
代表路段
弯沉值测定结果
平整度测定结果（IRI）
BPN测定结果
弯沉平均值
0.01mm
偏差系数
%
代表值
0.01mm
最大值
最小值
平均值
偏差系数
%
最大值
最小值
平均值
偏差系数
%
22
37.756
29.99
54.742
17-18
右幅
6.18
1.78
3.184
36.37
48
30
40.6
6.988
23
33.375
48.86
57.839
19-20
左幅
3.41
1.68
2.433
18.69
50
33
39.9
5.449
24
35.878
38.43
56.563
19-20
右幅
3.03
1.66
2.292
16.73
50
30
39.1
6.291
25
9.39
30.24
13.65
左幅
2.04
0.96
1.322
22.7
57
38
47.1
7.291
右幅
2.14
0.94
1.344
29.68
26
9.341
32.27
13.864
左幅
1.92
0.96
1.348
22.05
52
37
46.8
5.598
右幅
1.80
1.02
1.382
17.33
27
10.683
27.78
15.136
左幅
1.72
0.96
1.327
22.01
50
35
44.1
5.971
右幅
1.62
0.78
1.242
22.67
28
24.8
29.84
35.898
左幅
1.18
0.78
0.918
15.00
66
49
55.9
6.861
右幅
1.02
0.64
0.878
16.96
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