1、2019/2/8,1,第三章 路面使用性能评价公路路面性能评价是路面养护维修决策、道路经济分析的基础。路面性能评价模块根据收集的路面数据，判断目前路面状况是否满足交通要求；所得结果将作为采取养护或改建措施以及采取何种措施的依据。公路养护管理系统辅助决策的好坏，很大程度上取决于养护管理系统对路面性能的评价。路面破损的定义与分类有助于路面检测人员精确测量路面损坏类型及程度，也便于道路养护工程师对症下药对破损路面进行有效的养护处治。问题是在对路面状况进行总体评价，特别是进行路段间路况比较时，上述过细的分类就显得零乱而难以作出总体描述。为此国内外公路研究人员借用专家评分技术，利用专家评分这一尺度建立了
2、路面状况与专家评分之间的联系，从而实现了间接的路面使用性能评价,2019/2/8,2,沥青路面使用性能评价是路面养护、道路经济分析及路面管理系统的重要组成部分。本世纪60年代初期，美国AASHO道路试验（日本水泥混凝士协会，1966）的最重要成果之一就是提出了路面使用性能的评价方法，建立了路面评价模型这个评价模型的建立对世界各国路面管理技术的发展有着深刻的影响。80年代初期，特别是随着路面管理系统的深入研究和广泛应用，许多国家和国际机构如加拿大、英国、日本和世界银行等先后建立了相应的路面评价模型在这些模型中，路面性能的评价被分为综合指标评价和分项-综合指标评价模型两大类。,2019/2/8,3
3、,3.1 国外路面评价模型回顾分析3.2 路面使用性能评价模型的建立 3.3 路面养护技术规范采用的评价模型,2019/2/8,4,3.1 国外路面评价模型回顾分析,1） AASHO PSI（Present Serviceability Index）； 2）日本的 MCI（Maintenance Control Index）； 3）美军的 PCI（Pavement Condition Index）。,2019/2/8,5,路面服务性能指数（PSI）,路面服务性能指数PSI是1960年计划实施的AASHO道路实验的重要研究成果之一，是公路管理行业第一次引用专家评分技术建立主客观联系的成功范例。在
4、建立PSI模型时，研究人员把与公路有关的、职业不同的各种评价人员，如道路建设技术人员、道路养护技术人员、汽车运输人员、汽车制造人员组织起来，组建一个由8人16人组成的专家评分组通过路上行走评分，给出每个实验路段的个人评价值 IPSR（Individual Present Serviceability Rating）。个人评价值 IPSR的平均值为该路段的专家总体评价值PSR（Present Serviceability Rating）。用多元回归的方法建立了这些路面破损与各路段PSR值之间的关系。建立的关系称为路面服务能力指数PSI。,2019/2/8,6,根据AASHO的试验结果，最终得出著
5、名的柔性路面和刚性路面的PSI方程式。柔性路面：,刚性路面：,2019/2/8,7,为了了解PSI的特性，分别对三类损坏（三种影响因素）进行分析（见图5-2）。可以直观地看出，在三种影响因素中，路面裂缝破损与车辙占有很小的比例，这二种因素的变化对PSI基本不产生影响。与此相反，路面平整度（SV）对PSI有着显著的影响。从其种意义上看，AASHO的PSI模型是通过平整度反映驾驶舒服性的一个评价指标。,2019/2/8,8,日本的PSI模型：,2019/2/8,9,日本PSI的关键影响因素正好与美国相反。平整度占很轻的比重，说明70年代末期日本的路面具有很好的平整性。相对来说，日本比较重视裂缝和车
6、辙的影响。因此。日本的PSI模型应该是道路管理者的模型。,2019/2/8,10,日本饭岛等（1981）在参考AASHO的PSI模型基础上，开发了养护管理指数 MCI（Maintenance Control Index）。与 AASHO不同，饭岛等采用的专家评价组是由道路管理人员组成的，且仅考虑路面平整性、裂缝程度及车辙对道路养护需求的影响。,2019/2/8,11,日本采用了4种方程按照饭岛等的解释，日本大型、重载及渠化交通等特殊状况较多，多个方程可使评价更接近于实际状况。从模型开发角度，饭岛等考虑了足够多的方程以应付不同的路面状况，但使用时会给用户带来一些混乱。饭岛等的研究也暴露出用多元回
7、归分析技术建立模型的突出缺点即由于回归系数的不可变性，难以用一套公式适应多种路面条件。,2019/2/8,12,为弥补MCI不能从道路使用者角度进行路面评价的缺陷，桥本（1986）提出了简单的线性舒适性指数RCI（Riding Comfort Index）。这个模型的缺陷是当平整度大于一定的数值如 6. 0 m时， RCI会给出不合理的负值。,以上这些模型的共同特点是用回归技术建立路况指标与专家评价的直接关系。实际上用专家法建模还有另一种方法，即扣分法。这种方法为美国军队工程研究实验室首先采用。我国在“七五”国家重点攻关时（姚和孙，1990）也采用了这种方法建立了北京市和广东省的路面状况评价模
8、型。,2019/2/8,13,路面状况指数（PCI）,用扣分法建立的路面评价模型PCI（Pavement Condition Index）一般为非线性方程。见下式。,我国在“七五”国家攻关时根据北京市和广东省的路面状况，利用这种方法开发了PCI单指标模型。在PCI模型中，没有反映道路平整度的影响，它仅仅是路面表面破损（含车辙）的函数。,2019/2/8,14,该方法的好处是能够精确地计量和折算由多种损坏所导致的总体损坏程度。由于它是非线性的函数，而且采用了单项重复损坏修正系数，在对某种损坏类型较突出的路段进行评价时。可以避免总扣分过高或过低现象。因此，这种模型能克服日本MCI模型的缺陷，从理论
9、上说应该是比较完整和严谨的。但是，往往越严谨的模型其参数越难以取得，这种方法的困难之处是扣分值和修正值的准确估计（见表5-2）,2019/2/8,15,2019/2/8,16,3.2 路面使用性能评价模型的建立,80年代末期，交通部公路科学研究所恨据我国沥青路面状况在参照国外模型的基础上，确定了沥青路面使用性能评价方法。在河北和浙江两省有关地区选择了代表性的实验路段，组织了专家进行了以行驶舒适性和路面使用状况为重点的专家评价和路面数据检测。经过数据分析和整理，建立了一般公路路面使用性评价模型。这套模型在杭州市路面管理系统中得到实际应用，也为后来CPMS路面性能评价模型的建立提供了依据以下分5个
10、部分就该模型的建立方法及函数表达形式分别进行讨论。1）评价模型的影响因素及评分原则；2）调查项目和专家组成；3）实验路段选择和专家评价；4）数据分析与建模；5）模型分析。,2019/2/8,17,3.2.1 模型影响因素及评分原则路面使用性能评价一般是由道路养护工程师和道路使用者组成的专家组进行的。但是，专家评价只能限于少量路段。为便于对路面状况进行大规模评价，必须寻找路面状况的测定数据与专家评分值之间的联系，即建立主观专家评分与客观实测数据之间的关系，这种数学关系就是本文的沥青路面使用性能评价模型路面状况指数PCI（Pavement condition index）。PCI是表示路面状况和行
11、驶舒适性的指标。,2019/2/8,18,1模型影响因素评价路面使用性能时可分为两种情况，一种情况是考虑路面使用状况对路面性能的影响，对外界（车辆、行人）的影响忽略不计；另一种是考虑路面状况对使用者（车辆、行人）的影响。本文在建立路面状况评价模型时，考虑采用了以下两种情况；1）利用路面表面破损数据对路面使用性能进行评价；2）利用平整度对车辆行驶舒适性进行间接评价。,2019/2/8,19,2 评分方法在建立河北评价模型时，采用了10分制评分法，其评分标准和原则如表5-3所示。专家评分从舒适性和路面损坏程度两个方面并行进行。,2019/2/8,20,3.2.2 数据调查和专家组成,1 数据调查反
12、映路况的主要指标有纵向平整度、车辙、各类破损等。纵向平整度是影响行驶舒适性的主要因素，实验时采用了颠簸累积仪进行量测，其值以 mmkm为单位。路面病害按表5-4分类调查。表中系数为各类病害对行车及修复费用的影晌权值，利用这些系数可把各类病害换算成路面综合损坏。表中的纵、横向裂缝面积以实测长度乘以0.2m宽度计算面积。,2019/2/8,21,2 评价者组成专家组成员（见表5-5）由9人组成，其中道路使用者1人、道路管理人员4人。道路建设人员1人和道路研究人员3人。,在专家组进行路况评价以前，需要对专家进行培训、目的是明确调查目的、了解评价基本过程，认识路面损坏类型，掌握评价原则和标准，统一评价
13、尺度。评价时不考虑路面结构和环境因素，各专家独立评分，专家个人评分调查表见表5-6。,2019/2/8,22,3.2.3 试验路段选择和专家评价,1试验路段试验路段的选择主要考虑以下因素；路线等级、交通量大小、修建年限、损坏程度和平整度情况等。选路段时，考虑了不同等级和不同破坏程度的路面，力图收集比较完善和系统的路况资料。 试验路段共选取了24个，分布在石家庄和保定两个区不同等级，不同交通量的路线上。评价路段长度从100m到1000m不等。 2 . 专家评分对选择的24个试验路段分别进行主客观专家评分。专家评价分两次进行。第一次为舒适性评分。专家组成员乘坐同一辆车以40kmh55kmL的路段平
14、均速度驶过实验路段，评价其舒适性程度。第二次为路况评分。专家组下车沿着实验路段行走观察（路段较长时抽样观察），对路面损坏状况进行评分、评分同时，根据每一路段实际路况，在评价调查表（表5-6）上选定一种修复处治措施。,2019/2/8,23,3.2.4 数据分析与建模,1数据整理分析 24个试验路段的调查评分历时7天。共获得48组数据。其中专家评分数据432个，处治对策建议数据291个、这些数据为建立可靠的评价模型提供了基础。 2. 评价模型的建立,上述模型是针对河北省路面状况建立的，在使用本模型时作了如下规定：分别用PCI1、PCI2、PCI进行计算，三者之中取数值最小的作为路面状况指数PCI
15、。,2019/2/8,24,3.2.5 模型分析,目前世界上已有许多国家建立了路面使用性能评价模型。这些使用性能评价模型都是把路面状况的主观评分同物理指标（车辙、平整度、破坏率）加以联系使评价客观化的数学公式。在模型建立时，由于给定的条件（评价观点、方法、路面环境）不同，因而得到的评价模型，如第二节所述其特征也有差异。从图5-11、图5-12看出，即使在同一国家不同地区建立的模型也有差别。同样的路况，杭州给出了较低的PCI值。以上讨论的三个路面使用性能评价模型仅仅限于近几年的路面状况的评价。随着高速公路和专用公路里程的增加及数据检测设备的更新，模型还需要不断地加以修正和完善。,2019/2/8
16、,25,2019/2/8,26,3.3 路面养护技术规范采用的评价模型,前面讨论了PCI模型，分析了建模过程，用这种方法建模显得较为简单。由于数据易于得到，因而具有推广使用的价值。然而就PCI模型本身而言，其概念是模糊的。因为PCI既采用了路面破损状况（DR）指标，又采用了行驶舒适性（BI）指标，同时它又是两者的函数。为此，在路面管理系统CPMS Vn2. 0及公路养护拔术现范（JTJ073-96）（交通部， 1996）中，采用了更为清楚和直接的分项措标。这些指标是利用已有数据重新构造模型建立的 。,2019/2/8,27,路面状况指数：,舒适性指数：,结构强度指数：,2019/2/8,28,
17、为了对路面进行总体评价，系统引用了综合评价指数PQI，如式5-24所示。 PQI是一个综合的指标，它是路面损坏、平整度和强度的函数。路面综合指数：,采用上述分项及综合指标模型，解决了概念含糊的问题，同时把评价指标（如RQI）与国际指标（IRI）建立了关系。这样，模型在构造及概念上都较以前模型进了一步。尽管如此，上述模型特别是RQI模型仍然有许多缺陷。首先PCI、RQI二者的值域不统一（0100和010）。其次是当路面非常平整（IRI=0）和非常不平整时（IRI16时），RQI会给出不合理的预测值，表现了模型在结构上的缺陷。,2019/2/8,29,为了有效地避免上述模型的缺点，同时也为了统一指标的值域，对模型进行如下修改：,
