浅析我国沥青路面使用性能评价指标及标准
作者：陈文胜
来源：《中外企业家·下半月》 2010年第1期
前 言
早在1962年, AASHO就提出了路面性能的概念。随着道路修筑技术的日益成熟,人们对道路使用知识的不断提高和经验的累积，路面使用性能的内涵也在不断的发展。近年来,随着现代高速公路的发展，人们对路面的功能和服务质量提出了更高、更全面的要求。
路面性能可定义为:公路路面在预定的设计年限内，在规定的荷载和气候条件下，达到预期的功能要求，实现和保障各类车辆安全、经济、舒适和快速行驶的能力和属性。从系统科学的角度出发，可将路面性能分为结构性能和功能性能。目前普遍关心的结构性能是路面的强度、稳定性和耐久性。功能性能通常指路面的舒适性、安全性等保证车辆行驶质量的路面特性。一般将路面性能综合为四个主要方面： 路面结构的承载力、 路面面层的行驶质量、路面面层的抗滑性和路面结构的损坏状况，这四方面分别从不同的侧面反映了路面状况对行车要求的适应情况。因此，了解这四个方面的测定方法、评价指标及其标准，为公路设计及施工提供一定的理论知识。
一、路面结构承载能力的评价指标和标准
路面结构承载能力通常可描述为路面在达到预定的损坏状况之前，还能承受行车荷载作用的次数或使用年限。
1. 测试方法
对路面结构承载能力进行评价，常见方法是现场测定路面弯沉。路面结构破坏的原因可能有两类:一是由于过量的变形造成路面结构破坏，用最大弯沉表示；二是由于某一结构层的断裂破坏造成路面破坏，用在荷载作用下路面的弯沉盆曲率半径表示。因此，理想的弯沉测定应包含最大弯沉值和弯沉盆。
路面弯沉测试技术的发展经历了三个阶段:(1)静力弯沉测试， Benkelman梁式弯沉仪是最常见的静力弯沉测试设备；(2)稳态动力弯沉测试；(3)脉冲动力弯沉测试，无损路面检测设备——落锤式弯沉仪FWD是脉冲式动力弯沉测试设备的代表。由于FWD较好地模拟了行车荷载的作用，能够快速、安全、准确地采集大量的路面弯沉信息，目前已成为路面弯沉测试的理想工具。
鉴于我国以往对路面承载能力建立的评价标准采用Benkelman梁式测定的静态弯沉指标，为了使新的测试方法与各类标准衔接，需要建立FWD和Benkelman梁测定的弯沉指标之间的关系。通过分析大量的实测数据，发现FWD和Benkelman梁测定的弯沉值之间存在明显的线性关系，关系式为:
DBB=α×DFWD+b
式中:
DBB——Benkelman梁测定的弯沉值(1/100mm);
DFWD——FWD测定的弯沉值((1/100mm);
a, b——待定常数，可由试验数据回归分析得到。
动态弯沉测定可以得到最大弯沉值d(mm)和弯沉盆，由此可以用两种方法评定路面结构承载能力，(1)通过对路面各层结构模量的反算，应用理论解分析评定路面的结构承载能力;(2)利用路基模量反算值，直接评定路面结构承载能力。
2. 评价指标及标准
对沥青路面承载能力的评价可采用路面结构强度指数(SSI)作为指标，路面结构强度指数(SSI)定义为:
SSI = lr / ls
式中:
SSI——路面结构强度指数;
lr——路面设计容许弯沉值;
ls——路段路面实测代表弯沉值。
表1
《公路沥青路面养护技术规范》承载力评价标准
二、路面行驶质量的评价指标和标准
从路面性能的角度来说，影响路面行驶质量的最主要因素是路面平整度。
1. 测试方法
路面平整度的测试技术、测试方法和仪器总体上有两大类型:(l)断面类平整度测定;(2)反应类平整度测定。我国现行规范《公路路基路面现场测试规程》中规定我国目前路面平整度测定的方法有:3m直尺、连续式平整度仪、车载式颠簸累计仪。为了适应高等级沥青路面平整度测定的需要，目前较先进的仪器是非接触式断面仪，如丹麦生产的Dynatest 5051 RSP激光平整度测试车，该测试车通过安装在测试车上的激光发生器和集光器，并根据光时差原理测定路
表面的凹凸状况，测定的路面高程差结果经系统处理器计算后直接输出国际平整度指数IRI值。
2. 评价指标
实际测量中经常使用各种不同类型的平整度仪，为了得到在时间上和空间上具有稳定特性的平整度指标值，世界银行1982年在巴西进行了平整度仪比较分析试验。实验分析发现:在相同的速度条件下，各种平整度仪之间具有很高的相关性，其中1/4车指数QI(Quarter lndex)提供了最佳的相关性，同时研究人员提出了采用国际平整度指数IRI作为道路平整度测量的标准尺度。在统一平整度指标的基础上，为了便于评价，可建立路面行驶质量的评价指标RQI。
RQI＝a+b·IRI
式中:
RQI——路面行使质量指数，数值范围为0～10，如出现负值则取0，大于10时取10;
a，b—— 经验系数，由主观确定，规范推荐值a=11.5，b=-0.75。
3. 评价标准
建立衡量路面行驶质量指数RQI的标准，应该考虑到车辆部件磨损周期、货物颠簸损耗量和人体舒适性三部分，其中人体的舒适性要求最重要。通过对一定数量的高等级沥青路面的平整度进行实地测量，并调查乘客的感受(由乘客舒适性打分获得主观RQI值)得到表2所示对应关系：
表2
路面平整度与乘客感受对应表
综合以上分析，各种平整度仪实测指标及人体的实际舒适感受间可以相互换算，统一到评价指标IRI后计算RQI 。《公路沥青路面养护技术规范》中对国际平整度指数IRI和路面行驶质量指数RQI分级标准如表3。
表3
高等级公路沥青路面行驶质量指标的分级标准
三、路面行驶安全的评价指标和标准
路面对车辆行驶安全性提供保证的主要是路面的抗滑性能。通常路面抗滑性能可视为轮胎与路面间的摩擦阻力f。
1. 测试方法
根据影响路面抗滑性能的因素分析，路面抗滑性能的测试总体上可分为两类:直接法和间接法，测试具体路面的摩擦系数等参数可采用四种方法:(1)制动距离法;(2)锁轮拖车法;(3)偏转轮拖车法;(4)摆式仪法。
2．评价指标
目前尚未建立较好的路面抗滑性能统一评价指标，根据测试指标的不同，可将摆值BPN、横向力系数SFC及纵向摩擦系数PFC等直接作为评价指标，不同的指标之间可通过相关性分析进行转换。交通部公路研究所曾对摆式仪的摆值BPN与SCRIM测试车测试结果进行了对比分析，建立了横向力系数SFC与摆值BPN之间的关系:
SFC＝1.98·BPN - 34
由于道路表面构造是抗滑性能的决定性因素，为保证行驶安全，应该将反映路表面构造的要素作为抗滑控制指标。对于宏观构造，一般由构造深度TD表征，采用铺砂法测定，面层表面的构造深度TD决定车辆高速行驶时摩擦系数的降低百分率。TD越大，摩擦系数的降低百分率越小，反之，越大。微观构造难以野外实测，一般认为面层石料磨光值PSV代表了抗滑耐久性的优劣。因此，为了评价更科学、合理，应将TD和PSV也作为路面抗滑性能的控制指标。
3．评价标准
综合以上分析，可将各种路面抗滑性能实测的指标数据之间进行相互换算，统一到评价指标SFC或BPN，参照规范建立分级标准，见表4。
表4
高等级公路沥青路面抗滑性能指标的分级标准
四、路面破损状况的评价指标和标准
路面结构的破损状况反映了路面结构保持完整或完好的程度，直接影响道路的服务水平。在进行路面结构的损坏评价时，须从三方面进行描述:(1)损坏类型;(2)损坏的严重程度;(3)出现损坏的范围和密度，综合以上三方面才能对路面结构破损作出全面的评价。
1. 调查测试的方法
由于各种损坏对路面结构的完好程度和使用性能有不同程度的影响，因此，在评价路面破损状况时必须全面、科学，并对每种破坏规定其明确的定义。目前路面破坏调查广泛采用的是人工目测法。对路面破损的类型及其严重程度的判断可参照《公路沥青路面养护技术规范》。
2. 评价指标
每个路段的路面可能出现不同类型、不同严重程度和范围的损坏，其评价指标有所不同。为了定量比较各路段的损坏状况，需要采用一项综合评价指标对路面损坏状况进行评价。目前广泛使用的标价指标主要是根据路面破损的严重程度和范围采用沥青路面破损率DR来计算:
式中:
DR——路面综合破损率，以百分级计；
D——调查路段内的折合破损面积 (m2)；
Dij——第i类损坏、第j类严重程度的实际破损面积(m2)，如为纵、横向裂缝，其破损面积为:裂缝长度 (m) x0.2;车辙破损面积为:长度 (m)x0.4；
Kij——第i类损坏、第j类严重程度的换算系数。
为了计算和评价方便，根据沥青路面破损DR，可确定路面破损状况指数PCI作为路面破损状况的评价指标，PCI的数值范围为0～100，计算公式为:
PCI=C+α·DRb
式中:
PCI——路面破损状况指数;
C——初始无损坏时的评分值，一般C=100;
DR——路面综合破损率，以百分级计;
a, b——待定常数。《公路沥青路面养护技术规范》中a=-15；
b＝0.412。
3. 评价标准
参照现行养护规范建立的路面破损状况指数PCI的评价标准如表5。
表5
高等级公路沥青破损指标的分级标准
通过分析沥青路面使用性能的评价指标及评价标准, 为了改善沥青路面的使用性能及行驶安全性, 在设计和施工过程中, 应重视以下几个问题:
（1） 提高路面结构的承载能力。沥青路面结构的设计过程中，以弯沉值作为主要控制参数。
（2） 提高路面的行驶质量。施工过程中，严格控制骨料的均匀性，同一工程项目，统一石料加工机具、工艺和筛孔尺寸，保证材料均匀。
（3）提高路面行驶的安全性，防止和减缓路面破损。施工过程中，重视施工机械的选型和配置，考虑其先进性，满足路面连续摊铺的需要；同时加强施工控制，主要是平整度和压实度。平整度控制的重点是材料的均匀性，防止离析。
参考文献：
［1］ 中华人民共和国行业标准.公路沥青路面养护技术规范[M].北京：人民交通出版社，2002.
［2］ 中华人民共和国行业标准.公路路基路面现场测试规程[M].北京：人民交通出版社，1995.
［3］ 姚祖康.路面管理系统[M].北京：人民交通出版社，1993.
［4］ 姚祖康.对国外沥青路面设计指标的评[J].公路，2003.
［5］
潘玉利.路面管理系统原理[M].北京：人民交通出版社，1998.
［6］ 孙立军，等.沥青路面结构行为理论[M].上海：同济大学出版社，2003.
（责任编辑：袁凌云）
