既有水泥混凝土路面状况调查评价研究

刘毅超，青华彬

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072）

0 前 言

随着国家交通基础设施的大力建设和城市化的快速推进，由于水泥混凝土路面易扬尘，接缝的设置导致美观度和舒适度降低，其已难以满足市政道路和高等级公路的要求，旧水泥混凝土路面加铺沥青路面的整治工程已广泛开展。

参考《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2011），针对水泥混凝土路面状况的调查评价主要包含路面损坏状况（断板率、错台量）和路面结构强度（接缝传荷能力、板底脱空状况等）。但目前的调查评价指标并未形成综合调查评价体系，设计者难以对整治路段路面状况形成一个整体性的认识，加之针对板底脱空状况的分级评价标准并未统一明确，从而影响了原水泥混凝土路面补强措施的选择及加铺层的结构设计。

本研究旨在通过明确的评价指标体系，基于模糊综合评价法，对现有路段的旧水泥混凝土路面进行综合评价，得到一个综合的评价等级，以方便设计者采取相应的修补方法和进行加铺层结构设计。

1 既有水泥混凝土路面状况调查评价指标体系

水泥混凝土路面状况调查评价指标体系U主要针对改造路段路面损坏状况和路面结构强度进行评价，包括断板率u1、错台量u2、接缝传荷能力u3和板底脱空状况u4四个方面。

1.1 断板率

依据路段破损状况调查得到的断裂类病害的板块数，裂缝种类和严重程度的不同，采用不同的权系数进行修正后，以确定该路段的断板率，以百分数表示［1］，具体标准如表1所示。

表1 断板率的分级评价标准［2］

1.2 错台量

采用错台仪量测接缝两侧板边的高程差，量测点的位置在错台严重车道的右侧边缘内300 mm处［2］。错台量分级评价标准见表2。

表2 错台量的分级评价标准

1.3 接缝传荷能力［2］

测定接缝传荷能力的试验荷载应采用设计轴载的一侧轮载，将荷载施加在邻近接缝的路面表面，实测接缝两侧边缘的弯沉值。接缝传荷能力具体由接缝传荷系数表达，取未受荷板接缝边缘处的弯沉值与受荷板接缝边缘处的弯沉值的比值百分比（见表3）。

表3 接缝传荷能力的分级评价标准

1.4 板底脱空状况［3］

大量工程实践表明，水泥混凝土路面板角脱空区域在平面上表现为三角形。在脱空分析时假设脱空区域在平面上为等腰三角形，定义等腰三角形边长为板角脱空尺寸。

随着路面板角脱空尺寸的增大，脱空尺寸增大至0.4 m之后，路面板寿命急剧降低，此时应立即进行加固处治，否则将很快出现早期断裂；由于脱空尺寸LV=0.7 m为临界荷位转移的临界脱空尺寸，因此基于以上分析，需将脱空尺寸LV=0.4 m和LV=0.7 m确定为脱空等级的划分界限，并增设中间值LV=0.55 m为划分界限。板底脱空状况的分级评价标准如表4所示。

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表4 板底脱空状况的分级评价标准

2 模糊综合评价法［4-5］步骤

2.1 确定因素集

因素集U是由影响评价对象的各因素组成的集合。例如有n种因素构成的因素集：

各因素ui（i=1，2，…，n）代表对评价对象有影响的因素，它们通常具有一定程度的模糊性。

2.2 确定评语集

评语集是评价者对评价对象可能做出的评价结果所组成的集合。设有n种级别评语所构成的评语集，通常用V表示：

即V=（v1，v2，v3，v4）=（优良，中，次，差）。

2.3 确定隶属度

本文根据统计数据来确定评价体系指标的隶属度。设某一指标因素ui（i=l，2，…，n），对该指标的评语为j级的所对应的相关指标因素的比例为rij，即rij为评价指标对V的隶属度。评价指标体系中各种指标的评价依据见表5所示。

表5 各指标的分级评价标准

2.4 确定模糊评价矩阵

假设第i个因素ui（i=l，2，…，n）对评语集V中第j个元素的隶属度为rij（j=l，2，3，4），则第i个因素的评价结果可用模糊集合表示为Ri，Ri=（ril，ri2，ri3，ri4）。当对m个因素进行了综合评价时，其结果可构成模糊评价矩阵R，R的形式如下：

通过由所有因素构成的模糊评价矩阵右乘专家研究得到的权重，得到模糊评价结果C，其计算公式如下：

最后根据最大隶属度原则得到综合评价结果，即模糊评价结果对V的隶属度，公式如下：

3 实例分析

3.1 项目概况

3.2 既有水泥混凝土路面状况调查评价

3.2.1 模糊综合评价的过程

（1）确定因素集

针对水泥混凝土路面状况调查评价指标体系U：U=（u1，u2，u3，u4）。

（2）确定评语集

本评价模型的评语共分为四个等级。具体的评语集为：V=（v1，v2，v3，v4）=（优良，中，次，差）。

（3）确定隶属度

统计各指标因素所对应表5的指标分级评价标准中的相应比例，各指标隶属度的计算结果如表6所示。

表6 各指标的隶属度

根据各指标隶属度的计算结果分析，断板率u1对应评语集集中在中和次等级；错台量u2对应评语集以中等级为主；接缝传荷系数u3对应评语集也以中等级为主；板角脱空尺寸u4对应评语集仍集中在中和次等级。

（4）确定模糊评价矩阵

根据表6，当对上述4个因素进行了综合评价时，其结果可构成模糊评价矩阵R，建立模糊评价矩阵如下：

（5）综合评价

以上模糊评价矩阵根据式（4）可计算各指标的模糊综合评价的最终评价值。其中，由于路面损坏状况对加铺层结构设计影响大，且两个指标的分级评价标准依据为行业规范，故路面损坏状况的权重较路面结构强度适当提高。

根据最大隶属度原则，0.397=max（0.246，0.397，0.268，0.089），对应V=（v1，v2，v3，v4）=（优良，中，次，差），最大值对应评语集V为中等级，确定的评价结果为中。

3.2.2 模糊综合评价的结果分析

根据最大隶属度原则确定的评价结果为中，当评价等级为中等时，或者新旧混凝土板的平面尺寸不同、接缝形式或位置不对应或路拱横坡不一致时，可采用分离式混凝土加铺方案或沥青混凝土加铺方案。加铺时必须对旧水泥混凝土路面进行处治，应更换破碎板，修补和填封裂缝，压浆填封板底脱空，磨平错台，清除旧混凝土面层表面的松散碎屑、油迹或轮胎擦痕，剔除接缝中失效的填缝料和杂物，并重新封缝［2］，处置后根据加铺层结构设计成果开展面层加铺。

3.2.3 加铺方案

综合考虑评价等级、行驶舒适度、降噪和景观等因素，本项目采取沥青混凝土加铺方案。在对旧水泥混凝土路面进行必要的处置后，采取双层沥青加铺面层方案，为4 cm沥青玛蹄脂SMA-13+6 cm中粒式沥青混凝土AC-20C，面层间及加铺层与旧水泥混凝土路面间设置黏层。为减缓反射裂缝，采取了双面层加铺层设计，满足规范最小厚度10 cm的建议值，同时在加铺层沥青混合料中掺加纤维及橡胶等改性剂。

4 结 论

4.1 评价法特点

（1）对旧混凝土路面应调查的路面状况指标（断板率、错台量、接缝传荷能力和板底脱空状况）和分级标准（优良，中，次，差）进行了明确。

（2）通过统计各指标因素所对应的指标分级评价标准中的相应比例，从而确定各指标隶属度，在确定模糊评价矩阵后，最终得到综合评价结果。

（3）运用模糊综合评价法，可对整治路段路面进行综合评价，让设计者对项目有整体认识与把控，为确定修补方法和加铺层结构设计提供依据，提高了工程技术经济合理性。

4.2 未来展望

旧混凝土路面调查内容还包含公路修建和养护技术资料、已承受的交通荷载及预计的交通需求、环境条件等，路面损坏状况和路面结构强度也还包含路表弯沉、混凝土强度等其他指标，受制于部分指标数据难以取得、量化或其他原因暂未纳入本评价指标体系，未来研究应进一步补充评价指标，使评价体系更趋完善。