路面养护设计新理念与新技术

路面养护设计新理念与新技术公路养护技术国家工程研究中心中公高科养护科技股份有限公司李强公路养护技术国家工程研究中心2内容提要2发展背景及认识现状问题及需求创新理念及技术工程验证及示范公路养护技术国家工程研究中心3发展背景行业需求基本认识1.发展背景及认识公路养护技术国家工程研究中心1.1发展背景419701980199020002010时间（年）4008,229741131402,698163141028,348522888,2500650,0000公路：400万公里高速：7.4万公里国道：16.4万公里省道：26.9万公里“十一五”期间：改建：55.0万公里大修：16.7万公里中修：36.4万公里养护资金：8011亿元公路养护技术国家工程研究中心1.1发展背景5”“十二五期间，部将组织开展以“五射六纵四横”等15条国道为重点的干线公路改造工程，加快路网结构优化升级，全面提高干线公路综合服务水平。全国每年国省干线公路实施大中修养护（含预防性养护）的比重不少于17%。公路养护技术国家工程研究中心1.2行业需求6•快速检测技术•数据处理技术•快速检测装备•……A.路况快速检测B.养护决策分析D.养护工程实施C.养护方案设计•路况评价技术•优化决策技术•公路资产管理•……•路面病害诊断•路面结构设计•长期性能预测•……•快速养护材料•环保养护材料•旧路升级改造•……公路养护管理技术需求公路养护技术国家工程研究中心1.3基本认识（1）7养护决策分析养护方案设计养护工程实施路况快速检测路面养护设计对存在养护需求（或确定实施养护工程）的路段，通过专项检测诊断路面病害原因，据此选择养护对策并设计养护方案，通过科学的技术经济比选，推荐出相对最优方案。公路养护技术国家工程研究中心1.3基本认识（2）8公路养护科学决策技术在什么时间（When）？对哪些路段（Where）？采用何种养护对策（What）？技术状况评定养护工程计划路网养护规划…………路网级养护决策病害诊断分析养护方案设计经济效益评价…………项目级养护决策公路养护技术国家工程研究中心9国外现状国内现状存在问题任务要求2.现状问题及需求公路养护技术国家工程研究中心2.1国外技术与应用现状101.制订了独立的路面养护设计规范或指南：英国DMRB：PavementDesignandMaintenance美国AASHTOGuideforDesignofN&RPavement澳大利亚GuideforPavementRehabilitation公路养护技术国家工程研究中心2.1国外技术与应用现状112.构建了完善的养护分析和养护设计工作流程，主要包括：数据采集、路况评价、病害诊断、对策选择、方案设计、经济分析、方案比选等部分。3.在养护设计过程中普遍应用了先进的经济分析方法，如全寿命周期费用分析（LCCA）技术。公路养护技术国家工程研究中心2.1国外技术与应用现状124.开发了配套检测装备和设计软件，形成了相关工作标准和规范，对养护设计数据采集和模型参数标定有严格的规定和要求。英国：TRACSTypeSurveysforLocalRoads美国：GuidelinesForEvaluationofExistingPavements公路养护技术国家工程研究中心2.2国内技术与应用现状13路况自动化检测成套装备（CiCS、ABB、SCRIM）1公路技术状况评定标准（JTGH20-2007）2国省干线及高速公路路面管理系统（CPMS）3道路全寿命周期费用分析技术（HIBA）4MQI路面状况（PQI）路基状况（SCI）桥涵构造物（BCI）沿线设施（TCI）路面损坏（PCI）行驶质量（RQI）路面车辙（RDI）路面抗滑（SRI）路面强度（PSSI）公路养护技术国家工程研究中心2.3实践中存在的主要问题141.养护设计流程不够清晰，工作缺乏规范性现阶段我国缺少专门针对“公路路面大中修养护设计”的实用技术和相关规范，尚未严格地建立起从路况检测、病害诊断、方案设计到方案决策的科学技术体系和工作流程。公路养护技术国家工程研究中心2.3实践中存在的主要问题152.养护对策的选择缺乏科学依据养护对策选择过于依赖经验，缺乏针对性。两种常规做法：1）原结构修复；2）采用经验典型结构。路面结构形式较为单一，对于旧路结构性状和损坏机理缺乏深入全面的认识。公路养护技术国家工程研究中心2.3实践中存在的主要问题163.养护方案设计对路面综合使用性能考虑不足过于倚重力学设计指标（弯沉、拉应力等），对于结构层次及功能性的合理匹配、路面排水性能、路基技术状况，特别是力学指标和使用性能指标（路面损坏、平整度、车辙、抗滑性能等）的统一性缺乏全面考虑和定量研究。路面弯沉公路养护技术国家工程研究中心2.3实践中存在的主要问题174.对养护方案的长期经济效益缺乏科学评价在对养护方案进行综合比选时没有引入科学的评价方法，对各种备选养护方案的经济性缺乏定量和长效的考虑，全寿命周期费用分析等先进技术的应用水平较低。TechnicalEconomic时间（年）长期使用性能养护标准残值方案A方案B寿命周期费用分析期0101520公路养护技术国家工程研究中心2.3实践中存在的主要问题185.管理程序有待完善，方案重视程度有待加强设计管理程序多样化（工可、初设、施工图），周期偏长；养护工程（中修、大修、预防性养护）分类不尽相同；设计取费偏低，设计单位缺乏积极性和创造性，仅仅是业主意图的简单实现和复制。公路养护技术国家工程研究中心2.4任务与要求19“一个中心”以构建“畅、安、舒、美”的公路交通环境为中心“三个推进”推进决策科学化、技术进步和管理规范化“五个提高”提高公路通行能力、路况水平、安全水平、出行服务水平和公路文明水平指导思想过程VS结果公路养护技术国家工程研究中心2.4任务与要求201科学组织大中修养护设计。针对路面大中修养护设计的需求和特点，提出路况详细数据的检测流程、指标、方法和要求，促进路面大中修养护设计数据采集的规范化和制度化；采用全寿命周期费用分析技术，综合考虑路面损坏、平整度、车辙和结构强度等多项指标，合理确定路面结构组合形式，设计优选路面大中修养护方案，全面提高养护工程质量，实现10年不大修。推进决策科学化：建立科学养护决策制度。建立包含路况检测与评定、养护标准设定与需求分析、养护方案比选、规划与计划编制4个关键环节的养护决策制度，初步实现在最佳时间、对最需养护的路段、采取最恰当的养护措施，提高公路养护决策的科学化水平和养护资金使用效率。公路养护技术国家工程研究中心2.4任务与要求21大力推广绿色养护技术。大力推广符合资源节约、节能减排的绿色养护技术。以沥青路面冷再生、沥青路面温拌、水泥路面就地利用、废旧轮胎沥青橡胶技术等为重点，解决路面耐久性不足导致的早期损坏、车辙、反射裂缝等常见病害。路面旧料回收率达到95%以上，循环利用率达到50%以上。推进技术进步：全面提升公路养护技术水平。以经济、环保、实用为衡量标准，转化、应用一批公路养护成熟技术，包括：养护科学决策成套技术、基于全寿命周期费用分析的路面养护设计技术等，基本实现养护成套技术的集成应用，以此带动和引领公路养护的技术进步。2公路养护技术国家工程研究中心2.4任务与要求22加强路面预防性养护。要在示范工程中，积极采用经济、适用的预防性养护技术。重点对路面使用性能指数（PQI）在85以上，实施大修或改建超过4年的路段实施预防性养护。提高公路路况水平：加强路面大中修改造。全线路面技术状况指标达到良等水平（PQI≥85），优良路率达到90%以上，无次差等路。经过改造的路段路面技术状况（PQI）达到90以上。3.公路养护技术国家工程研究中心23课题支撑设计理念设计方法关键技术3.创新理念及技术公路养护技术国家工程研究中心3.1课题支撑242交通运输部“十一五”公路养护专项：西部地区高等级公路养护技术研究（2007-2011）1国家高技术研究发展计划（863）项目：公路全断面动态快速检测技术研究（2006-2009）3交通运输部“十二五”重大科技专项：半刚性基层沥青路面结构性破损诊断与修复关键技术研究（2011-2014）4交通运输部公路工程行业标准规范：公路沥青路面大中修养护设计规范（2011-2012）公路养护技术国家工程研究中心3.2研究目标25结合我国公路养护管理的实际情况，建立一套科学的路面大中修养护设计技术体系，完善养护设计工作流程，促进公路养护决策科学化和管理规范化。面向我国公路养护设计实践，提出一套针对性和操作性强的路面大中修养护设计方法，引导公路养护设计技术的发展与进步。通过关键技术研发、集成和验证，形成一套技术先进且实用有效的《公路路面大中修养护设计规范》，科学指导路面大中修养护设计工作。公路养护技术国家工程研究中心3.3设计理念26养护设计新理念对路面使用性能进行全过程控制判别路面质量优劣的终极标准是路面的使用性能，按照使用性能分析、设计路面结构及材料已经成为一种必然趋势。对养护方案经济性进行科学评价根据技术经济条件，借助科学的经济分析方法——全寿命周期费用分析（LCCA）方法进行养护方案的比选和优化。公路养护技术国家工程研究中心3.3设计理念27对路面使用性能进行全过程控制路面长期使用性能（LTPP）：LongTermPavementPerformance从不同侧面反映了路面技术状况对行车要求的满足或适应程度，包括功能性能和结构性能两个方面。功能性能主要表现为行驶舒适性、行车安全性、运行经济性等；结构性能则表现为路面损坏状况和结构承载能力。公路养护技术国家工程研究中心3.3设计理念28对养护方案经济性进行科学评价全寿命周期费用分析（LCCA）：LifeCycleCostAnalysis从项目的长期经济效益出发，在确定养护方案时，不仅考虑路面的初始性能和费用，而且还要全面考虑路面实施养护维修后，整个寿命周期内发生的各种费用（管理费用和用户费用）以及产生的效益，寻求满足经济优化目标的最佳投资方案。公路养护技术国家工程研究中心从“结构、材料、荷载、环境、经济”等方面综合考虑，实现“结构与功能并重”，“技术与经济相统一”。基于LCCA的路面大中修养护设计方法3.3设计理念29力学指标保证路面结构的整体强度；使用性能指标保证设计期内路面性能维持在预定水平；经济指标保证养护资金的长期投资效益。以经济指标作为优化条件，通过LCCA方法，选择技术可行（既满足力学要求又能满足使用性能要求），同时最经济合理的路面养护方案。公路养护技术国家工程研究中心3.4设计方法30路况检测病害分析养护方案身体检查疾病诊断治疗处方路面人体人体公路养护技术国家工程研究中心3.4设计方法311养护数据采集2路面病害诊断3养护方案设计4经济效益分析5养护方案优选设计流程基于LCCA的路面大中修养护设计方法公路养护技术国家工程研究中心3.4设计方法321养护数据采集2路面病害诊断3养护方案设计4经济效益分析5养护方案优选路线信息建养历史交通组成经济参数路面损坏平整度/纵断面车辙/横断面路面抗滑性能路面弯沉内部缺陷排水状况路基状况无损检测几何线形基础信息路网层级路况普查项目层级详细调查公路养护技术国家工程研究中心3.4设计方法331养护数据采集2路面病害诊断3养护方案设计4经济效益分析5养护方案优选路面损坏评价结构性能评价功能性能评价划分设计单元和形成设计对象（分段设计/分类处理）路面病害诊断（类型、成因、程度）大修补强中修罩面专项处治预防养护方案A方案B……方案A方案B……方案A方案B……方案A方案B……交通状况评价挖探试验材料试验无损检测现场勘查构建养护对策公路养护技术国家工程研究中心3.4设计方法341养护数据采集2路面病害诊断3养护方案设计4经济效益分析5养护方案优选确定设计目标（设计技术要求）养护方案设计（力学~功能设计法）厚度设计结构组合设计结构验算（设计弯沉）结构使用寿命功能损坏周期设计交通量使用性能标准材料设计功能验证（养护周期）同时满足公路养