摘 要：本文以路面结构损伤程度及其损伤发展规律为依据进行路面损伤评价指标的制定。根据车辙预估模型对各试验段车辙增长趋势的预测来判断路面服役性能衰减状况、确定路面累积车辙量阈值，并提出路面车辙养护时间决策参考。
关键词：道路工程;车辙评价,柔性加铺层,管理决策;
本文基于柔性层加铺修复后的路面车辙开展路面管理决策研究，探索影响修复后路面车辙发展的重要因素、提供基于修复后路面车辙发展规律的养护决策，以及修复方案设计参考，对完善路面管养体系有着重要的理论价值和实际意义。
1 车辙评价与路面养护决策1.1 路面车辙评价指标的制定车辙评价指标的制定应遵循车辙发展规律。足各面车辙主要是路面混合料不断受荷载作用而累积变形，因此需考虑混合料的力学特性;另一方面，实际路段服役环境复杂，诸多因素影响下，路面车辙发展规律未必完全遵循路面混合料的力学规律。此外，在进行路面养护维护管理时，以力学指标作为决策变量在实际工程应用中颇有不便，而将决策依据转换为时间则更适合工程应用。制定车辙评价指标时应综合考虑混合料变形力学规律以及路面实际车辙量的累积情况，车辙评价指标与累积服役时间建立联系便于进行路面的管养决策的制定。
大量的车辙研究表明，车辙发展并不是一个线性连续的过程。路面车辙量在开放交通初期有时会呈现短暂地快速增加，这部分路面变形主要认为是路面混合料的压实，此阶段的持续时间主要与施工效果有关，但基本不涉及材料破坏;道路服役中期，随着路面服役时间的增长，累积交通荷载的继续增加，路面混合料受外界因素及荷载的作用，路面变形量随之增加，此阶段下的车辙量随累积荷载及服役时间的增加几乎呈稳定地线性增长关系，这一阶段持续时问最长，也最能体现路面整体服役性能的好坏;随着服役期的继续增长，材料性能衰减直至出现混合料的破碎，路面结构损伤加重，路面车辙量迅速增加，这部分的路面变形和前段压密不同，此时路面沥青混合料的损伤被认为是不可逆的。符合路面混合料力学特性的永久变形(车辙)发展趋势如图1所示。
由于道路服役环境的复杂性，实际路面的车辙量除了与路面材料损伤有关，更与交通荷载变化(如重载比例等)及车辆的实际通行行为(如荷载集中系数以及轴载谱的分布等)有关，路面车辙发展的趋势并不完全符合混合料破坏的三阶段规律，线性增长阶段与加速破坏阶段的区别在实际路面结构中不一定清晰;因此，为了便于制定路面管养决策，在进行车辙严重程度评价时，通常是以车辙深度值作为主要依据。
然而，对于进行加铺修复路面的车辙发展，由于路面结构并没有被完全翻新，原始路面存在一定程度的累积损伤，原结构层材料也存在一定程度的性能衰减;随着路面再次投入使用而增加交通量，路面结构时常要比预期更早地损坏，一些路段在累积车辙深度值不大的时候就己进入混合料加速破坏阶段。路面车辙发展末期趋势复杂，因此，仅仅以车辙量的绝对值为依据在评价修复后路面车辙严重程度时显得并不足够，有时还需结合实际路面车辙发展趋势进行综合评价。
根据已有的对车辙发展趋势的研究，认为选择一维车辙深度表达路面车辙己具有代表性，因此在这里选取路面左右侧车辙深度变化量作为车辙评价指标;然后，将路面累积车量与其它信息建立联系。为了适应工程使用，方便道路管理人员确定路面养护维护周期，这里选取修复后路而的累积服役时长作为时间参考，将车辙特征与路面累积服役时间相联系，车辙评价指标的提取方式如图2所示。
图1 路面混合料永久变形(车辙)发展趋势图 下载原图
图2 车辙评价指标提取示意图 下载原图
(图中，RDmax表示指定的车辙深度上限值)
图中a点表示为以累积车辙深度依据而制定的路面养护时间，b点表示，为以车辙量增长趋势变化的特征节点为依据的路面养护时间，综合考虑二者，取a、b两个时间的最小值作为路面养护时间。这里需指定路面预期使用年限，即路面服役时间上线，若在此期间车辙深度未超过拟定上限值，则会出现混合料加速破坏特征，则认为路面抗车辙性能良好，路面在规定的服役期限内无需针对路面车辙进行养护。根据以上方法，结合预测的路面车辙发展趋势，提出路面车辙评价指标，以此确定路面养护维护时间。
1.2 基于车辙的路面养护时间决策研究本项目利用C-LTPP数据库对路面养护决策进行研究。C-LTPP是加拿大战略公路研究计划(C-SHRP)管理的一个路面长期性能(LTPP)试验项目。该加拿大长期性能观测试验项目长期性能观测数据库，相关数据资料可在LTPP InfoPave＿NON-LTPP＿C-LTPP Data中获得。
C-LTPP数据库主要涉及了加拿大主要省级公路系统中的共24个公路试验段，分别位干十个州中。本文选择其中4个试验段进行研究，对各试验段中采取不同修复方案进行处治的各试验路段进行路面车辙评价，并确定路面养护时间阈值。各试验段的修复方案及刨铣厚度见表1所示。
表1中，HMAC为采用新热拌沥青混合料，RAP为采用路面回收的旧沥青混合料，RAP HMAC为采用新热拌沥青混合料与回收的旧沥青混合料掺配使用。
表1 各路段修复方案及刨铣厚度 下载原图
以车辙深度为特征指标进行路面车辙评价;这里指定的生命上限为20年，指定以a为参考依据的车辙深度上限为15mm(RDmax=15mm)。若在20年的累积使用时间内未出现a和b所述特征，则认为该试验段服役性能良好，由于统计了路面左右侧车辙深度值，因此先分别对左右侧车辙深度提取评价指标，再取二者的最小值;对于所取得的需要维护养护的累计服役期年限则统一向下取整。
根据以上方式，对各试验段提取基于车辙的路而养护时间阈值决策，并将试脸段对应的加铺修复方式、养护年份时间阈值及其所对应的路面累积轴载次数、车辙深度等相关信息进行统计。
2 柔性层加铺修复方案的比选通过比较不同修复方案下路面车辙发展趋势以及车辙严重程度，分别对4个试验段所采取的修复方案进行比选，为路面修复方案的制定提供参考。
2.1 不同修复方案下路面车辙发展分析根据车辙预估模型对各试验路段车辙发展趋势的预测结果，分别比较4个试验段中在不同修复方案下修复路面的车辙量。
此过程借助SPSS分析工具实现路面车辙发展的分析，选择分析→神经网络→多层感知机，根据需要对特征变量进行设置;尺度变量加入模型选择进行标准化处理;选择梯度下降优化方法，初始学习率为0.4，动能为0.9;输出观察预测图、残差分析图、自变量重要性分析结果。
由已有研究分析可知，车辙深度与横断面总填充面积的发展趋势基本一致。为了便于说明，这里取各试验路段的横断面总填充面积为特征指标，分别为4个试验段绘制各试验路段的的车辙发展趋势比较图，各试验路段(即不同修复方案下)的车辙发展趋势比较如图3所示。
观察图3中各试验路段的横断面总填充面积特征随试验路段累积服役时间的发展趋势图，可以直观地比较不同修复方案下路面的车辙程度，以此评价各修复方案下路面结构的抗车辙性能。其中，每一幅图表示同一试验段的车辙发展结果，同一幅图中的不同曲线表示各试验路段路面横断面总填充面积随累积服役时间而变化的趋势;同一幅图中整体靠上的曲线表示的试验路段车辙较严重，所对应路面结构抗车辙性能较差，同一幅图中整体靠下方的曲线表示的试验路段车辙较轻，所对应路面结构的抗车辙性能较好。
圈3 各试验路段车辙程度比较图 下载原图
(1)比较路面修复方案与修复后路面车辙发展的关系，一些试验段中所涉及的几种修复方案在对路面进行修复处治后，试验路段的车辙发展趋势呈现出较大区别，而一些试验段中所涉及的几种修复方案在对路面进行修复处治后，试验路段的车辙发展趋势则较为接近，说明不同修复方案对修复后路面车辙发展的影响程度不同。
(2)比较加铺层的沥青混合料类型与车辙发展的关系，发现完全使用或掺杂部分回收沥青混合料进行加铺的试验路段与采用全新的热拌沥青混合料的试验段相比，其车辙发展更不平缓，服役后期出现更为明显的车辙量加速增长趋势，而服役早期却未体现出较大差别;另外，一些使用全新的热拌沥青混合料的试验路段，由于材料压密作用而在路面服役初期累积较多车辙，而使用回收沥青混合料的试验段早期压密却不显著。加铺层材料的不同对车辙发展的影响主要集中在累积服役时间较长的阶段，若考虑其经济效益，可根据一定比例混合使用两种材料。
(3)比较加铺层的结构厚度与车辙发展的关系，总体上看，加铺层较厚的试验段路面车辙普遍较轻，但铺设厚度过大时，铺设厚度的增加对减少路面车辙的效果并不明显，甚至可能在早期压密阶段累积较高的车辙，说明厚铺的修复方式并不一定定减小路面车辙的最佳选择。
此外，对于加铺前路面是否进行铣刨，主要与原始路面累积损伤程度有关。原始路面累积损伤较重的试验路段，选择铣刨能够为加铺面层提供更平整的下层结构;原始路面表面处治不佳的试验路段在修复后路面车辙较为严重。因此，是否铣刨与铣刨厚度应由各试验段原始路而累积损伤程度决定。
2.2 基于车辙的路面修复方案比选修复方案的选择，对修复后路面的服役性能有重大影响。基于对各试验路段的车辙评价，判断在不同加铺厚度、加铺材料类型以及原始路面铣刨厚度的组合方案下修复后路面的服役性能，以此为依据对不同试验段进行柔性层加铺修复方案的比选。
以路面车辙严重程度及车辙发展趋势为依据，对4个试验段进行柔性层加铺修复方案的选择:选择路面修复方案时优先关注路面到达养护时间阈值的期限，然后再考虑累积车辙量、加铺材料类型及加铺厚度等指标，由于指定的路面服役寿命上限为20年，因此对于服役性能评价为良好的试验段，将需养护的累积服役时间记为20年，基于车辙的柔性层加铺修复方案的选择如表2所示。
表2 基于车辙发展的柔性加铺修复方案的选择 下载原图
本文基于车辙预估对柔性层加铺修复路面的车辙发展预测结果，制定了基于车辙的柔性层加铺修复路面的管理决策。
首先基于车辙模型对各试验路段后续的车辙发展趋势的预测结果，结合混合料的力学特性，制定了路面车辙评价指标，并将路面车辙深度发展趋势与修复后路面累积服役时间变量建立联系，提出了采取柔性层加铺方案修复后各试验路段的路面车辙养护时间阈值，为柔性层加铺修复路面的养护维护提供了参考。
然后分析了不同加铺修复方案对修复后路面车辙发展的影响;通过比较同一试验点内采取不同修复方案下的各试验路段路面车辙发展趋势，将路面表面横断面总填充面积特征的变化趋势与修复后路面的累积服役时间变量建立联系，综合考虑了以上针对各试验路段提出的基于车辙的路面养护时间阈值，评价了不同柔性层加铺修复方案下路面的抗车辙能力，比选了24个试验点采取的不同试验路段所采取的修复方案，为柔性层加铺修复方案的设计提供了借鉴。
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