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城镇道路沥青路面破损状况指数(PCI)计算方法研究

时间:2024/4/28 8:12:55   作者:未知   来源:交通科技与管理   阅读:28   评论:0
内容摘要:张 波(山西省交通规划勘察设计院有限公司,山西 太原 030006)摘要 城镇道路沥青路面破损状况指数(PCI)是确定沥青路面养护对策的重要依据。目前《城镇道路养护技术规范(CJJ 36—2016)》中PCI的计算方法存在一些问题,无法客观反映道路路面状况。文...
张 波
(山西省交通规划勘察设计院有限公司,山西 太原 030006)
摘要 城镇道路沥青路面破损状况指数(PCI)是确定沥青路面养护对策的重要依据。目前《城镇道路养护技术规范(CJJ 36—2016)》中PCI的计算方法存在一些问题,无法客观反映道路路面状况。文章分析了《城镇道路养护技术规范(CJJ 36—2016)》中PCI的计算方法,指出了该方法存在的问题,结合公路沥青路面状况破损指数计算思路以及城镇道路沥青路面病害发展规律,提出了城镇道路沥青路面状况破损指数计算方法和改进措施。
关键词 城镇道路;沥青路面;养护;路面破损状况指数;PCI
中图分类号 U418.1  文献标识码 A  文章编号 2096-8949(2024)03-0164-03
0 引言
城镇道路沥青路面养护对策是建立在对路面破损状况指数(PCI)、路面行驶质量指数(RQI)以及道路结构强度三个评价指标的分析之上,其中城镇道路沥青路面破损状况指数(PCI)能够直观反映路面破损程度,其重要性不言而喻。
目前城镇道路沥青路面破损状况指数(PCI)计算方法在实际应用中存在一些问题,比如:计算方法烦琐且逻辑不合理;计算结果存在路面病害增加,PCI分值反而增大的情况;PCI得分偏高,与实际情况不符。
该文通过对城镇道路沥青路面破损状况指数计算方法进行研究,结合公路沥青路面状况破损指数计算思路以及城镇道路沥青路面病害发展规律,改进了城镇道路沥青路面破损状况指数(PCI)的计算方法。
1 城镇道路沥青路面破损状况指数计算方法分析
根据中华人民共和国住房和城乡建设部发布的《城镇道路养护技术规范(CJJ 36—2016)》,PCI的计算方法如下:
ωij (1)
ωij (2)
(3)
式中,PCI——路面状况指数,数值范围为[0~100],如出现负值,则PCI取0;n——单类损坏类型数,对沥青路面的损坏,n取值为4,分别对应裂缝类、变形类、松散类和其他类损坏;m——某单类损坏所包含的单项损坏类型数,对沥青路面的裂缝类、松散类和其他类损坏,m取值为3;变形类损坏,m取值为4;DPij——第i单类损坏中的第j单项损坏类型的单项扣分值,具体数值根据损坏密度,由损坏单项扣分表中的值内插求得;ωij——第i单类损坏中第j单项损坏类型的权重,其值与该单项损坏扣分值和该单类损坏所包含的所有单项损坏扣分值总和之比有关;uij——权函数因子,其值为该单项损坏扣分值和该单类损坏所包含的所有单项损坏扣分值总和之比[1]。
城镇道路沥青路面破损状况指数(PCI)的计算思路如下:首先通过计算路面损坏密度,得到单项扣分值;然后根据单项扣分值计算权函数因子,进而计算单项权重,得到单类扣分值;最后根据单类扣分值计算权函数因子,进而计算单类权重,得到综合扣分值。路面状况指数(PCI)=100−综合扣分值。
通过上述分析不难看出,基础数据为单项扣分值,规范共给出4类13项沥青路面损坏扣分值,如表1所示。

表1 沥青路面损坏单项扣分表
序号 损坏类型 损坏密度/%
0.01 0.1 1 10 50 100
1 裂缝类 线裂 3 5 8 16 38 48
2 网裂 5 8 10 20 45 70
3 龟裂 8 10 15 30 55 80
4 变形类 拥包 3 10 15 30 52 65
5 车辙 2 7 12 25 45 55
6 沉陷 3 5 12 25 47 63
7 翻浆 10 15 20 40 65 80
8 松散类 剥落 2 5 8 15 35 45
9 坑槽 10 15 25 40 65 72
10 啃边 2 4 8 15 30 40

续表1 沥青路面损坏单项扣分表序号 损坏类型 损坏密度/%
0.01 0.1 1 10 50 100
11 其他类 路况差 3 8 12 12 12 12
12 唧浆 5 10 15 25 50 80
13 泛油 2 4 8 20 40 70


2 城镇道路沥青路面破损状况指数计算方法存在的问题
《城镇道路养护技术规范(CJJ36—2016)》中PCI的计算模型存在如下问题。
2.1 扣分值已含加权,利用权函数再次加权逻辑不合理
相同损坏密度情况下,不同损坏类型扣分值不同。损坏密度为1%的情况下,线裂扣分值为8分,车辙扣分值为12分,坑槽扣分值为25分。
可以看出,在沥青路面损坏单项扣分表中,不同路面损坏类型在扣分时已经考虑了权重。相同损坏面积的情况下,不同损坏类型对行车安全及道路耐久的影响程度不同。在该例中,坑槽影响最大,扣分值最高;车辙次之;线裂影响最小,扣分值最小,如图1所示。不同损坏类型扣分值所赋予的权重符合养护人员对路面病害的认识。


图1 线裂、车辙、坑槽扣分值对比分析图

《城镇道路养护技术规范(CJJ36—2016)》中PCI的计算方法引入了权函数,相当于在扣分值基础上进行二次加权。该权函数为三次函数,函数图如图2所示。
通过对权函数图分析,权函数可由一个分段函数拟合而成,分段函数如下所示。
(4)
当单项病害扣分值占所有单项损害扣分值比例在[0,0.4]区间内时,其权重为1.8,在[0.4,0.8]区间内其权重为0.25,在[0.8,1]区间内权重为1。通过上述分析可以看出,在PCI计算中,通过权函数对扣分值进行了二次加权,计算方法烦琐且权重分配不合理。


图2 权函数图

2.2 现有权函数会造成病害增加,扣分值减小的情况
权函数的自变量是各类病害所占比例,某种病害的扣分值增加,则其扣分值所占比例增加,其余病害扣分值所占比例下降。若该病害扣分值增大的幅度小于其他病害扣分值减小的幅度,则会发生道路总体病害增加,但扣分值反而减小的情况[2]。
以路段甲和路段乙的PCI计算为例进行说明。路段甲为支路,路面检查面积为10 000 m2,线裂损坏面积为5 000 m2,车辙损坏面积为1 m2。
路段乙为支路,路面检查面积为10 000 m2,线裂损坏面积为5 000 m2,车辙损坏面积为10 m2。
根据计算结果,路段甲的PCI得分值为64.21,道路路面损坏状况为C;路段乙的PCI得分值为65.12,道路路面损坏状况为B,计算经过见表2。

表2 原路段甲、路段乙路面状况指数计算表
路段 DP1 u1 w1 DP2 u2 w2 PCI
路段甲 38.00 0.95 0.93 2.00 0.05 0.16 64.21 
路段乙 38.00 0.84 0.84 7.00 0.16 0.42 65.12


可以看出,PCI计算结果与实际情况存在矛盾。路段乙损坏状况较路段甲严重,但PCI得分高于路段甲,且评级也优于路段甲。
2.3 现有PCI计算模型得分偏高,没有客观反映道路路面状况
以上文中路段甲和路段乙的PCI计算为例,路段甲、路段乙路面损坏密度均超过了50%,道路病害已较为严重,但PCI得分均超过60,路段乙评级更是达到B,可见其PCI计算结果没有客观反映道路路面状况。
3 城镇道路沥青路面破损状况指数计算方法改进措施
3.1 公路沥青路面状况破损指数计算方法介绍及分析
根据中华人民共和国交通运输部发布的《公路技术状况评定标准(JTG 5210—2018)》,PCI的模型如下:
(5)
(6)
式中,DR——路面破损率(%);a0——沥青路面采用15.00,水泥混凝土路面采用10.66;a1——沥青路面采用0.42,水泥混凝土路面采用0.461;Ai——第i类路面损坏的累计面积(m2);A——路面检测或调查面积(m2);wi——第i类路面破损的权重或换算系数;i——路面破损类型,包括损坏程度(轻、中、重);i0——损坏类型总数,沥青路面取21,水泥混凝土路面取20[3]。
公路路面损坏状况指数(PCI)函数图如图3所示。


图3 公路路面损坏状况指数(PCI)函数图

PCI及格标准为不小于60。由公路沥青路面PCI的计算可知,路面破损密度应控制在10%以下。
3.2 城镇道路沥青路面状况破损指数计算方法改进措施分析
一般情况下,1~3 mm缝宽的裂缝是沥青路面病害的初始形式,在得不到养护处理的情况下,病害会进一步发展,逐步发展为3 mm缝宽以上的横纵缝、龟裂、坑槽、沉陷等情况。
PCI计算的意义是为养护方案制定提供参考,结合公路沥青路面PCI的合格控制标准,城镇道路沥青路面PCI计算模型应将城镇道路沥青路面初始病害损坏密度控制在10%以下。初始病害1~3 mm缝宽的裂缝对应城镇道路沥青路面损坏表中的网裂一项。结合上述分析,拟定以城镇道路沥青路面网裂损坏密度≤10%为及格标准。故此得出城镇道路沥青路面PCI的计算模型为
PCI=100−2×∑DPij (7)
式中,PCI——路面状况指数,数值范围为0~100,如出现负值,则PCI取0;DPij——第i单类损坏中的第j单项损坏类型的单项扣分值,具体数值根据损坏密度,由损坏单项扣分表中的值内插求得。
4 实例分析
以上文中路段甲和路段乙的PCI计算为例,应用改进后的PCI计算模型后,计算结果如下:路段甲的PCI得分值为20,道路路面损坏状况为D;路段乙的PCI得分值为10,道路路面损坏状况为D,计算经过见表3。

表3 改进后的路段甲、路段乙路面状况指数计算表
路段 DP1 DP2 PCI
路段甲 38.00 2.00 20.00
路段乙 38.00 7.00 10.00


对比原PCI计算模型,可以看出新计算模型计算方法简单,逻辑清晰,不会出现病害增加,扣分值减少的情况;PCI得分值反映出路段甲、B路面病害情况严重,符合实际情况。
5 结语
目前《城镇道路养护技术规范(CJJ36—2016)》中PCI的计算方法存在一些不合理之处,该文通过对城镇沥青路面PCI计算方法进行分析,结合公路沥青路面状况破损指数合格标准控制以及城镇道路沥青路面病害发展规律,提出了城镇沥青路面PCI计算方法的改进措施,为城镇道路沥青路面养护方案决策提供了参考。

参考文献
[1]城镇道路养护技术规范: CJJ 36—2016[S]. 北京:中国建筑工业出版社, 2016. 
[2]彭前程, 吴瑞麟. 现行规范中路面状况指数(PCI)计算方法合理性研究[J]. 城市道桥与防洪, 2014(8): 263-266+
21. 
[3]公路技术状况评定标准: JTG 5210—2018[S]. 北京:人民交通出版社股份有限公司, 2018. 

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