瀝青路面彎沉與典型病害的灰色關(guān)聯(lián)分析2

1、瀝青路面彎沉與典型病害的灰色關(guān)聯(lián)分析胡建福（浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，杭州310006）摘 要：對(duì)浙江省某高速公路路面彎沉及病害進(jìn)行調(diào)查，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明車轍和裂縫是該路路面的典型病害。運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度理論對(duì)彎沉及典型病害參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，深入解析病害產(chǎn)生的原因，為制定具有針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)措施提供依據(jù)。關(guān)鍵詞：瀝青路面；彎沉；車轍面積率；裂縫率；灰關(guān)聯(lián)；中圖分類號(hào)：U416.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：BGrey Incidence Analysis for Deflection and Typical Damages on Asphalt PavementHu jian-fu(Zhejiang Provinci

2、al Plan DesignResearch Institute of Communications, Hangzhou, 310006 China)Abstract: The investigation and statistics of deflection and damages on the asphalt pavement of a highway in Zhejiang Province show that ruttings and cracks are the typical damages. This paper analyses the relationship betwee

3、n the deflection and typical damages by means of gray incidence and the causes of damages, and provides bases for taking effective maintenance measures.Key word: asphalt pavement；deflection；rutting area ratio；cracks ratio；grey incidence1 引 言浙江省高速公路網(wǎng)建設(shè)日趨完善，隨著高速公路使用年限的增長及交通量的不斷增大，路面使用狀況和服務(wù)水平逐漸衰減，各種路面病

4、害隨之顯現(xiàn)，高速公路已進(jìn)入維修養(yǎng)護(hù)期。造成瀝青路面損壞的原因是多方面的，對(duì)病害產(chǎn)生的原因進(jìn)行科學(xué)分析是提出具有針對(duì)性養(yǎng)護(hù)維修對(duì)策的依據(jù)。對(duì)于半剛性基層瀝青路面而言，路面彎沉值是體現(xiàn)路面強(qiáng)度的重要指標(biāo)，在瀝青路面使用性能評(píng)價(jià)體系中是決定路面是否補(bǔ)強(qiáng)的重要參數(shù)。路面彎沉的大小不僅體現(xiàn)路面強(qiáng)度狀況及相對(duì)差異，還反映出結(jié)構(gòu)層的病害弱點(diǎn)所在1，它與路面的損壞之間存在著某種內(nèi)在關(guān)系，目前關(guān)于這方面的研究還較少。文章從我國高等級(jí)公路實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合浙江省某高速公路瀝青路面彎沉及病害調(diào)查結(jié)果，對(duì)路面彎沉與典型病害參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，評(píng)價(jià)其相關(guān)性，深入解析瀝青路面典型病害產(chǎn)生原因及特點(diǎn)。2 路面彎沉及病

5、害調(diào)查2.1 路面彎沉調(diào)查采用落錘式彎沉儀對(duì)該路進(jìn)行彎沉檢測(cè)，并將動(dòng)態(tài)彎沉值換算成相應(yīng)的貝克曼梁回彈彎沉值。彎沉統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)具體見表1。段落行車方向代表彎沉值（0.01mm）設(shè)計(jì)彎沉值（0.01mm）路面強(qiáng)度系數(shù)SSI路面強(qiáng)度評(píng)價(jià)序號(hào)樁號(hào)AK65+000-K69+700上行24.518.60.76中下行23.70.78中BK69+700-K144+000上行33.917.90.53次下行30.50.59次CK144+000-K161+000上行18.318.61.02優(yōu)下行17.91.04優(yōu)表1 彎沉統(tǒng)計(jì)結(jié)果表1中，A、B兩段代表彎沉值已不能滿足設(shè)計(jì)容許彎沉值的要求，根據(jù)文獻(xiàn)2中規(guī)定，路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

6、系數(shù)為中等以下時(shí)，應(yīng)采取大修補(bǔ)強(qiáng)措施以提高瀝青路面的承載能力。C段路面強(qiáng)度評(píng)價(jià)為優(yōu)，瀝青路面承載能力滿足要求。檢測(cè)過程中，發(fā)現(xiàn)代表彎沉值離散程度較大，路面強(qiáng)度不均衡，圖2-1和圖2-2。2.2 病害調(diào)查該高速公路地處軟土地基路段，受路基沉降影響，老路在運(yùn)營過程中已進(jìn)行過多次加鋪。隨著行車荷載作用次數(shù)的不斷累積，以及軟土地基的沉陷，目前出現(xiàn)不同程度的車轍、裂縫、松散、沉陷等病害。經(jīng)實(shí)地調(diào)查，各種病害所占比例如圖1。 圖1 各類病害所占比例圖1中，車轍和裂縫兩類病害占病害總數(shù)的90%左右，為該路的典型病害。根據(jù)有關(guān)資料顯示3，車轍、裂縫已經(jīng)成為我國高速公路路面損壞的主要形式之一，此路也表現(xiàn)出相同的

7、特點(diǎn)。將車轍和裂縫兩種病害類型單獨(dú)列出，分析它們與彎沉之間的內(nèi)在關(guān)系，是十分必要的。3 相關(guān)性分析3.1 病害參數(shù)選擇路面狀況指數(shù)PCI和能反映典型病害特征的參數(shù)（車轍面積率和裂縫率）作為病害參數(shù)。（1）路面狀況指數(shù)PCI針對(duì)路面不同的破損類型及嚴(yán)重程度，文獻(xiàn)2中用路面狀況指數(shù)PCI來表示，計(jì)算公式為： （1）DR為路面綜合破損率，以百分?jǐn)?shù)計(jì)。路面狀況指數(shù)PCI是路面損壞類型、損壞程度、損壞密度的函數(shù)4，是反映路面損壞的綜合性指標(biāo)。（2）車轍面積率定義大于某深度以上的車轍面積占調(diào)查路段總面積的百分?jǐn)?shù)為車轍面積率。經(jīng)調(diào)查，該路段車轍深度普遍在7mm10mm之間，這里，選取深度>7mm的車轍

8、面積率作為反映車轍病害的參數(shù)。（3）裂縫率定義裂縫面積占調(diào)查路段總面積的百分?jǐn)?shù)為裂縫率。3.2 初步分析以公里為單位，對(duì)該高速公路按照上述病害參數(shù)的定義進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。將每公里代表彎沉值、PCI指數(shù)、深度7mm車轍面積率及裂縫率繪制成圖，為使曲線特征更加明顯，深度7mm車轍面積率及裂縫率單位均采用，見圖2-1和圖2-2。 圖2-1 代表彎沉與病害參數(shù)間關(guān)系圖圖2-2 代表彎沉與病害參數(shù)間關(guān)系圖從幾何曲線相似程度來看，代表彎沉的曲線與裂縫率及深度7mm車轍面積率的曲線形狀比較接近，曲線的大致走勢(shì)，反映了代表彎沉值與病害參數(shù)之間存在序列相似性，但是這種相關(guān)性的不能用一般的數(shù)學(xué)模型來定量表達(dá)。對(duì)于這種情形

9、，可利用灰色理論中灰關(guān)聯(lián)度分析法進(jìn)行定量研究。3.3 灰關(guān)聯(lián)分析 基本概念灰色關(guān)聯(lián)分析是按照系統(tǒng)中各特征參量序列之間的相似、相近程度，用數(shù)學(xué)理論所進(jìn)行的系統(tǒng)因素分析過程，對(duì)樣本量的多少和樣本分布都沒有太高的要求，其基本思想就是根據(jù)序列曲線之間的相似程度來判斷因素之間的關(guān)聯(lián)程度5。（1）確定參考序列和比較序列設(shè)為參考序列，為比較序列。（2）序列初始化處理設(shè)為序列算子，且，其中，。則稱為始點(diǎn)零化算子，為的始點(diǎn)零化像，記為。經(jīng)過始點(diǎn)零化像后，參考序列為，比較序列為。（3）計(jì)算絕對(duì)關(guān)聯(lián)度設(shè)： （2） （3） （4）得到綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)與的絕對(duì)關(guān)聯(lián)度為： （5）（4）灰色絕對(duì)關(guān)聯(lián)度性質(zhì)與幾何上相似程度越大，

10、越大；，即對(duì)稱性。 計(jì)算與應(yīng)用參考文獻(xiàn)6，選取表1中需要采取大修補(bǔ)強(qiáng)措施的典型路段（K70-K85、下行），其彎沉調(diào)查與病害參數(shù)統(tǒng)計(jì)，見表2。表2 典型路段彎沉調(diào)查與病害參數(shù)統(tǒng)計(jì)表路段代表彎沉（0.01mm）PCI（%）深度>7mm車轍面積率（）裂縫率（）K70K7129.091.53.61.4K71K7214.088.53.13.2K72K7325.787.03.44.6K73K7419.079.85.810.5K74K7517.793.011.00.8K75K7624.495.86.50.2K76K7724.482.18.73.1K77K7828.778.99.14.3K78K793

11、3.889.811.52.1K79K8024.192.411.01.8K80K8163.385.68.74.8K81K8237.185.39.02.9K82K8340.690.119.52.4K83K8431.294.221.20.2K84K8537.186.718.54.4設(shè)典型段落（K70-K85）的代表彎沉值為參考序列，PCI、深度7mm車轍面積率及裂縫率分別為比較序列、，設(shè)、分別為、與的絕對(duì)關(guān)聯(lián)度。按照公式（2）（5）步驟進(jìn)行計(jì)算，求得絕對(duì)關(guān)聯(lián)度依次為、。裂縫率與代表彎沉間的相關(guān)性相對(duì)較大（），其次是深度7mm車轍面積率與代表彎沉間的相關(guān)性（），而PCI與代表彎沉間的相關(guān)性較?。ǎ@

12、和我們初步分析的結(jié)果是一致的。說明該典型路段，路面整體強(qiáng)度的不足與裂縫的產(chǎn)生有著最直接的關(guān)聯(lián)。此外，代表彎沉與PCI相關(guān)性較小，從另一方面也證明了，彎沉值作為一個(gè)反映路基路面整體強(qiáng)度和剛度的指標(biāo)，并不能全面反映路面使用性能。4 結(jié)論（1）裂縫率與代表彎沉間的相關(guān)性相對(duì)較大，灰色關(guān)聯(lián)度為0.73。因此，路面整體強(qiáng)度不足與裂縫的產(chǎn)生有著最直接的關(guān)聯(lián)，表明該高速公路瀝青路面因路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足而產(chǎn)生裂縫的概率較大，控制彎沉在一定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，可有效防止路面開裂和形變。（2）PCI與代表彎沉間的相關(guān)性較小，灰色關(guān)聯(lián)度為0.50。因此，彎沉指標(biāo)并不能全面反映路面使用性能。（3）路面評(píng)價(jià)時(shí)不能單純的依靠彎沉指標(biāo)，需增加車轍面積率、裂縫率指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。（4）應(yīng)用灰關(guān)聯(lián)法對(duì)路面彎沉及病害的相關(guān)性進(jìn)行分析，是一種嘗試。研究表明，該方法可對(duì)病害產(chǎn)生的原因和影響程度進(jìn)行深度的定量分析。通過區(qū)域性的路況調(diào)查、分析和結(jié)累，確定灰色關(guān)聯(lián)度指標(biāo)值，可在養(yǎng)護(hù)維修決策中得到有針對(duì)性的應(yīng)用。參考文獻(xiàn):1 倪立賓高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)新理念與檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用J公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2006，（6）：51-532 JTJ 073.