高速公路沥青路面预防性养护性能模型研究

高速公路沥青路面预防性养护性能模型研究

魏克森1 张捷1 刘鹏1 韩佳伟1 孙彦丞1 刘伟2

1.山东高速股份有限公司淄博运管中心  山东淄博  255000

2.山东省高速养护集团有限公司  山东济南  250032

摘要：沥青路面由于其性能良好、成本低廉和施工工艺简单等优点，在公路建设中应用十分广泛。但是，随着使用时间的推移，沥青路面结构会因为一些病害而逐渐形成损伤，从而对行车的舒适性及安全性产生直接影响，严重时甚至会降低公路的使用寿命。对高速公路进行预防性养护，可以降低养护成本，延长高速公路使用年限，降低发生水毁的概率，提高高速公路的使用功能。若要保证高速公路沥青路面的性能延长公路使用年限，应在工程建设前，通过预防性养护性能分析，制订相应的预防性策略。

关键词：高速公路；沥青路面；预防性；养护

引言

高速公路使用的时间越长，路面性能下降越严重，不利于高速公路的后续使用。对此，相关部门通过矫正性养护的方式对路面予以处理，以提升路面性能。但该处理方式为事后养护，已经对高速公路的使用造成了一定影响。预防性养护技术能够在萌芽阶段遏制路面病害，有效地降低沥青路面出现病害的可能性，彻底改变了传统养护工作所处的被动局面，并且能够很大程度上提升公路服务的质量，同时降低维护维修成本。

1高速公路沥青路面预防性养护概述

沥青路面预防性养护的基本流程为先对路面进行检测，做好路况技术评定工作，从而判断路况是否满足预防性养护的条件，如果不满足则进行常规的日常养护或病害矫正养护，反之则要根据实际情况制定具体的养护方案、设计养护施工计划以及实施养护措施。对路况是否满足预防性养护条件加以判断，主要会围绕路面之功能性能、结构性能、平整度、破损度、强度、抗滑性等指标展开，同时对包括路面类型、环境温度及湿度、公路使用时长、来往车辆数量、车辆类型、施工质量、公路日常养护水平等在内的各种因素进行综合探究，从而对是否要制定专门的预防性养护方案进行科学、准确判断。具体的路面综合性能评价指标体系设置则要基于相关规范以及公路工做好沥青路面预防性养护工作能延长高速公路路面的使用寿命，同时具有较好的经济效益，只需通过较低的养护成本便能取得较为良好的成效，避免了发生重大损害而投入大量成本进行养护和治理。另外进行预防性养护还不会对高速公路的正常通行运营造成较大影响，让公路在简单、快速的施工过程中依旧能处于较为正常的通行运营状态。

2预防性养护的意义

2.1降低养护成本

采用预防性养护手段，对路面的一些轻微病害及时进行处理，改善路面状态，避免路基不会被水侵蚀而被破坏，该手段一方面提高了路上行车的安全性，另一方面有效地保持了路面的强度和抗疲劳能力，进一步降低了路面修补的次数，同时延长了修补周期，尤其是能够避免路面出现严重病害，有效降低维修养护成本。

2.2延长公路使用年限

预防性养护是对道路所采取的一种预防性措施，通常是在道路只出现轻微的病害并没有产生严重的破坏或质量问题时就开始采取相应的措施对路面进行维修与加固，尽可能地降低公路路面受到损害的可能性，从而达到延长公路使用年限的目的。

2.3降低发生水毁的概率

水是导致公路发生损坏的一个重要因素，尤其是通过路面渗入路基内部的水。如果路面存在一些如裂缝等病害，就会导致路面的水渗入路基中，造成路基软化并带来破坏，导致路面病害的加剧，引起更多的水渗入路基中，从而形成恶性循环。对路面实施预防性养护能够从源头上堵死水渗入路基内部的源头，能够大幅度降低公路发生水毁的可能性。

2.4提高公路的使用功能

预防养护作为一种前瞻性的措施，通过在公路使用的初期即开始路面的维修处理工作，将所有可能对公路造成损坏的因素清除在萌芽阶段，随着新材料、新技术与新工艺在养护工作实施过程中的应用，可以进一步缩短路面养护施工的周期，实现快速地完成养护工作尽早开放交通的目的。

3高速公路沥青路面预防性养护性能模型

3.1人工神经元模型

人工神经网络模型，包含大量神经元，即处理单元，可展示出网络对数据处理的过程，并通过数学语言的方式对这一过程进行描述。人工神经网络包含多种不同的模型，BP网络模型是其中应用较为广泛的一种，特别是单隐层网络。在单隐层网络中，共由3个层次构成，分别为：输入层，用于数据的录入；隐层，用于数据的处理与计算。在一个神经网络内，通常由多个隐层构成，以对数据进行全面的分析，而输出层则将隐层计算出来的结果传输出来。

3.2预测模型

对高速公路沥青路面预测性养护性能分析时，采用的是BP神经网络模型，确定模型时，应注意3个指标，具体如下。（1）隐层层数。由相关理论可知，对于单层BP网络来说，能够展示出全部的连续函数，若学习处于非连续状态，才会设置2个隐层，因而在BP网络内，最多仅包含2个隐层。BP网络设计过程中，先设置1个隐层，并对网络运算水平予以验证，若在网络内包含大量节点，但运算效率较低，才可选择2个隐层。相关研究指出，在双隐层中，若一个隐层存在多个节点，另一个存在少量节点，将会显著提升网络的性能。另外，对一些特殊情况进行处理时，相对于单隐层网络来说，双隐层网络的节点数量更少一些。因此，对运算结果要求较高时，通常采用双隐层网络。（2）隐层节点数量。在不同BP网络内，需要设置出不同数量的节点，以得到不同的运算结果。当输入数据传输到隐层后，在各节点的作用下，采集数据中存在的规律，并自动存储下来，所以，BP网络隐层节点数量的多少，直接关系到网络的运算能力，若节点数较少，将会导致其对信息采集的能力，难以准确展示出数据集所存在的规律；反之，若节点数较多，将会采集到一些非规律的信息，不仅增加运算时间，而且还会降低网络的泛化水平。因此，在BP神经网络模型构建时，应针对训练样本的大小数量与规律的复杂程度，设计出最佳的节点数量。通常情况下，对于一个非线性函数来说，波动频率较高，且变化范围较大，则应设置多个节点，以确保模型具备较高的映射能力。（3）学习速度。除了上述两个因素之外，BP网络还与其学习速度有关，BP网络具有不同的学习速度，可在训练时得到不同的权重值。所以，在BP网络构建时，必须选择最佳的学习速度。若学习速度较大，模型将会出现较大的震荡，导致模型并不稳定；反之，若学习速度较小，将会影响模型的收敛速度，从而增加模型的训练时间。在训练前，通常无法直接设置出最佳的学习速度，而是先设置一个学习速度，之后通过不断训练与调节，以此得到最佳的学习速度。

3.3数据处理

对于各路面性能来说，量纲存在一定差异，不利于路面性能的分析，因而在对各路面性能指标评估之前，应对数据予以适当处理。数据处理过程中，应遵循下述几个原则：（1）得到新指标后，均处于特定范围内。（2）所有新指标对路面性能的影响基本相同；（3）新指标能够体现出原指标对路面性能的影响。

结束语

综上可知，加强沥青路面预防性养护能为高速公路使用寿命的延长以及行车安全提供保障。以BP神经网络为基础，设计出了一种高速公路沥青路面预测性养护性能模型，通过该模型对高速公路路面性能进行分析后可以发现，不论是在路面车辙深度方面，还是路面平整度方面，与实测值之间均存在较小的差异，可将其应用到实际当中，以此为预测型养护策略的制订提供支持。

参考文献

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