关于建立公路养护预测_预报_预警体系的研究

关于建立公路养护

预测、预报、预警体系的研究徐国光(华中科技大学　武汉市　430074)

摘　要:根据公路养护管理现代化的要求,建立公路养护预测、预报、预警体系。同时,介绍公路监测,路面、桥梁病害处理和公路灾害处置方法。关键词:公路养护;预测;预报;预警;公路病害;灾害;处置

　　建立公路养护预测、预报、预警系统,对公路运行状况进行预测,对可能产生的病害进行预报,对公

路上的突发性灾害进行预警是公路养护现代化管理的要求,研究公路养护预测、预报和预警系统对保障公路良好运行状况,提高公路管理水平,保障国家和人民群众生命财产安全都具有非常重要的意义。1　公路养护预测、预报和预警系统框架

公路养护预测、预报、预警对象是公路各种危害,它主要包括路面(路基)病害、桥梁病害和突发性灾害3种。

路面病害是公路表面的各类病害,包括裂缝、破损等或大或小的病害,其发生往往是巡查人员肉眼观察就能够发现,其恶化是一个渐变的过程,可使公路逐步丧失使用性能。

桥梁病害在刚刚发生时往往不能凭肉眼观察加以发现,但发展到一定程度时可能观察到,确认必须借助专用检测仪器设备,它的发展一开始是渐变,到一定程度后会加速恶化,使桥梁突然丧失使用功能。

突发性灾害包括台风等自然灾害和重大毁坏路桥的交通事故等,往往事先难以预测,其发生具有不确定性,造成的后果往往是灾难性的。

根据各类公路危害的特点及其后果,可以建立公路养护预测、预报、预警系统框架,如图1所示。

整个系统由四大部分组成。(1)路面(桥梁)监测系统。

监测各类公路病害的发生和发展,该系统应从

收稿日期:2004-02-18

图1　公路养护预测、预报、预警系统示意图

省、市到基层监测站构成完整的网络,保证信息畅通,决策及时有效。

(2)路面病害预测、预报与处治系统。预测和预报路面可能发生的病害,处治一般路面病害,防止路面病害发展到影响公路正常运行的程度。

(3)桥梁病害预测、预报与预防系统。

预测和预报桥梁可能发生的病害,处治桥梁病害,防止出现危及公路正常运行和人民生命财产安全的恶性事故。

(4)灾害预警、预防与应急处置系统。对可能发生的灾害进行预警,在灾害发生前后会同有关部门积极预防和应急抢险,将灾害造成的损失限制在最低程度,并尽快恢复公路的正常运行。

此外,在系统中还要掌握各路段的交通流量和建设养护的历史资料,同时,在出现灾害发生预兆时,及时与相关部门协作。

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的过程,对于此类病害应遵循“防治结合、预防为主”养护方针,及时发现,尽早治理,适时通过大中修工程根除。应坚决消除监测死角,对处治结果及时反馈,防止病害恶化失控,甚至导致断路的灾害。

2　公路监测系统

公路状况监测是公路养护预测、预报、预警系统正常运行和有效发挥作用的基础。

必须加强监测网络建设和监测数据采集与处理两个方面的工作。

211　公路状况监测网络的建设

公路状况监测网络的建设要与公路养护管理的日常工作挂钩,以现有的省市公路管理部门和县公路段、养护中心和养护站网络为基础加以整合,使公路状况监测工作成为养护管理和作业单位工作的有效组成部分,同时也成为各类病害的处治、预防及应急抢险体系的组成部分。公路上重大的病害和突发性灾害的防治也是交通部门的职责所在,在发生突发性灾害时,往往具有区域性质,不会仅涉及公路一个部门,公路的应急抢险是当地政府抢险救灾的一个组成部分。

212　公路状况监测数据的采集与处理

健全、规范管理制度和各项作业程序,提高监测水平是建立和健全公路监测系统的重要任务。主要可从下面4个方面来实现。

(1)监测范围系统化。

要求公路网全部在监测范围之内,在地域上不留死角;同时在监测数据种类上不留死角,应及时将各类数据包括路面状况和交通流量按照有关规定和规范收集齐全。

(2)数据采集规范化。

数据的采集要严格按照有关制度和作业程序进行,因为原始数据是各项工作的基础,原始数据采集上的任何失误都有可能使依据它们做出的决策偏离目标。

(3)监测数据处理科学化。

监测数据应及时处理和上报,并通过专门软件进行处理,由于养护决策的环境具有多变性,养护管理的时效性极强,过时数据的应用价值极其有限,监测数据的主要作用就是及时为当前和今后的决策提供依据。

(4)监测水平和质量现代化。

一方面积极引入先进的监测仪器和设备,如弯沉仪、系统配置的监测车等。另一方面大力抓好现有人员的培训和职业教育,提高现有人员的素质,挖掘现有设备的潜力,提高监测水平和质量。3　路面病害的预测、预报与处治

图2　路面病害预测、预报与处治系统结构

311　路面病害的预测

路面病害的预测通过运用路况监测数据分析、实

地考察等手段,在掌握并分析病害产生的原因的基础上,对路面病害的影响范围、后果特别是路面使用性能的变化进行预测和评估,为拟定处治方案奠定基础。

路面性能预测有多种模型,如有POI、PCI、IQI、PQI、IRI、PSI、SII等预测模型。

由美国工程公司1987年开发的PCI预测模型、挪威公路局1990年开发的IRI预测模型较有影响力。(1)PCI预测模型。

PCI=100-bX

m

式中:PCI为路面状况系统;b为斜率系数;X为路龄,月;m为确定曲线曲率的参数。

b和m根据经验回归得到。

(2)IRI预测模型。

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IRId=IRIi+(IRI1-IRIi)(Ad󰃗A1)

式中:IRId为预测年平整度;IRIi为第一年平整度;IRI1为A1年平整度;Ad为预测年路龄;A1为有平整度数据的年路龄。312　拟定处治方案

由于路面病害相对易于发现,且其恶化是渐变

在对路面使用性能预测的基础上,拟定病害处

　2004年　第6期　　　　　　　徐国光:关于建立公路养护预测、预报、预警体系的研究治方案。处治路面病害有2种方法:预防性养护和反应性养护。

预防性养护是指在路面性能刚开始恶化,尚未丧失使用性能与通行能力时,加以适当养护,可减缓路面使用性能恶化的速度,同时恢复部分使用性能,延长养护工程的周期。

反应性养护是指路面使用性能已恶化到难以维持正常通行的程度,即路面的使用性能基本丧失时,进行养护,治理病害,恢复路面使用性能和通行能力。

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　　选择哪种养护方法,可根据路面的具体情况和预算约束确定。

4　桥梁病害的预测、预报与预防

桥梁病害的预测、预报与预防同样是公路养护预测、预报、预警系统的重要组成部分。

桥梁病害的预测、预报与预防系统的示意图如3所示。图3　桥梁病害预测、预报与预防系统结构示意

　　由于桥梁病害相对难以发现,且其恶化前期至

渐变后期是突变的过程,在一瞬间丧失使用性能,造成灾难性的后果,对于此类病害应加以足够的重视。桥梁养护的方针依然是“防治结合、预防为主”,及时发现,尽早治理,通过预防措施尽量保持和延长桥梁的技术状态和使用年限。

应坚决消除监测死角,及时发现桥梁病害,及时调整桥梁类别,使危桥时刻处于监测之下。

整个桥梁病害的预测、预报与预防过程应由公路养护管理部门落实专人和机构负责组织与实施。411　桥梁病害的预测、预报

桥梁病害的预测是通过运用对桥梁监测数据进行分析、实地考察等手段,在分析并掌握病害产生原因的基础上,对桥梁病害的影响范围、后果特别是桥梁使用性能的变化进行预测和评估,为拟定处治方案奠定基础。

根据预测和评估结果,对桥梁进行评定与分类,将完好和基本完好的桥梁划为一、二类桥,将存在病害和严重病害的桥梁划分为三、四类桥。

对于一、二类桥,根据其重要程度、基本性能等制定相应的定期检查计划;对于三、四类桥,根据情况制定特殊检查计划,特殊检查又分为应急检查和专门检验。对于四类桥或出现事故迹象时,应立即安排应急检查,对于病害原因或严重程度难以直观判定时,应及时

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安排专门检验,查明病害原因和严重程度。

在特殊检查结果的基础上,拟定预防方案。412　实施预防方案

实施预防方案是恢复桥梁使用性能的步骤。一般而言,预防性措施分为4类:

(1)对于桥梁表面或结构件浅层次损伤,可根据损伤情况采取表面修复、补强等措施予以治理,恢复使用性能;

(2)对于使用性能下降或完全丧失的结构件,可采取更换结构件或采取加固措施,部分恢复或完全恢复使用性能;

(3)由于种种原因,桥梁部分结构件或整体性能难以满足使用要求时,可采取加固或改建措施,提高桥梁的承载能力或通行能力;

(4)当处于洪水发生期或其他灾害发生期时,应采取应急措施,包括加固桥梁和疏浚行洪通道等。

最后一类措施与前三类的区别在于前三类以恢复承载能力和通行能力为目标,而后一类是以保障灾害发生期间的桥梁安全为目标。

实施预防方案的目的是坚决杜绝桥梁坍毁事故的发生,一旦发生应立即启动灾害预测、预报、预警与应急处置系统中的应急处置程序,防止出现更严重的后果。

5　突发性灾害的预警与应急处置

图4　灾害预警与应急处置系统

征兆可寻的,后果则是完全不确定的。

对于灾害预测的工作主要集中在以下几个方面。

第一是灾害征兆监控,及时掌握灾害的发展演变,这主要是通过与有关部门保持必要的联系来实现。

第二是对灾害范围和后果进行预测,由于其时间、影响区域重复性较大。我们可以借助历史资料分析研究来预测其对公路造成的影响。通过相关分析预测灾害发生的范围与后果。根据预测情况,及时向社会预警灾害发生。512　应急处置系统

灾害预警与应急处置是公路养护预测、预报、预警系统的重要组成部分。灾害预警与应急处置系统示意图如图4。

此处的灾害主要指由于各种自然灾害和人为事故引发的路断桥毁或其他严重影响公路网正常运行的事件。例如洪水泛滥、台风、海啸等自然灾害造成的摧毁公路、桥梁事故,由重大恶性交通事故引发的严重毁坏公路设施以及由于工作中应对失误造成的其他事故。

这类灾害的共同特点是事先无法预先防范,后果十分严重,应急处置不计成本,以尽快恢复交通为首要任务。

511　突发性灾害的预警

台风、海啸、山洪暴发、山体滑坡等自然灾害的发生,对于我们而言自然是难以预测的,但对于有关单位而言并不神秘,气象部门和地质部门在灾害发生前都会有预报,甚至是很详细、准确的预报,但这类自然灾害对公路的影响如何则是不确定的。

对于公路养护管理部门而言,突发性灾害是有

应急处置系统主要可以包括应急指挥体系、应急反应预案的制定和应急处理三个内容。

一旦发生灾害的迹象很明显,就应及时启动应急指挥体系和应急反应预案。

(1)应急指挥体系。应急指挥体系包括各级政府负责人、主要业务部门的负责人,应急抢险人员、灾害监测人员。

(2)应急反应预案。

应急反应预案包括以下主要内容:灾害预警的时机及内容;灾害预防方案,包括何处应加固、哪里应预先处置;预警力量的来源,包括人员、设备、物资、资金和通讯器材等;应急抢险、处置方案;预警力量到位的时机;与政府应急指挥中心的衔接方式;应

　公路　2004年6月　第6期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　HIGHWAY　Jun12004　No16　　文章编号:0451-0712(2004)06-0153-04　　　　中图分类号:U4161217　　　　文献标识码:B

高速公路沥青混凝土路面维修罩面成套技术研究马敬坤(河北交通职业技术学院土木系　石家庄市　050091)

摘　要:本研究以河北省已建成的高速公路为工程依托,从高速公路沥青混凝土路面路况跟踪观测,路面性能评价与养护决策方法,维修罩面设计程序与方法,维修罩面施工技术,维修罩面招标、投标与合同管理等方面进行研究,提出了适合高速公路路面性能评价的指标和模型,开发并初步完成高速公路沥青混凝土路面维修罩面成套技术。

关键词:高速公路;沥青混凝土路面;维修罩面;成套技术;

　　本课题以河北省已建成的高速公路为工程依托,根据高速公路行车特点,运用科学手段对路面使用品质和破损病害进行连续跟踪观察,采集符合高速公路养护要求的数据,据此建立路面使用性能评价模型,并进行科学决策确定养护对策;通过严密的设计和施工方案的选定,在不中断交通,并尽可能减少对交通干扰的前提下组织施工实施,确保路面使用品质恢复并达到高速公路的要求。通过本课题的研究,开发并初步完成高速公路沥青混凝土路面维修罩面成套技术。

1　高速公路沥青混凝土路面路况性能调查

道路养护和改建计划的依据。路面评价决策的恰当与否,在很大程度上依赖于能否及时而真实地采集到路面状况数据。

111　调查项目及数据类型

根据路面状况,对行车要求的满意或适应程度,将路面使用性能划为两大类:功能性和结构性;进一步可分为四小类:行驶质量、安全性、路面破损和结构承载力。应调查的具体项目及指标见表1。112　车辙指标

沥青混凝土路面的车辙被定义为在道路延长方向车轮集中通过位置所生成的连续的横向变形。车辙超过一定深度有可能导致路面结构严重破坏和发生水滑现象。因此沥青混凝土路面的车辙问题是世

路面状况数据是路面性能的直接反映,是编制

收稿日期:2004-01-13　

急处置启动程序等。

(3)应急处置内容。

应急处置内容包括预防性处置和灾害发生后的抢险两个部分。预防性处置,主要对易发生水毁事故地带的护坡、挡土墙,在平时及台风、洪水发生前,加固桥梁、隧涵等结构物,以尽可能减少灾害带来的损失。灾害发生后的抢险,在应急指挥体系的组织下,通过对预案进行完善,启动抢险预案,落实抢险人员、设备物资,最后实施公路灾害抢险救助工作。6　结语

害和灾害的处置,提出了公路养护管理预测、预报和

预警框架体系,同时具体分析和研究公路监测体系,路面、桥梁预测、预报和处治系统,公路灾害预警和应急处置系统的建立和具体内容,体现公路养护管理的现代化。参考文献:

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在公路养护上,根据管理科学化要求,对公路病

输,2001,(增刊)1