水泥土無側抗壓分析論文

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摘要：本文系統地闡述了決策與優化的一般原理和方法，并參照現行規范制定養護標準，在計算機上實現該子系統。并經過實際試用，證明效果良好。

關鍵詞：張亮黃曉明金志強蔣磊

1概述

建立水泥混凝土路面管理系統的一個主要目的，是提供有關最佳養護和改建對策和最佳資金分配方案的分析，以便決策者選擇最經濟合理的方案，合理地分配和使用有限的資金。因此，進行項目排序、方案優化和輔助決策是路面管理系統的核心組成部分。

路面管理系統包括項目級和網級兩個層次。對于項目級路面管理系統而言，決策與優化指在進行科學的路面的使用性能和結構狀況評價后，根據其結果確定是否需要修復或改建，何時進行改建，應采取何種修復或改建對策。而對于網級系統，須考慮網內所有路段，根據各路段的使用狀態和結構狀態，以及各路段在路網中的地位，作出科學、合理的決策。因此，不同于項目級決策，它在分析中要著重考慮項目間的平衡和資金限制問題。為此，要用排序和優化以幫助作出管理決策。排序和優化方法可分為以下幾種類型：

(1)根據路面的使用性能參數進行排序，例如現時服務能力指數(PSI)、路面狀況指數(PCI)等。這類方法以客觀路況進行分等，使用迅速簡便，但所得的結果可能遠非最優。

(2)根據經濟分析參數進行排序，例如凈現值、效益-費用比、內部回收率等。這類方法比較簡便、分析結果較接近于最優。

(3)利用線性規劃和整數規劃模型，按總費用最小或效益最大進行優化。此種方法較復雜，但可以得到最優結果。

(4)利用動態決策模型，按總費用最小進行優化。

2決策與優化方法

水泥混凝土路面養護的決策與優化是建立在使用性能評價和結構狀況評價的基礎上。通過路面使用性能評價和結構狀況的評價，可以了解各路段路面的服務水平和結構狀況，知道哪些路面需要采取養護和改建措施。對于需要采取措施的項目，則要進一步為之選擇合適的養護和改建對策，以便估算所須費用，并進而依據效益和投資可能性篩選項目和編制計劃。

養護和改建對策的合理選擇，主要考慮三個方面：第一方面是路面的現狀，即各項使用性能滿足的程度，要依據不適應的方面和程度選擇相應的對策。第二方面是今后需要改善的程度，交通量大或發展快的路段，顯然要采取較重的措施。第三方面是效益和經濟性，不能僅僅考慮一項對策，而應比較分析期內各可能對策方案的經濟效益，據此選擇最佳方案。

2.1備選方案

各地區養護部門在長期的路面養護工作過程中積累了大量的經驗，都有一套適應當地自然條件(氣候、土質、料源)及施工水平和習慣的路面養護和改建措施。因而，可以收集和調查這些習用的措施，并邀請有經驗的養護工程師，征詢他們對這些措施的使用效果的評論意見。在此基礎上，通過歸類、舍棄和增添等分析。制訂出一套更為簡明而合理的典型備選對策，供系統分析和抉擇。

根據句容市公路管理處的養護經驗，總結各種損壞類型采用的小修保養和中修措施，列于表1。

小修保養和中修措施選擇表1

損壞類型

措施

不修

裂縫

填封

接縫

填封

深修補

全厚

修補

換板

板底

灌漿

磨平

板面

抬高

板面

縱、橫、斜向裂縫

L

LMH

H

H

交叉裂縫和破碎板

LH

板角斷裂

L

LMH

MH

MH

唧泥

√

√

√

錯臺

H

LM

LM

接縫破碎

L

LM

LMH

MH

MH

紋裂、網裂和起皮

L

MH

H

坑洞

√

修補損壞

L

M

MH

H

H

注：表中L-輕微；M-中等；H-嚴重損壞。

這里需要指出的是，這些備選對策并不是在養護計劃中一定要具體實施的措施，而是在網級路面管理系統中供資源和選擇項目時進行分析用的可考慮的典型對策。

對于使用性能很低、結構破壞嚴重的路段，應考慮大修或改造。一般方案可選擇：①瀝青混凝土罩面；②敲碎板塊，碾壓整平，若強度不夠則作為基層，再進行補強設計路面厚度；③敲碎板塊，碾壓整平，若強度足夠則用瀝青混凝土罩面。

2.2方案的經濟分析

無論是網級還是項目級路面管理系統，都需要應用工程經濟原理，分析每一個項目或每一個對策方案所的各項費用，并將它同其它項目或對策方案所需的費用作比較。

一般可用于方案比較的經濟分析方法有；

(1)現值法；

(2)年費用法；

(3)收益率法；

(4)效益-費用比法；

(5)費用-效果法等。

前三種方法屬于貼現現金流量分析法，是比較常用的方法。

2.3決策及其優化準則

水泥混凝土路面的養護質量標準應符合表2的規定。

水泥混凝土路面養護質量標準表2

評件指數

單位

高速、一級公路

其它等級公路

平

整

度

平整度儀(σ)

mm

2.5

3.5

三米直尺(h)

5

8

路面狀況指數PCI

60分以上

50分以上

抗滑系數

0.30

0.40

根據對現有路面質量的評價及預測結果的分析，以及對公路性質、等級和交通量等因素的考慮，并結合當地技術水平、地理區域特點(氣候、土質特點等)、及實際交通量增長情況，合理提出、安排大、中、小修及常規養護的對策和先后順序，為該路段制定一個短期和中長期養護的日程安排表。養護對策應符合下列要求：

(1)路面綜合評定指標(SI)為優、良，壞板率在5%以下的路段，宜以日常養護為主，局部修補一些對行車安全有影響的板塊；

(2)路面綜合評定指標(SI)為優、良，壞板率在5%～15%的路段，除按正常的程序進行保養維修外，宜安排大中修進行處治；

(3)路面綜合評定指標(SI)為中、差，壞板率在15%～50%的路段，必須安排大中修進行處治；(4)壞板率在50%以上的路段，必須進行改善。

優先順序的主要考慮原則為：

(1)路線行政等級高的先于路線行政等級低的；

(2)路面使用質量差的先于路面使用質量好的；

(3)在相同條件下，以壞板率大者為先。

依據以上原則，經綜合考慮后選定優先順序。

同時，針對某一路段的某種程度的損壞狀況，按以往養護經驗，公路局可能有多種養護對策，因而必須通過經濟分析，在一定資金條件下使得凈效益最大，從而確定最佳養護方案。

按使用性能排序所得到的優化順序，雖能反映出各項目需采取改建措施的迫切性，但并不能保證其優化結果，還必須進行經濟效益的定量分析，以選擇經濟合理的最佳養護和改建方案。

3水泥路面決策與優化的計算機實現

在本系統開發初期，考慮今后跟網級路面管理系統的連接及和其它子系統統一協調，并且根據現在數據庫管理的計算機語言的發展趨勢，我們選擇Microsoft公司的Foxproforwindows(2.5b)作為數據管理系統。在總體設計過程中，充分發揮Foxpro在數據庫管理方面的特殊優越性，一改以往將數據管理與運行程序相分離后而造成兩者界面的不完整性，將Foxpro作為主體，而將C++語言程序作為動態程序庫，通過Foxpro的API(applicationprograminterface)接口將其動態與Foxpro連接，從而使整個系統顯得結合靈活、功能齊全。

3.1數據庫的功能實現

在創建數據庫時，考慮到各個子系統所用的數據有一定的重疊性，故建立一個統一、公用的數據庫，其容納了水泥混凝土路面所有的數據。各子系統運行時，可從總庫中拷貝相應的數據，形成自己的數據庫，退出系統時再將其寫回公用數據庫。路面管理系統的源數據種類繁多，故根據數據的內在聯系將其分別組成幾個文件，分別如下：

(1)路面基本文件：指路段名、路段編號、設計單位、施工單位、施工時間、全段總長等。

(2)設計文件：包括設計軸載、交通量增長率、設計年限、道路等級、幾何數據、結構的材料、厚度等。

(3)養護歷史：指以往養護工作的歷史。

(4)路面狀況文件：包括損壞狀況數據、彎沉、平整度、磨擦系數。

所有數據的輸入均采用數據屏幕輸入、編碼輸入、自動生成數據文件，并提供修改、刪除、添加、搜索等功能，同時保證生成的數據文件與程序完全脫離，便確保了程序的獨立性。

3.2動態庫的實現

在實現評價、分析、預測、決策優化等應用模塊時，考慮到系統的后續開發功能，將生成的評價、決策都生成規范文件，保證程序端口友好，同時也提供給其它應用模塊作為初始數據。

考慮到路面管理系統的使用者可能對評價原理、決策方法不甚了解，因此，系統提供了兩種應用模塊。①專家級(Expert)，提供給有關專業分析人員，可根據不同條件，選擇不同的評價規則、預測模型、經濟分析模型對數據進行比較處理。②普通級(Common)提供給對數據分析不甚了解的人員，在選定當前最可靠的評價、預測、決策優化方法后，自動處理數據，生成報表。

在輸出結果中含有路況圖顯示、評價結果、養護決策排序、投資分配等。

以上采用標準C語言編譯器Watcom10.0(C、C++)編譯，加上foxpro的API庫連接，生成Windows資源文件，最后產生動態連接庫文件.FLL。

4應用實例

在104國道江蘇段的路況評定后，鑒于路面狀況指數、壞板率遠低于標準規定，江蘇省公路局決定對于破損嚴重的板塊，根據其斷裂形式進行修補或重澆，進行全厚式修補；對局部破損十分嚴重的段落，應采用重新加鋪的方法。

表3

路面類型及方案

工程項目

原水泥混凝土路面

方案1.1

水泥混凝土加鋪

(24cm)

方案1.2

鋼纖維混凝土

(14cm)

方案2

舊板修復

方案3

方案4

中粒式瀝青混凝土4cm

28

中粒式瀝青混凝土5cm

35

二灰碎石15cm

24

水泥混凝土24cm

108

鋼纖維混凝土14cm

75

150

連續配筋路面20cm

90

舊混凝土板處理

10

10

10

10

10

造價合計(萬元/km)

53.1

38.25

38.25

43.65

45.0

注：1.假定混凝土路面的斷板率為50%；

2.假定車道寬4.5m。

經過仔細分析后，大致選定四種方案：

(1)舊水泥混凝土路面上加鋪普通水泥混凝土；

(2)對舊水泥混凝土路面斷板逐塊修補；

(3)舊水泥混凝土路面上，加鋪15cm二灰碎石、4+5cm中粒式瀝青混凝土面層；

(4)舊水泥混凝土路面上，加鋪20cm連續配筋混凝土路面。

其經濟分析結果見表3。

5結論

(1)本文對目前水泥混凝土路面養護決策與優化的問題提出了一套較完整的解決辦法。

(2)在路面養護與決策過程中，根據現行最新規范《公路養護技術規范》(JTJ073-96)，采用最新養護標準。

(3)在建立和使用數據庫時，采用公共數據庫概念，各子系統采用拷貝建立各自數據庫的方法，使系統具有完整、統一和協調的優點。

(4)在程序編制上，采用Foxpro對各種數據、報表進行操作處理，方便可行；并采用WatcomC(C++)10.0編譯源程序，實現動態庫的連接，使管理系統方便靈活。