公路路面在使用的过程中,在所处的环境气候、逐年增加的交通荷载、养护管理单位的养护维修水平等各种不确定性的因素影响下,路面使用性能会呈现衰减趋势,出现不同程度破损,其中车辙和横向裂缝为最常见的破损类型,这些病害不仅降低了路面使用性能,甚至会引起路面出致命性的损坏,增加了车辆的通行费用,缩短了路面的使服役时间。因此保持良好的路面使用性能是道路为车辆提供安全、快速和舒适行车的前提条件,而路面养护是公路保持良好性能的必要条件,公路养护可以分为日常养护和定期维护。美国国家公路和运输官员协会(AASHTO)将路面管理定义为在可接受的条件下,以最低的生命周期成本,有效地指导提供和维护路面的各种活动。公路总局每年都要为路面的日常养护、交通服务、防冰雪、路侧美化等工作投入数百万的资源,随着养护成本的日益增加,许多公路机构并不能满足所有路段的路面养护工程。因此,养护维修工作必须进行科学决策。卢旺达是东非国家中发展最快的国家之一,每年在在基础设施建设(住房、交通等方面)投入很大的资金。但是随着卢旺达公路网交通荷载和路面龄期的增加,每年需要维护的公路路面占比也日益增加,在卢旺达路面养护资金投入有限的条件下,由于缺乏科学系统的决策方法和决策辅助工具,目前大多数地区机构工作人员根据自己的经验和判断做出路面处理决策。卢旺达公路机构迫切的需要一个科学的路面养护决策系统(PMS),以为维护和修复决策提供依据。卢旺达养护部门对路面养护决策为路面损害严重后重建,鲜少进行科学的养护决策后进行路面的性能维护,同时卢旺达公路管理部门并不重视对路面使用数据的采集与保存,这些数据的类型和质量不达标导致无法分析现有养护维护对策的成本效益。为了使得数据可以进行分析研究,所研究数据必须包括;路段名称、路段桩号、管养单位、路况调查日期、路面使用性能数据、路段等级、性能报表、道路养护历史记录。及时收集路况数据,可以有效评价出路面使用性能情况,对路面衰退过程进行预测,从而对路面进行科学养护决策。本文研究目的为向卢旺达交通局和其他负责道路的相关机构推荐养护决策系统,作为向任何道路管理者或客户提供客观信息和有用数据进行分析的战略,以使养护决策更科学、更具成本效益,以及与维护路面网相关的可辩护决定。研究内容如下:(1)系统地介绍了国内外路面养护决策系统、路面性能影响因素、路面养护基础、制定路面养护决策的性能措施以及世界各地用于路面养护处理选择方法的路面性能评估技术和模型,为后续的沥青路面使用性能预测提供理论基础。(2)采用多元线性回归模型分析建立卢旺达的路面性能预测模型,根据卢旺达沥青路面常见病害的特点,分析总结了公路沥青路面各类使用性能相应的评价指标,以卡车和其他重型车流量(CVPD)、承载比(CBR)、降水量等因素通过将弯沉和国际平整度指数(IRI)作为路面性能指标,找出作为预测变量用于卢旺达的路面性能评估的因素,评价变量之间的相关性,为养护决策提供研究基础。结果表明:采用多元线性回归模型,可以在可变预算区间内预测路面性能状况的变化情况,有助于公路养护管理部门确定过去路面性能的变化情况,并预测出未来路面使用性能的衰退情况,预测结果较为准确。(3)建立了两种路面性能指标(IRI指数和弯沉)对卢旺达路面性能评价时效果最佳的指标评价模型。参考卢旺达运输署(RTDA)对现有路面进行了取样和测试获得数据结果,确定出IRI和预测变量之间的相关性从0.01到0.582。降水是IRI的最强相关预测因子,而CVPD与年龄和CBR之间的相关性很低;路面龄期与IRI高度相关,但呈负相关,即随着路面龄期的增加,IRI降低;R~2为0.789表明,回归模型有78.9%的偏差,预测因子(CVPD、年龄、CBR、厚度、降水量)的影响与挠度密切相关;在恒定值为1.359的情况下,CBR和降水量对挠度有正影响,而厚度、龄期和CVPD对卢旺达柔性路面的挠度有负影响。结果表明:故挠度随着CBR和降水量的增加而增加,挠度随厚度、路面龄期和CVPD的增加而减小;CVPD每增加一个单位,模型预测挠度将减少0.014;对于每增加一个单位的路面龄期,该模型预测粗糙度将减少0.093,CBR和降水量对IRI有正影响,而厚度和龄期对卢旺达柔性路面IRI有负影响。结果表明:考虑的预测因子(CVPD、年龄、CBR、厚度、降水量)的影响与挠度模型的相关性强于IRI模型,故选择弯沉作为评价指标所建立的模型作为卢旺达路面性能评价的最佳模型。(4)在保证卢旺达公路路面正常运行的情况下(如没有裂缝、粗糙、风化、剥落等),管理局的管理政策受到人力资源和预算的限制,如何在向道路使用者提供最佳服务水平的同时,充分利用这些有限的机构资源和预算。完成这项任务需要监测路面网络的状况,并预测其性能,以便有效地对未来的施工行动进行分类。预测正确的养护时间,并应用恰当的养护对策,以实现和维持以最小的实际生命周期成本所需的服务水平,对管理路面至关重要。结果表明:降水量和CBR是卢旺达柔性路面弯沉和IRI的重要预测因子,CBR与降水量有很强的相关性。研究中考虑的预测因子与挠度模型的相关性强于与IRI模型的相关性。因此,气候输入降水量是预测卢旺达不同路面使用性能的重要因素,为了进一步研究,需要收集和分析温度和路面状况指数(PCI),并对结果进行比较。预测路面路段的未来性能发展状况是做出路面基础设施知情决策的合理基础。(5)建立了一种养护决策树法对路面进行养护对策选择,养护决策树方法可以使用在任何路面网路段的决策,将避免意外、紧急或紧急维修。调查中发现影响路面使用性能的结构类型有坑洞、纵向裂缝、纵向裂缝、车辙,并没有按照相应病害进行精准的养护维修。本文提出了一个决策矩阵,将有助于卢旺达公路养护机构在考虑路面龄期、粗糙度、车辙和裂缝的情况下做出更好的预防性养护决策。决策树可以判断公路路面龄期是否大于阈值,达到阈值后则用户必须通过落锤式弯沉仪(FWD)测试来评估路面的结构状况,然后对其进行分析,如果判断结果不同,则用户可以使用决策结果中的推荐值进行匹配。卢旺达路面养护机构建议实施路面管理系统和使用决策树,作为评估数据收集和质量保证程序的有效性以支持决策的工具。(6)卢旺达的路面维护和修复决策必须建立一个养护周期,在一个周期内进行规划、养护资金分配与养护对策选择,以提高卢旺达路面性能决策的质量。在养护和保护路面资产方面,需要官员、路面管理人员、公众和道路使用者的长期承诺和合作。因此,此研究可以通过预测最佳时机来实施最优的养护对策,在最短的生命周期内达到并维持所需的服务水平,并促进各个单位的沟通、合作,从而对未来决策的结果提供反馈,以及协调卢旺达一个机构内的路面管理活动。本文通过建立回归模型与评价模型对路面现状进行分析后,使用决策树来判断卢旺达路面养护过程中决策和程序开发的有效性,通过建立一个养护周期内进行养护资金与养护对策的科学决策分析,可以在恰当的时间为特定路面选择恰当的养护对策从而提高路面养护效益,节约养护资金,为使卢旺达公路养护管理部门提供建议。