關(guān)于延長重交通瀝青路面使用壽命的技術(shù)探討

朱昌?！〗Ｏ?/p>

摘要：本文筆者結(jié)合這些年來的一些工程體會(huì)分析了重交通瀝青路面損壞的機(jī)理，指出了與傳統(tǒng)路面損壞的不同，提出若干相關(guān)建議，對(duì)解決瀝青路面大量過早損壞，具有現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：瀝青路面；損壞機(jī)理；長壽路面

近些年來我國公路超載以及由此造成的路面早期損壞，一直是困擾公路管理部門和工程技術(shù)人員的棘手問題。同時(shí)我國上世紀(jì)八十年代末、九十年代初建成的一批高速公路相繼進(jìn)入了大修養(yǎng)護(hù)周期，如：京津塘高速公路、廣深高速公路、廣佛高速公路、濟(jì)青高速公路、京石高速公路等等。由此引發(fā)出一系列關(guān)于路面質(zhì)量的一些問題：如何提高我國瀝青路面質(zhì)量，如何延長我國瀝青路面的使用壽命，如何降低瀝青路面大修的養(yǎng)護(hù)成本等。為此，國家多部委聯(lián)合開展了治超行動(dòng)，并已經(jīng)取得了顯著的階段性成果。但是要徹底杜絕超載，解決路面早期損壞的問題，還需要對(duì)超載和路面早期損壞有一個(gè)準(zhǔn)確、系統(tǒng)和全面的認(rèn)識(shí)，以有效地提高路面質(zhì)量和保護(hù)既有設(shè)施。

1 路面損壞機(jī)理的認(rèn)識(shí)

對(duì)路面損壞機(jī)理的認(rèn)識(shí)，是一切路面活動(dòng)的基礎(chǔ)。我們通過對(duì)瀝青路面設(shè)計(jì)理論和工程實(shí)踐的分析，認(rèn)為造成目前路面大量早期損壞的原因不能夠簡單地歸結(jié)為施工質(zhì)量問題或材料質(zhì)量，而是有其深遠(yuǎn)的理論原因和認(rèn)識(shí)原因。瀝青路面的龜裂、車轍、低溫開裂等是長期以來存在的損壞現(xiàn)象，也是路面設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)控制的損壞類型。而在調(diào)查中表明，隨著路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的提高和路面損壞期的提前，路面出現(xiàn)了許多新的損壞類型，如斑狀泛油、壓密泛油、內(nèi)部松散、新型泛漿、新型沉陷、坑洞、車轍、新型龜裂以及離析等現(xiàn)象。這些損壞，不論是其形態(tài)還是其形成的原因都與傳統(tǒng)的損壞不同。傳統(tǒng)的損壞出現(xiàn)得越來越少，有些已經(jīng)不再出現(xiàn)，而這些新型的損壞卻出現(xiàn)得非常頻繁。所以，按照傳統(tǒng)的理論來加強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)不僅沒有效果，有時(shí)甚至是適得其反。

目前瀝青路面實(shí)踐中有三類損壞是尤其需要重視的：一個(gè)是車轍；一個(gè)是新型龜裂（縱向平行裂縫）；另一個(gè)則是混合料的均勻性，即離析。

傳統(tǒng)理論認(rèn)為，產(chǎn)生車轍的主要原因是瀝青混合料的熱穩(wěn)定性不足，為此人們花費(fèi)了高昂的代價(jià)去提高瀝青混合料的質(zhì)量，如采用改性瀝青、提高集料質(zhì)量、采用SMA或同時(shí)使用多種措施等。應(yīng)該說這些措施對(duì)控制車轍的產(chǎn)生起到了一定的作用，但車轍出現(xiàn)的速度和深度仍大大超出了傳統(tǒng)理論的預(yù)期。據(jù)研究認(rèn)為，路面車轍的產(chǎn)生除了混合料本身的原因之外，還有結(jié)構(gòu)因素，過于剛性的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)容易誘發(fā)車轍。這雖然是更為重要的因素，卻是被完全忽略了的因素。

為了保證路面結(jié)構(gòu)的壽命，相關(guān)部門通常將路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得非常強(qiáng)，意在使路面彎沉非常小。這樣的結(jié)構(gòu)對(duì)于防止傳統(tǒng)的彎拉疲勞開裂（自下而上）有效，但是卻增大了瀝青層內(nèi)的剪切應(yīng)力，而這個(gè)剪切應(yīng)力恰恰就是產(chǎn)生車轍的主要外因。所以要解決車轍問題，僅僅著眼于材料特性的改進(jìn)是不夠的，還應(yīng)該綜合考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素，進(jìn)行綜合治理。

另一個(gè)是損壞中的新型龜裂。一般認(rèn)為，路面龜裂源自彎拉疲勞效應(yīng)，產(chǎn)生于瀝青層底面并自下而上擴(kuò)展。而根據(jù)有關(guān)調(diào)查和研究證明，在重交通作用下路面上的龜裂損壞是自上而下的，一般產(chǎn)生于表面3厘米的深度范圍內(nèi)并向下發(fā)展。產(chǎn)生這類損壞的原因并不是彎拉疲勞作用，而是路面表面的剪切疲勞。隨著瀝青層厚度的增加，產(chǎn)生于瀝青底面的彎拉疲勞開裂越來越少，而產(chǎn)生于瀝青層頂部的剪切疲勞開裂將越來越普遍。所以，采用傳統(tǒng)方法、措施去解決自下而上的損壞，難以解決自上而下的損壞。

路面剪應(yīng)力過大的原因主要是軸載過大和輪胎與路面接觸壓力的非均勻性。重型、非均布輪載作用下產(chǎn)生的路面損壞，既可能是自上而下的龜裂形態(tài)，也可能是路面車轍，這遠(yuǎn)比傳統(tǒng)上的認(rèn)識(shí)要復(fù)雜得多。所以，對(duì)于重交通作用下的瀝青路面而言，不能簡單地認(rèn)為彎沉小就意味著路面結(jié)構(gòu)比較強(qiáng)。

進(jìn)一步的分析表明，隨著基層模量的增加，瀝青層底面的彎拉應(yīng)力應(yīng)變急劇減小，但在目前的常用參數(shù)范圍內(nèi)，瀝青層中的剪切應(yīng)力卻是增大的。這個(gè)分析結(jié)果給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了很好的啟示，即半剛性基層模量應(yīng)該有一個(gè)合理的范圍。

再一個(gè)值得強(qiáng)調(diào)的問題是瀝青混合料的均勻性，即大量存在的離析。傳統(tǒng)上人們沒有把混合料的均勻性當(dāng)做一個(gè)嚴(yán)重問題來看待，沒有采取嚴(yán)格的措施予以控制，只要求施工時(shí)認(rèn)真就可以了。而隨著交通量的增大，均勻性已經(jīng)成為決定路面質(zhì)量的主要因素之一，應(yīng)該引起充分注意。

將路面早期水損壞的主要原因歸結(jié)于路面空隙率過大，又將空隙率過大的原因歸結(jié)于壓實(shí)不足，這確實(shí)是早期路面空隙率過大的主要原因，但卻比較容易解決；實(shí)際上，混合料的離析不僅是造成局部空隙率過大的另一個(gè)主要原因，而且是比較難以解決的技術(shù)問題?？梢哉f，路面大部分早期損壞類型都是起源于混合料的不均勻，這已經(jīng)成為決定路面質(zhì)量的重要因素：一旦混合料發(fā)生離析，一切關(guān)于材料設(shè)計(jì)的努力都變得徒勞了。

路面壓實(shí)度不足，有時(shí)也是混合料離析引起的，僅檢測(cè)路面的平均壓實(shí)度，往往不能客觀地反映問題，還應(yīng)該考慮其變異性。當(dāng)混合料發(fā)生離析時(shí)，僅僅依靠提高壓實(shí)度難以達(dá)到減小空隙率的目的，甚至?xí)斐杉纤榱讯m得其反。

眾所周知，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國公路上的超載運(yùn)輸現(xiàn)象十分普遍和嚴(yán)重，超載無疑也是造成路面損壞的重要原因。當(dāng)荷載超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞是必然的。我國高速公路的早期損壞，與超載的大量存在具有直接的關(guān)系。目前，對(duì)于超載的治理已經(jīng)取得了顯著效果。但是要徹底限制超載，僅靠行政性的推動(dòng)和臨時(shí)性的檢查是不夠的，還需要從兩方面的工作進(jìn)行改進(jìn)，一是建立長效的綜合機(jī)制；一是準(zhǔn)確地深化對(duì)超載的認(rèn)識(shí)，重新厘定關(guān)于超載的定義。以確實(shí)保護(hù)瀝青路面的使用質(zhì)量。

2 設(shè)計(jì)理論與施工的反思

路面在使用實(shí)踐中所暴露的大量問題，促使我們對(duì)路面設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)方法、材料選擇和施工過程進(jìn)行反思。實(shí)際上，目前大量出現(xiàn)的路面早期損壞是現(xiàn)行理論和規(guī)范所難以做出更深解釋的。雖說設(shè)計(jì)方法基于力學(xué)，但分析的范圍和所考慮的主要受力方式，相對(duì)于目前復(fù)雜的荷載狀況而言卻過于簡單。對(duì)于不同的路面結(jié)構(gòu)，對(duì)其使用性能變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)不夠清楚，更缺少定量的研究；初步考慮了環(huán)境因素對(duì)路面力學(xué)參數(shù)的影響，但忽視了環(huán)境因素對(duì)路面性能的影響，而后者則是更為重要的。對(duì)材料的要求與對(duì)結(jié)構(gòu)的要求還缺少“相容”性，對(duì)材料性能的定量標(biāo)準(zhǔn)還處于經(jīng)驗(yàn)階段。在低等級(jí)道路的實(shí)踐中，上述問題沒有暴露得很充分，片面地認(rèn)為已經(jīng)基本掌握了路面設(shè)計(jì)的主要關(guān)鍵技術(shù)，沒有給予足夠重視，以致于常常把局部出現(xiàn)的問題歸結(jié)為施工原因，而當(dāng)將上述方法用于高等級(jí)公路、尤其是高速公路的路面實(shí)踐時(shí)，這些問題就變得非常突出了：以前輕交通道路路面設(shè)計(jì)理論和方法的簡單外延與重交通路面的要求尚有較大距離；路用材料只有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)而缺少嚴(yán)格的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；許多試驗(yàn)參數(shù)不適用于重交通道路。在施工和材料供應(yīng)領(lǐng)域，雖然我們擁有現(xiàn)代化的生產(chǎn)工具，但由于沒有工業(yè)化、現(xiàn)代化的思想和措施，難以在規(guī)模建設(shè)的條件下從根本上保證工程的質(zhì)量。因此，完整地掌握高等級(jí)重交通瀝青路面技術(shù)，仍是擺在科研、施工隊(duì)伍面前的現(xiàn)實(shí)而緊迫的任務(wù)。

此外，目前許多高速公路面臨加寬的問題，簡單地加寬并不是一個(gè)明智的選擇，如果在加寬過程中將客運(yùn)交通與貨運(yùn)交通分離，建設(shè)平行線而不是直接加寬，不論對(duì)于路面技術(shù)還是對(duì)于交通安全、交通效率都是更為有利的。

總結(jié)

目前路面上出現(xiàn)的早期損壞問題，是長時(shí)期形成的，就事論事的方法不僅難以解決，而且可能誘發(fā)路面新的損壞，因此需要新的理論和總體的解決方案。只要認(rèn)識(shí)到重交通路面的技術(shù)特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)施工中精心實(shí)踐，就能夠體現(xiàn)新的境界，延長路面壽命。

參考文獻(xiàn)

[1]葛運(yùn)溥.“走向長壽命路面全新境界”.中國公路養(yǎng)護(hù).