采用銑刨工藝是保證高等級(jí)道路養(yǎng)護(hù)質(zhì)量的必要條件

趙進(jìn)武

（山西省朔州市交通局，山西 朔州 036002）

在現(xiàn)代交通道路領(lǐng)域，通常將二級(jí)及以上等級(jí)道路稱為高等級(jí)道路（高速公路是目前最高等級(jí)的道路形式）。由于勘測、設(shè)計(jì)和施工要求較高，同時(shí)考慮到其使用的特殊性（如高速公路必須具備多車道雙向封閉運(yùn)行等功能）因此高等級(jí)道路的養(yǎng)護(hù)工程作業(yè)工藝與其他道路相較亦具有一定的特殊性。認(rèn)識(shí)這些特殊情況，有的放矢地進(jìn)行作業(yè)，才能達(dá)成高等級(jí)道路的養(yǎng)護(hù)工程作業(yè)的高質(zhì)量和高效率。

1 高等級(jí)道路的養(yǎng)護(hù)工程作業(yè)的特點(diǎn)

在世界范圍內(nèi)，交通建設(shè)與整個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展息息相關(guān)，這已為國際現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)學(xué)術(shù)界所公認(rèn)。我國等級(jí)公路的保有量逐年大幅遞增，其中二級(jí)以上高等級(jí)道路的路面形式主要是瀝青混凝土材料，水泥混凝土路面僅占很少的比例。顯然，高等級(jí)道路和瀝青路面已成為我國陸路客貨運(yùn)輸?shù)闹饕问?，其中作為目前國?nèi)外最高等級(jí)道路形式的高速公路在我國大陸的建成通車?yán)锍桃殉^10×104km（2013年年底）。高速公路的快速建設(shè)，使我國在改革開放后迅速進(jìn)入高速交通時(shí)代，它不僅對(duì)整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義，而且也使我國的道路交通科技得到跨越式進(jìn)步，促進(jìn)了整個(gè)民族的科技進(jìn)步。但以高速公路為代表的高等級(jí)道路的基本特性決定了它所具有下述特點(diǎn)。

a）設(shè)計(jì)和建設(shè)等級(jí)高。

b）普遍應(yīng)用高性能筑路材料。

為保證道路的設(shè)計(jì)性能，以改性瀝青為代表的高性能筑路材料大量采用。如以SBS為改性劑經(jīng)高溫溶脹和高速剪切等工藝制作的SBS改性瀝青作黏結(jié)劑的瀝青混凝土材料能夠使道路的承載能力和服務(wù)壽命顯著提高。同時(shí)，由于道路對(duì)冬季嚴(yán)寒和夏季高溫的溫度敏感性明顯下降，就使得道路早期病害的出現(xiàn)得到有效的遏制。

除改性瀝青外，高等級(jí)道路還采用了SMA（瀝青馬蹄脂）、RCC（高碾壓混凝土）等新型結(jié)構(gòu)、材料設(shè)計(jì)和施工，這些新材料和新工藝的應(yīng)用使得高等級(jí)道路的使用性能進(jìn)一步提高。筆者參與施工的山西大（同）運(yùn)（城）高速公路朔州路段在面層普遍采用SBS改性瀝青和SMA材料，在基層大量采用RCC和高性能無紡?fù)凉げ疾荚O(shè)等新工藝，使該路段建成通車10多年來，面層和基層至今保持完好，道路的服務(wù)功能得到良好的保持。

c）普遍采用橋梁、立交和隧道。

高等級(jí)道路的設(shè)計(jì)和建設(shè)等級(jí)較其他道路明顯要高，這就要求道路的線型較為平直，坡度較小，曲率半徑較大。有鑒于此，在高等級(jí)道路上很多地段會(huì)普遍采用橋梁、立交和隧道結(jié)構(gòu)，這在以山西為代表的山地丘陵地帶更為突出。

2 采用路面銑刨機(jī)械完成道路病害清除的優(yōu)越性

雖然高等級(jí)道路的設(shè)計(jì)和建設(shè)等級(jí)較其他道路明顯為高，但在車輛的長期重載碾壓和自然光候侵蝕雙重作用之下，道路病害的出現(xiàn)也是必然的現(xiàn)象。筆者所處的山西省是全國能源重化工基地，每年僅原煤的輸出量即達(dá)數(shù)千萬噸，使得運(yùn)煤車輛的荷載很大，其結(jié)果使得道路病害的產(chǎn)生更為嚴(yán)重。以高速公路為代表的高等級(jí)瀝青路面在通車1年之后，會(huì)陸續(xù)產(chǎn)生以縱橫網(wǎng)裂（或不規(guī)則裂紋）、松散和擁包等道路病害。實(shí)踐和長期統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，上述道路病害的生成數(shù)量與道路建成后的通車使用年限有直接關(guān)系，且隨通車時(shí)間的延長成指數(shù)增加[1]（圖1）。

圖1 高等級(jí)道路路面病害的產(chǎn)生數(shù)量與通車年限的關(guān)系

相對(duì)于高等級(jí)道路，由于其車流量較大，往往是交通干線的重要樞紐，就要求對(duì)道路病害進(jìn)行快速消除，以對(duì)交通流的影響減至最小。特別是高等級(jí)道路的車行速度較快（高速公路更達(dá)100 km以上），道路病害的存在更是嚴(yán)重的交通隱患之一。道路病害的快速消除工藝，傳統(tǒng)式有2種方法，即挖切填料修補(bǔ)法和上部加層覆蓋修補(bǔ)法。前者適于修補(bǔ)小型局部病害（單個(gè)病害面積一般小于等于2 m2），后者適于修補(bǔ)較大面積的路面病害。

2.1 上部加層覆蓋修補(bǔ)法的弊端

a）在橋梁、立交和隧道路段，加層覆蓋修補(bǔ)會(huì)增加道路高程，使橋梁下部和隧道段道路的通過高度減小，使橋梁的承載靜荷載嚴(yán)重增加。

b）已出現(xiàn)病害路段的面層本已出現(xiàn)問題，若僅是在上部加層覆蓋修補(bǔ)，其原有問題仍然存在而形成新病害的隱患。

顯然，現(xiàn)有工藝已難以適應(yīng)高等級(jí)道路發(fā)展的需要，必須尋求新的解決辦法。

2.2 銑刨工藝完成道路病害清除的優(yōu)越性

a）道路病害銑刨時(shí)僅挖切出現(xiàn)病害的層面材料，不會(huì)傷及下部基礎(chǔ)。

b）出現(xiàn)病害的層面材料挖切后，形成非常規(guī)則的矩形切槽，底部呈現(xiàn)規(guī)矩的毛面，這為新混合料的填補(bǔ)和新舊材料的良好結(jié)合提供了條件，明顯提高了道路修補(bǔ)質(zhì)量和使用壽命。

c）新混合料的填補(bǔ)僅是補(bǔ)充銑刨后形成的矩形切槽，故完成修補(bǔ)后的道路表面高程與原路面相同。

d）以銑刨工藝完成道路病害的清除作業(yè)時(shí)，挖切后形成的舊路面材料呈現(xiàn)均勻和純凈狀態(tài)，雜質(zhì)含量很少，這為其重新再生利用創(chuàng)造了良好的條件。

由此分析，采用銑刨工藝完成道路病害的清除具有很多優(yōu)越性，且具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。這些優(yōu)點(diǎn)恰恰是對(duì)原傳統(tǒng)作業(yè)工藝固有弱點(diǎn)的有效克服。

3 路面銑刨機(jī)械及其作用工藝的發(fā)展趨勢

a）裝機(jī)功率的加大有效地提高了整機(jī)儲(chǔ)備功率和作業(yè)效率，以適應(yīng)下述需求。

（a）道路等級(jí)的提高使得銑刨深度的進(jìn)一步提高。目前，某些大型銑刨機(jī)的作業(yè)深度大于等于250 mm，作業(yè)寬度已達(dá)3 500 mm以上。這個(gè)厚度與大多高等級(jí)道路的面層厚度基本相當(dāng)。它的作業(yè)使得對(duì)瀝青路面全厚度進(jìn)行銑刨作業(yè)能夠一次完成。這對(duì)于提高作業(yè)效率、降低作業(yè)成本、減少施工周期和盡速開放交通是十分重要的。

（b）以改性瀝青為黏結(jié)劑生產(chǎn)的瀝青混凝土材料鋪筑的瀝青路面具有更大的應(yīng)力和強(qiáng)度[2]，銑刨機(jī)的作業(yè)必須與之相適應(yīng)。

（c）銑刨機(jī)的作業(yè)效率與裝機(jī)功率的大小并非直線規(guī)律。大量工程實(shí)踐表明，裝機(jī)功率的加大與銑刨機(jī)的作業(yè)效率非同倍數(shù)提高。在相同作業(yè)條件下，功率增加后的作業(yè)效率呈現(xiàn)如式（1）關(guān)系:

式中：pw為功率增加后的作業(yè)效率，m2/h；k為作業(yè)效率遞增系數(shù)，取1.5～3；Δ為功率增加率，即增加后的總功率和原功率的差值與原功率之比；p0為功率增加前的作業(yè)效率，m2/h。

因此，適當(dāng)提高驅(qū)動(dòng)功率對(duì)于提高銑刨機(jī)的作業(yè)效率意義重大。

b）自動(dòng)化程度的提高使作業(yè)效果、作業(yè)可靠性及施工安全性進(jìn)一步提高，這主要表現(xiàn)在下述方面。

（a）光學(xué)技術(shù)應(yīng)用和新型液壓技術(shù)的進(jìn)步使銑刨機(jī)的自動(dòng)找平技術(shù)更為精確和完善。

（b）設(shè)備的自動(dòng)化故障診斷技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用使其對(duì)惡劣的作業(yè)環(huán)境具有更好的適應(yīng)性。同時(shí)派生的施工過程安全保護(hù)裝置能夠自動(dòng)規(guī)避可能的誤操作（如超負(fù)荷作業(yè)和行走、作業(yè)時(shí)的整機(jī)失穩(wěn)等），從而形成設(shè)備和作業(yè)操作人員的安全保障。

4 總結(jié)

我國道路交通事業(yè)的快速發(fā)展，特別是道路等級(jí)的提高要求必須采用合適的養(yǎng)護(hù)工藝和作業(yè)設(shè)備。以銑刨設(shè)備為代表的各類現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備的需求會(huì)越來越大，特別是隨著我國20世紀(jì)80年代開始修建的高速公路已普遍面臨大修期的到來，相信銑刨機(jī)械在道路養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用具有廣闊的前景。